大涼山1號隧道高地應(yīng)力大變形處治

郭世杰 張國強 李文杰

（1.四川樂資銅高速公路有限公司，四川 成都 610041；2.四川樂西高速公路有限責(zé)任公司，四川 成都 610041；3.中鐵十八局集團隧道工程有限公司，重慶 700000）

大涼山1號隧道位于四川省涼山彝族自治州雷波縣與美姑縣交界地帶，是樂西高速馬邊至昭覺段控制性工程之一，隧道全長15366m，是目前四川省乃至西南地區(qū)在建和已通車最長的高速公路隧道。隧道穿越地質(zhì)地形復(fù)雜區(qū)域，有大變形、巖爆、低瓦斯、巖溶、涌突水等不利情況存在。本文主要對大涼山1號隧道k87+976段初支大變形段病害成因判斷，結(jié)合監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及規(guī)律，采用針對性處治方案，最終通過該大變形段為相關(guān)類似隧道處治提供借鑒經(jīng)驗。

一、工程概況

樂西高速馬邊至昭覺段起于樂山市馬邊彝族自治縣境內(nèi)，經(jīng)涼山州雷波縣、美姑縣，止于昭覺縣南側(cè)，與G7611都香高速西昌至昭通段相接，穿越嘛咪澤省級保護區(qū)試驗區(qū)和雷波境內(nèi)30公里無人區(qū)，路線全長151.75km，橋隧比82%。

大涼山1號隧道為該項目重大控制性工程，洞身斜井設(shè)置受自然保護區(qū)影響，項目首次在15.3km的大涼山1號超特長隧道貫通平導(dǎo)中引入TBM施工工藝輔助主洞施工。大涼山1號隧道由左右線正洞、貫通平導(dǎo)和1座斜井組成，平導(dǎo)布設(shè)于左右線中間，左右洞、平導(dǎo)洞身間距19m。

大涼山1號隧道平面總體距四川“Y”字形構(gòu)造的“1”（NS向川滇構(gòu)造帶）右側(cè)平均直線105km，隧道總體構(gòu)造格架受NS向川滇構(gòu)造帶控制，導(dǎo)致隧址區(qū)地質(zhì)地形復(fù)雜。

大涼山1號隧道隧址區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造主要有兩大構(gòu)造分區(qū)：構(gòu)造一區(qū)為隧道進口至F2斷層，以南北向構(gòu)造體系為主，為斯依阿莫倒轉(zhuǎn)背斜及兩翼；構(gòu)造二區(qū)為F2斷層至隧道出口，以北東向構(gòu)造體系為主，具體包括黃果洛向斜及哈都洛背斜。

二、大變形情況及原因分析

（一）大變形情況

隧道出口工區(qū)施工至隧道右洞k86+976、隧道左洞k86+998時，掌子面主要以砂巖、泥巖互層為主，受地質(zhì)構(gòu)造影響，圍巖從較破碎至破碎，局部極其破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體強度低，收斂變形大，施工過程中揭示較多軟弱夾層，夾層一般順線路或與隧道呈小角度相交，綜合判定為IV級圍巖，原設(shè)計襯砌支護類型為Z4d。

該段發(fā)生的主要病害有：主洞右線k87+160～k86+976段最大沉降變形19cm、收斂變形41cm，k87+030～k87+060中心溝蓋板處仰拱出現(xiàn)開裂隆起；主洞左線zk87+153～zk86+998段最大沉降變形32.9 cm、收斂變形24.4 cm；平導(dǎo)pdk87+140～pdk87+000段最大沉降變形10cm、收斂變形18cm。

在處治過程中，本文主要采用的支護參數(shù)如表1所示。

表1 本文主要涉及支護參數(shù)表

（二）變形原因分析

現(xiàn)場經(jīng)踏勘，并結(jié)合TBM超前平導(dǎo)在主洞開裂段的施工情況，綜合對隧道總體地質(zhì)分析研究，大變形產(chǎn)生有以下原因：

主要原因：地質(zhì)構(gòu)造影響。大變形發(fā)生段落位于哈都洛背斜內(nèi)和黃果洛向斜轉(zhuǎn)折端，地層長期褶皺活動形成高地應(yīng)力。

