千枚巖隧道大變形原因分析及施工對(duì)策

梁民強(qiáng)

摘要：柳樹埡隧道地處千枚巖地段，施工初期由于圍巖變形較大，導(dǎo)致初期支護(hù)開裂等問題，嚴(yán)重影響了施工安全和施工進(jìn)度。通過對(duì)圍巖變形原因的分析，在施工過程中，針對(duì)不同圍巖采取不同的、有效的施工方法，對(duì)抑制圍巖變形取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：千枚巖；大變形；分析；施工對(duì)策

Abstract: the same tunnel is located in thousand pieces willow rock location, construction because of surrounding rock deformation is early, leading to the primary support the problem such as craze, serious impact on the construction safety and construction schedule. Through the analysis of the reason of surrounding rock deformation, in construction process, according to different rock mass take different, effective construction method, to control the deformation of the surrounding rock has a good effect.

Keywords: thousand pieces rock; Large deformation; Analysis; Construction strategies

中圖分類號(hào)：U45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

引言

近年來，國家對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的投入越來越大，鐵路、公路、城市地下工程、資源開采等工程項(xiàng)目隨處可見，工程很多都是在軟弱圍巖中進(jìn)行的。如作者參與修建的西漢高速公路大（河壩）兩（河）連接線工程中的柳樹埡隧道。在軟巖工程越來越頻繁的情況下，對(duì)軟巖工程中的圍巖變形問題進(jìn)行總結(jié)研究具有重要的工程實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。文中作者通過施工過程的實(shí)際方法，總結(jié)了千枚巖隧道變形的基本特征，分析了變形原因及采取的施工對(duì)策。

1、千枚巖隧道變形的主要原因

千枚巖隧道的變形有很多形式，其中以仰拱起鼓、隧道兩側(cè)擠壓、初期支護(hù)開裂、拱頂下沉等類型發(fā)生較多。引起變形發(fā)生的主要原因如下：

（1）圍巖自身因素。

圍巖本身自承重能力差、自穩(wěn)時(shí)間短、來壓快、容易變形，且變形量大、快、時(shí)間長(zhǎng)。千枚巖隧道的自穩(wěn)時(shí)間僅為幾十分鐘到幾個(gè)小時(shí)，變形速度從5 mm／d～100mm／d不等，變形持續(xù)時(shí)間一般為25 d～60 d，隧道變形快，開挖后要立即支護(hù)或超前支護(hù)，方能保證隧道圍巖不致冒落。

（2）應(yīng)力影響。

受隧道埋深、構(gòu)造應(yīng)力及集中應(yīng)力作用的影響，千枚巖隧道的圍巖應(yīng)力水平很高，巖體內(nèi)殘余應(yīng)力較大，這就使得隧千枚巖道四面受壓，不僅有頂壓、側(cè)壓，還有底壓，容易發(fā)生底鼓等變形，所以選擇好的洞型來緩解圍巖應(yīng)力是很重要的。

（3）千枚巖遇水膨脹。

由于多是千枚巖由各種粘土礦物構(gòu)成，它們吸水性強(qiáng)，且發(fā)生顯著的體積膨脹，致使隧道變形破壞。在隧道中有很多的裂隙滲水和隧道底板積水，所以很容易因軟巖遇水膨脹導(dǎo)致隧道不均衡受力，從而造成隧道開裂、變形。

（4）支護(hù)不力或失效。

支護(hù)不力有技術(shù)和操作兩方面原因，支護(hù)不力造成隧道變形破壞在隧道支護(hù)初期表現(xiàn)在外觀上，而后期影響是潛在的，當(dāng)受到其他因素影響時(shí)，表現(xiàn)很明顯，因此在進(jìn)行支護(hù)時(shí)要全面考慮，保證支護(hù)長(zhǎng)期有效。

（5） 滑坡體的活動(dòng)

柳樹埡隧道進(jìn)口段圍巖較差。隧道進(jìn)口段圍巖是較破碎強(qiáng)風(fēng)化的千枚巖。遇水軟化而喪失強(qiáng)度。無自穩(wěn)能力，從而使隧道產(chǎn)生大變形。隧道進(jìn)口處存在一大型古滑坡體。由于滑坡體的活動(dòng)，隧道內(nèi)出現(xiàn)大變形現(xiàn)象：初期支護(hù)開裂和拱頂下沉現(xiàn)象。值得注意的是，隧道整體可能向外和向側(cè)面發(fā)生了滑動(dòng)?；麦w的活動(dòng)是隧道進(jìn)口左線產(chǎn)生大變形的一個(gè)重要的原因。

2、千枚巖巖隧道的支護(hù)

（1）千枚巖隧道支護(hù)原理

千枚巖隧道支護(hù)的著眼點(diǎn)應(yīng)放在充分利用和發(fā)揮自承能力上，必須改變傳統(tǒng)的單純提高支護(hù)剛度的思想，支護(hù)結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度應(yīng)與加固圍巖、提高圍巖自承能力相結(jié)合，與圍巖變形及強(qiáng)度相匹配；采取卸壓、加固與支護(hù)相結(jié)合的方法，統(tǒng)籌考慮、合理安排。對(duì)高地應(yīng)力區(qū)，要卸得充分；對(duì)大變形區(qū)，要讓得適度；對(duì)松散破碎區(qū)，要注意整體加固；對(duì)隧道圍巖，整體要支護(hù)。進(jìn)行圍巖變形量測(cè)，準(zhǔn)確地掌握圍巖的活動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)量測(cè)結(jié)果進(jìn)行反饋，以確定二次支護(hù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)。

