三联隧道围岩大变形的原因与处理技术

谢光明

（中铁十六局集团第四工程有限公司，北京市101400）

三联隧道围岩大变形的原因与处理技术

谢光明

（中铁十六局集团第四工程有限公司，北京市101400）

隧道围岩大变形指的是围岩在高地应力的情况下出现的一种极端变形破坏情况，属于塑性流动和塑性破坏的范畴，对隧道工程的正常施工有比较大的影响。以实际工程为例，对三联围岩地质情况进行了介绍，并对围岩大变形的原因进行了分析，找出了支护结果出现变形的原因，然后结合实际情况制定了相应的处理措施，保证了隧道工程的顺利开展。

三联隧道；台阶开挖法；围岩变形处理技术

1 工程概况

贵昆铁路六盘水至沾益段新建二线线路全长247.633km，其中三联隧道起止里程D K300+465～D1K312+601（12 136 m），W3标段负责三联隧道进口段施工，施工里程为D K300+465～D1K305+ 101.08，掘进长度4636.08 m。隧道通过地层主要有三叠系下统飞仙关组砂岩夹泥岩、页岩，二叠系上统宣威群砂岩夹泥页岩、煤层，峨眉山玄武岩组玄武岩夹凝灰岩。隧区发育6条断层和1个向斜。雨季最大涌水量为60 000 m3/d。三联隧道进口及平导地质构造复杂，施工难度很大。其中有12段初支在施工完成后，初支面产生变形、开裂等现象。施工中揭示围岩为玄武岩、玄武岩夹玄武土、玄武岩夹凝灰岩，节理发育、岩体破碎，裂隙水发育，岩体开挖后迅速崩解，遇水成泥，拱墙极易失稳产生垮坍，见图1。

图1 变形围岩基本情况

2 地质情况介绍

隧道区域上覆第四系人工填土、滑坡堆积土、错落堆积层，下伏基岩为断层角砾岩、二叠系上统宣威群砂岩夹泥页岩、煤层。区内地质构造复杂，河谷深切，发育有背开柱断层、丁家村1号断层、木嘎断层；不良地质主要有岩溶、滑坡、危岩落石、煤层瓦斯、煤窑采空区等；特殊岩土包括人工弃土（碴）、膨胀土、红粘土。地下水较丰富，主要为岩溶裂隙～管道水、基岩裂隙水，预计最大涌水量为6×104m3/d。

三联隧道进口与既有线相距很近，进洞困难；区内地质构造复杂，断层发育，地下水丰富，线路穿越煤层地质，施工中易发生突水、突泥、煤层瓦斯突出爆炸等事故，严重影响施工安全。

3 隧道大变形原因

由于该地区区域性断层分布现象较为普遍，延伸长度超过7 000 m，属于走向逆冲断层。该断层的分布方向为南北走向，断层呈现出60°左右的倾角。断层来源于峨眉山玄武岩组地层中，组成成分较多，比如糜棱岩、石英脉等矿物，断层破碎带宽度不一，呈现出一定的额压扭性。通过实地考察得知，该地段破碎带岩体的稳定性较差，受到一些自然因素如雨水、风、海浪等的作用，会形成一些沟槽、缓坡等地貌。在断层带的两侧一定范围内岩石受到挤压会偶见凝灰质岩穿插现象。隧道进口D1K304+915～985段为断层破碎带，对隧道施工影响大。隧道通过P2β玄武岩及P2xn、T1f碎屑岩区，其设计标高低于与之平行的线路右侧的乐丰小河100 m，在D K304+950木戛断层位置，推测为地下水的集中涌水段。且木戛断层带中见小泉点，推测该断层为富水断层，含一定量的断层带水。

（1）通过勘察得知此段隧道内线路走向与最大主应力方向呈大角度相交，最大水平应力主要表现出来的是构造应力[1]。受温度、天气等因素的作用，凝灰岩强度变化幅度较大，岩石强度应力比约为0.15，属于极高地应力状态。

（2）该隧道内地质环境变化多样。由于受到地质状况的影响，岩体节理裂隙发育，岩体出现了不同程度的破碎现象。受到层理、节理切割作用，岩体形成大量不稳定岩块。与此同时，由于隧道相交于不整合接触带，受到外力作用时，隧道变形地段较长，给正常的施工造成重重阻碍。

