山岭重丘区高应力软岩大变形隧道施工技术

2017-07-19唐江虎

黑龙江交通科技 2017年5期

关键词：山岭软岩钢架

唐江虎

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州贵阳 550001)

山岭重丘区高应力软岩大变形隧道施工技术

唐江虎

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州贵阳 550001)

以贵州某高速公路隧道为例进行分析，该隧道施工中出现了多处大变形，造成了高风险施工，加大施工难度。在通过支护参数的调整、变形预留量的加大和微台阶施工工艺等措施进行处理以后，大变形现象得到了有效控制。

山岭重丘区高应力；软岩；大变形；隧道施工

1 工程概况

某隧道工程全长4 875.78 m，起讫里程为DK356+080～DK385+089，其中的V级软岩为3 856.44 m。隧道洞身穿过地层位于云贵高原西部特提斯构造域和东部濒太平洋构造域的交接地带，主要为几种板岩，第一是灰岩；第二是志留系中；第三是炭质千枚岩夹板岩；第四是上千枚岩夹板岩。在实际工程中，大变形发生在了初期支护时，其为580 mm以上的变形量，下沉最大拱顶为783 mm，而最大水平收敛为793.82 mm。同时，长大段的支护拆换多次出现在斜井工区和进口，导致单口施工进度不到55 m，给工程施工带来了很大难度。

2 围岩特点和变形特征

该隧道围岩为两种颜色的炭质千枚岩，第一是深灰色；第二是黑色，其具有光泽的表面，手感光滑，触摸后会留下污痕。在挖开之后发现，其渣土大多属于呈碎块状，风化速度较快。同时，开挖面具有较大收敛变形，在拱顶和开挖面有坍塌掉块情况发生。通过分析发现，其支护具有很明显的挤压性变形情况，皮薄和开裂的情况不同程度的产生在支护混凝土表面，更有一定的变形扭曲情况出现在钢架上。

在我国隧道施工中，山岭重丘区高应力软岩大变形隧道相对多见，其施工技术方面也有很多值得探索的地方。根据相关资料可知，隧道进口距离大约为DK356+785～DK356+815的施工段中，其洞内水平收敛量和拱顶下沉数据如表1所示，其中包括几个方面的内容，第一是该段最大沉降速率为85.3 mm/d；第二是最大收敛速率为52.31 mm/d；第三是累计最大拱顶下沉量为586.7 mm；第四是累计最大水平收敛量为482.5 mm。通过对隧道水平收敛和纵向累计沉降量的分析可以说明，其区段变形相对较大。同时，其中还具有较大的收敛波动，可能与地下水的实际情况、岩层的产状和支护参数有直接关系，但其并不受下沉的影响。

通常情况下，掌子面开挖后下沉比较大的是最初几天，随后逐渐变小；加大最为明显的是开挖中下台阶时；变形量在仰拱开挖之前，其每天产生的差别很小；下沉速度较快的是仰拱开挖时；仰拱封闭以后呈减小趋势，但下沉并没有完全终止。同时，收敛变形和下沉有很大相似度，在初期支护封闭以前，下沉和收敛平均每天为16～28 mm之间。在中下台阶开挖以后，钢架接长悬空状况长时间形成，其每天还会产生25～38 mm左右的变形；在仰拱开挖时，悬空状态再次出现在钢架接长，变形也会再一次较大产生；当仰拱封闭成环后，变形的减缓情况很明显产生，但并未完全终止。另外，当二次衬砌实施到一些地段以后，开裂变形现象也常有发生。在经过对该隧道的变形情况进行分析以后，发现其具有几个明显的特征，第一是变形量大；第二是变形速率高；第三是变形持续时间长。

表1 DK356+785～DK356+815段量测结果

3 变形控制技术

3.1 支护参数的优化

首先，合理调整支护参数，并将120b型钢的原设计进行适当调整，一般选择为H175型钢，其间距仍然保持为50 cm；其次，将原计划中的锁脚锚杆改为自进式锚杆，其长度大约为6 m。

3.2 变形量的加大预留

根据工程需求，预留变形量的最初设计为30 cm,经过多方面的分析以后，决定将其调整至45 cm，而局部渗水地段要加大到85 cm。

3.3 调整施工工艺

在原计划中，准备使用平行作业法进行三台阶开挖，但基于每个台阶相对较长的情况，使得从掌子面开挖到仰拱封闭大约需要32～36 m，并且，需要持续的时间为52 d左右。而从开挖到二次衬砌浇筑混凝土的时间来看，其大约需要63 d。同时，基于并未完全终止收敛和下沉，且发展还在持续中，其会导致变形量超出标准范围内的预留量，会直接影响到二次衬砌范围，必须合理拆换支护，以保证施工过程的安全性。在经过施工单位的相关调查和分析以后，施工人员决定使用单工序作业方式，先合理缩短台阶的长度，并压缩仰拱封闭的时间，控制在22 d以内最佳，仰拱到开挖面的距离也进行了相应的缩短，由原来的32～36 m，缩短到22～26 m以内。

3.4 自进式长锚杆锁脚

基于该段断面较大、围岩软弱的情况，如果使用普通锁脚锚管，隧道拱角的稳定性可能会无法有效保证。因此，可以采用自进式锚杆锚进行替换，选择长度为6 m的规格，其应用效果将会明显提高。

3.5 施工工艺质量控制

为了确保施工的顺利进行，各个施工工艺的质量保证是必须严格强调的，其主要包括几个方面的内容，第一是钢架的安装；第二是接长质量的有效保证；第三是锚杆的锁脚工序；第四是锁固锚杆的质量保证；第五是钢架底脚的处理；第六是注浆质量；第七是混凝土浇筑的厚度；第八是混凝土强度等，必须确保每个环节的施工质量。基于该段施工的变形特点，在支护参数优化和施工工艺调整以后，对后续进行了相应时间段的观察。其中，收敛和下沉已经受到了有效的控制，解决了拆换拱的情况，且明显加快了施工进度。