（2）千枚巖隧道支護(hù)原則

在千枚巖隧道支護(hù)中，應(yīng)遵循以下基本支護(hù)原則：

A|、維護(hù)和保持圍巖強(qiáng)度的原則。千枚巖在經(jīng)水或風(fēng)化影響后強(qiáng)度明顯降低，開挖后應(yīng)及時(shí)用噴射混凝土封閉巖面，防止圍巖風(fēng)化潮解。另外，光面爆破等技術(shù)措施對(duì)保持圍巖的強(qiáng)度有利。

B、提高圍巖殘余強(qiáng)度的原則。通過提高支護(hù)參數(shù)改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)；超前錨桿支護(hù)加固圍巖；注漿加固來提高圍巖殘余強(qiáng)度，這些方法有效的改善了圍巖應(yīng)力狀態(tài)及分布，形成具有較高承載能力和可塑性的加固層。

3、千枚巖隧道仰拱起鼓的綜合治理

對(duì)千枚巖隧道仰拱起鼓的防治，有加固和卸壓兩種方法。但對(duì)實(shí)際隧道施工來說，采用加固原理的方法更經(jīng)濟(jì)合理，適合隧道施工，常用的方法有以下幾種：

（1）、增加底板圍巖的變形阻力。主要措施有砌筑底拱，架設(shè)可縮性封閉形支架，這兩種方法可以分別使用，也可組合使用，主要用于永久隧道的底板支護(hù)，適應(yīng)能力比錨桿加固強(qiáng)。

（2）提高底板圍巖的強(qiáng)度。主要措施有打底板錨桿，底板注漿加固等。用錨桿加固底板可形成底板組合梁結(jié)構(gòu)，減少底鼓。注漿加固是在已破壞的底板處打若干鉆孔并注入雙液漿，凝固后將已破碎的巖層重新粘結(jié)為整體，則可部分或全部恢復(fù)巖層的原始強(qiáng)度，提高底板承載能力，減少底鼓。

（3）聯(lián)合支護(hù)。既提高底板圍巖的強(qiáng)度又增加圍巖的變形阻力，這是目前最常見的方法。如全封閉噴錨聯(lián)合支護(hù)，噴錨網(wǎng)全封閉料石砌碹聯(lián)合支護(hù)等。為了更有效的控制隧道變形與底鼓，施工后應(yīng)盡早加固強(qiáng)度較弱的幫角部位，在拱腳處增設(shè)鎖腳錨桿，這樣可以減小角部的應(yīng)力集中程度，提高圍巖幫角的自承能力，減少隧道底鼓和頂板的下沉量。

4、施工對(duì)策

由于柳樹埡隧道地質(zhì)情況復(fù)雜。在施工過程中初期支護(hù)產(chǎn)生不同程度的變形。為有效的抑制圍巖變化而造成支護(hù)變形，針對(duì)不同地質(zhì)情況分別采用了雙側(cè)壁法、三臺(tái)階開挖法、雙層工字鋼法及相應(yīng)的輔助施工措施。

（1） 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于隧道洞口淺埋偏壓Ⅱ類圍巖及洞身富水性較強(qiáng)的構(gòu)造破碎帶。支護(hù)參數(shù)本施工法應(yīng)用新奧法原理，導(dǎo)坑初期支護(hù)由系統(tǒng)導(dǎo)管、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土、工字鋼鋼拱架組成，輔以小導(dǎo)管超前支護(hù)。

（2）施工主要步驟及施工注意事項(xiàng)

施工主要步驟：①開挖側(cè)壁導(dǎo)坑上半面；I側(cè)壁導(dǎo)坑上半面初期支護(hù)；②開挖側(cè)壁導(dǎo)坑下半斷面；Ⅱ側(cè)壁下半斷面初期支護(hù)及仰拱填充施工；③主洞拱部弧形開挖；Ⅲ主洞拱部初期支護(hù)；④主洞核心土及中臺(tái)階開挖；⑤主洞中部下臺(tái)階開挖；⑥主洞中部仰拱及填充施工。⑦拆除側(cè)壁導(dǎo)坑初期支護(hù)⑧拱部二次襯砌。

施工注意事項(xiàng)：導(dǎo)坑采2臺(tái)階施工，循環(huán)進(jìn)尺長(zhǎng)度不大于1米。洞身左右側(cè)壁錯(cuò)開距離不小于3米；主洞分三臺(tái)階開挖，上臺(tái)階長(zhǎng)度不小于3米，中臺(tái)階長(zhǎng)度不小于6米，下臺(tái)階二次襯砌緊眼。

結(jié)語

隨著淺地表隧道工程越來越多，施工中也會(huì)越來越多的接觸到軟巖地層，因此，研究軟巖地質(zhì)條件下的施工問題具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前，在軟巖隧道施工中，還有很多問題有待解決，比如如何更好地解決隧道的底鼓問題，減少施工成本；如何進(jìn)一步推進(jìn)支護(hù)技術(shù)的改革，選擇合理支護(hù)方式；如何更好的解決軟巖隧道的治水問題，減少隧道的膨脹等等。所以，對(duì)廣大工程技術(shù)人員來說，從基本原理原則出發(fā)去探索更多的新技術(shù)新方法將是大家面臨的全新課題。

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