（3）施工隧道内主要分布的是凝灰岩，这种岩石受到水等外界因素的作用，岩石表面被风化，不管是强度还是稳定性都较低。而且各区域岩石分布不均匀，差异风化现象明显[2]。

4 三联隧道围岩大变形处理技术

4.1 洞口处理技术

该三联隧道进口部位有铁路，考虑到直接从外向内开挖时，有可能会引发安全事故，因此在施工中主要从平导2号横通道进行开挖，直至到达正洞内。考虑到洞口部位的特殊性，在受到雨水等作用时极易发生滑坡现象，因此可在正洞区域使用φ75钢管桩进行注浆加固，提高整体结构的稳定性。隧道衬砌开挖以轮廓线范围内的控制长度为基准，桩底嵌入基岩2 m以上，按照梅花型方式进行布设，所选取的是水泥砂浆作为注浆材料，注浆压力控制在0.5～1.5 MPa，在具体的施工中为了给施工人员创设一个安全、整洁的环境，应等到加固桩强度达到80%以上而且路基加固工作结束后再进行洞口段开挖作业[3]。在进行洞口开挖前，施工人员首先必须安装好排水系统，这样可确保地下水或者雨水能够及时排出，不会对岩体造成侵蚀等不良现象。洞口开挖结束后，施工人员还需对临时边仰坡进行喷锚支护，支护参数如下：打设型号为42注浆小导管，采取梅花型布置方式，挂设8钢筋网片，喷射厚度达8 c m的C20混凝土等。

4.2 洞身开挖支护方案

（1）D K300+465～+495Ⅴ级围岩段所采取的施工方法是中壁法，为了提高支护效果，设置了全环120b型钢架与大管棚进行共同作用。工字钢架纵向距离应控制在0.6 m，使用型号为89钢花管作为管棚材料，环向距离以0.4 m为宜。每环分布有38根钢管，每根钢管的长度可达35 m，末端嵌入基岩应控制在3 m以内。

（2）D K300+495～D1K300+560Ⅴ级围岩段所采取的施工方法是中壁法，具体的方案是：设置全环I18工字钢架及拱部φ42超前小导管加强支护，各工字钢架之间的纵向距离为0.8 m，小导管每环为38根，每根小导管的长度为3.5 m。

（3）D1K300+560～+584Ⅳ围岩段主要采取台阶法进行施工，施工步骤见图2。设置拱墙格栅钢架与砂浆锚杆进行支护，钢架之间的纵向距离控制在0.8 m，锚杆1.6 m设置一环，每环共有锚杆51根，每根长度可达3.5 m。

图2 台阶开挖法施工步骤示意图

（4）D1K300+584～+684Ⅳ围岩段的施工方式是台阶法，为了提高支护效果，设置了拱墙格栅钢架与砂浆锚杆进行支护，钢架之间的纵向距离为1.2 m，锚杆每隔2.4 m为一环，每环共有锚杆38根，每根锚杆的长度为3.5 m。

（5）D1K300+684～+708Ⅳ围岩段的施工方法是台阶法，设置拱墙格栅钢架与砂浆锚杆进行支护，钢架之间的纵向距离为0.8 m，锚杆每隔1.6 m设置为一环，每环总共有锚杆51根，每根锚杆长度为3.5 m。

（6）D1K300+708～D1K304+915Ⅳ围岩段采取的是台阶法进行施工，设置拱墙格栅钢架与拱部Φ22砂浆锚杆加强支护，钢架之间的纵向距离为1.2 m，锚杆每隔2.4 m设置一环，每环总共有锚杆38根，每根锚杆的长度为3.5 m。

（7）D1K304+915～+985Ⅴ级围岩段的施工方法是台阶法与临时仰拱施工的有效结合，仍选取的是全环I18工字钢架及拱部42超前小导管进行支护，工字钢之间的纵向距离为0.8 m，小导管每隔1.6 m设置一环，每环分布有38根小导管，每根小导管长度为3.5 m。