前期TBM超前平導(dǎo)施工至該段落平導(dǎo)掘進至pdk87+140，實際揭露地質(zhì)砂巖夾泥巖，巖體軟硬不均，部分段落出現(xiàn)剝層狀垮塌和塊體垮塌，TBM盾尾出現(xiàn)不同程度的掉渣情況，前期根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況將襯砌支護參數(shù)由TBM4b變更調(diào)整為TBM5a。

綜合地質(zhì)分析與前期TBM超前施工揭露情況，主洞掌子面軟弱圍巖在該高地應(yīng)力作用下，形成擠壓變形，導(dǎo)致初期支護沉降、收斂，繼而開裂是發(fā)生此次病害的主要原因。

次要原因：施工過程中，該段落采用上下臺階法開挖，且上臺階斷面過大，可能導(dǎo)致變形較大。

（三）監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析

由變形區(qū)域內(nèi)典型斷面監(jiān)控量測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，k 87+160～k 87+100 段收斂變形較大且持續(xù)變形，最大變形達41cm，開挖支護2個月無收斂趨勢，同時發(fā)現(xiàn)k87+076～k86+976段初支局部出現(xiàn)開裂、脫落現(xiàn)象。選擇其中代表k87+125監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)，趨勢圖如圖1所示。

圖1 典型斷面k87+125監(jiān)控量測斷面數(shù)據(jù)

三、處治方案

（一）處治措施

此次處治遵循“技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理、安全快捷”的基本原則，根據(jù)大變形實際情況，按照輕重緩急、分階段制定以下處治措施：

1.前期k87+160～k86+976、zk87+153～zk86+998嚴(yán)重變形侵限地段，實施換拱處治，為確保施工安全，預(yù)先采用臨時鋼架與圍巖注漿加固被擾動的圍巖，將其與已發(fā)生變形的初支結(jié)構(gòu)形成一個共同承載圈。

2.對前期變形較大侵入二襯厚度段落換拱處理，換拱有限采用Z5c襯砌，為確保安全，初支處理應(yīng)分段、跳槽進行，嚴(yán)禁一次性將臨時支撐全拆除。

3.根據(jù)初期支護變形程度，該段判定為初級變形，綜合分析剛性和柔性兩種支護類型的優(yōu)缺點，結(jié)合現(xiàn)場具體施工情況，最終確定掌子面k86+976、zk86+998初期支護采用工字鋼Z5c，并結(jié)合前期監(jiān)控量測數(shù)據(jù)適當(dāng)加大預(yù)留變形量。

（二）處治效果

通過處治，該段大變形情況得到有效控制，通過對該段后期典型斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，收斂變形得到控制，且為大變形段落二襯尋得較好時機。

四、結(jié)語

隨著極重山區(qū)交通工程建設(shè)，超特長隧道數(shù)量將越來越多，長大隧道大埋深高地應(yīng)力造成的大變形病害處治始終是一個值得深入研究和思考的課題。本文針對西南第一長隧大涼山1號隧道大變形處治經(jīng)驗，分析大變形成因、病害機理、監(jiān)控數(shù)據(jù)分析及剛?cè)岽胧┻x用，處治較為緊湊，仍有部分問題有待進一步思考：首先，大涼山1號隧道需充分利用TBM超前平導(dǎo)導(dǎo)坑預(yù)報作用，待主洞施工至地質(zhì)構(gòu)造不利因素段落時，要嚴(yán)格按照適宜的分部開挖方法施工，短進尺、弱爆破，同時應(yīng)做好超前支護、鋼架縮腳等措施；其次，充分發(fā)揮隧道新奧法設(shè)計施工理論，利用好監(jiān)控量測和超前預(yù)報手段，為大變形段落施工方案及預(yù)留變形量提供依據(jù)；最后，強化超特長隧道前期設(shè)計階段地應(yīng)力場分析，可采用宏觀地質(zhì)分析與微觀地應(yīng)力測試相結(jié)合方式，對超特長隧道地應(yīng)力場實現(xiàn)較為準(zhǔn)確的預(yù)先判別，避免高地應(yīng)力段施工引起的安全和質(zhì)量損失。