（8）D1K304+985～D1K305+101.08Ⅳ围岩段采取台阶法进行施工，设置拱墙格栅钢架与拱部Φ22砂浆锚杆加强支护，钢架之间纵向距离为1.2m，锚杆每隔2.4 m设置一环，每环总共38根锚杆，每根长度为3.5 m。施工立体效果见图3。

图3 三台阶七步开挖法施工立体效果图

4.3 施工监测

为了提高施工成效性，确保工程得以高质量、如期完成，施工中应做好监测工作，一旦发现质量问题应及时采取有效的措施进行改进。在进行现场施工监测中，主要采取智能化监控与人工现场检测相结合的方式进行，借助计算机对洞内的各个控制分站与洞内工作面进行全程监控，对于一些关键部位工作人员还应进行现场勘查，严把施工质量关，最终根据位移监测计所获取的数据开展全面的分析工作，发现现场施工状况良好，无其他异常现象发生，洞段稳定性良好。由此说明施工取得了显著的效果。

5 结论

综上所述，在三联隧道施工过程中，由于围岩的强度应力比较低，岩质软弱并且分布缺乏规律，导致围岩出现大变形，针对围岩变形比较严重的区段，使用“以抗为主”的双侧壁导坑法取得了良好的加固效果，可以有效控制围岩变形，值得类似工程借鉴和参考。

[1]朱建明,徐金海,张宏涛.围岩大变形机理及控制技术研究[M].北京:科学出版社,2010.

[2]TB10012-2007/J124-2007,铁路工程地质勘察规范[S].

[3]TB10038-2012/J1408-2012,铁路工程特殊岩土勘察规程[S].

内蒙古实施交通重大工程建设3年行动

日前，内蒙古自治区政府印发了《交通基础设施重大工程建设三年行动计划实施方案》。

近年来，自治区交通基础设施网络不断完善、能力逐步提升，在促投资、调结构、稳增长方面发挥了明显作用，但与经济社会发展需求相比，交通基础设施在网络密度、覆盖范围、质量水平等方面还存在较大差距。重大工程前期工作滞后、项目储备不足的问题仍然比较突出，亟需加快实施一批现实需求紧迫、基础条件成熟、利于长远发展的交通重大工程。为推动落实《交通基础设施重大工程建设三年行动计划》(发改基础〔2016〕730号)，统筹安排好自治区“十三五”中前期交通重大基础设施规划布局和建设工作，特制定《交通基础设施重大工程建设三年行动计划实施方案》。

“十三五”时期是交通基础设施重大工程建设的重要阶段，内蒙古自治区在2016年～2018年拟重点推进铁路、公路、机场、城市轨道交通项目99项(含1个打捆项目)，涉及项目总投资约3 925.6亿元。其中：2016年项目28个(含1个打捆项目)，总投资约1064.9亿元；2017年项目42个，总投资约2 228.1亿元；2018年项目29个，总投资约632.6亿元。

铁路方面：结合中长期铁路路网规划和铁路“十三五”发展规划，推进自治区高速铁路建设，提升普通铁路通达通畅水平。重点推进7个项目，新建改扩建线路约2 160km，涉及投资约872亿元。

公路方面：结合国家公路网规划(2013年～2030年)、自治区省道网规划(2013年～2030年)及自治区“十三五”公路水路发展规划，实施国家高速公路网剩余路段建设和繁忙段改扩建，新建地方高速公路，推进普通国道、省道提质升级和未贯通路段建设。重点推进83个项目，新建改扩建高速公路2 382.2km、国省干线7 258.7km，涉及投资约2 097.5亿元。

机场方面：结合全国民用运输机场布局规划和自治区“十三五”通用航空发展规划，加快推进机场建设，实施既有机场迁建和改扩建工程，继续增加支线和通用机场布点，不断提升航空运输保障能力。重点推进东乌珠穆沁旗、正蓝旗、林西及呼和浩特新机场4个运输机场和1个通用机场打捆项目(含20个子项目)，涉及投资约277亿元。

城市轨道交通方面：加强规划建设管理，有序推进城市轨道交通建设，逐步优化城市轨道交通结构。重点推进4个项目，新建城市轨道交通91.4km，涉及投资约679.1亿元。

U456.31

B

1009-7716（2017）06-0220-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.065

2017-02-23

谢光明（1977-），男，江西吉安人，高级工程师，从事交通土建施工技术管理工作。