试论兰渝铁路木寨岭隧道大变形特征及施工控制措施

唐绍武

摘要：在兰渝铁路实际施工过程中发现，兰渝铁路木寨岭隧道存在大变形的情况，其特征体现在多方面，包括了松散型大变形、挤压型大变形等。值得注意的是，为了提高该工程隧道施工的质量，有必要在充分了解、剖析其大变形特征的基础上，实施有针对性的施工控制措施。本文便重点围绕“兰渝铁路木寨岭隧道大变形特征及施工控制措施”进行研究，以期提高该工程施工的质量及安全性。

Abstract： During the actual construction of the Lanzhou-Chongqing Railway， it was found that there was a large deformation in the Muzhailing Tunnel of Lanzhou-Chongqing Railway. The characteristics of large deformation are reflected in many aspects， including loose large deformation and extrusion large deformation. It is worth noting that in order to improve the quality of tunnel construction， it is necessary to implement targeted construction control measures based on the full understanding and analysis of its large deformation characteristics. This paper focuses on the "large deformation characteristics and construction control measures of the Muzhailing Tunnel of Lanzhou-Chongqing Railway" to improve the quality and safety of the construction.

关键词：兰渝铁路木寨岭;大变形特征;施工控制措施;质量;安全性

Key words： Lanzhou-Chongqing Railway Muzhailing;large deformation characteristics;construction control measures;quality;safety

中图分类号：U455                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）11-0132-03

0  引言

隧道大变形，影响隧道施工的顺利、有序进行，并且在未能采取有效控制措施的情况下，还会严重影响隧道施工的质量及运营期间的安全性。在兰渝铁路施工建设期间，发现存在大变形的问题，此问题的出现严重影響了施工的质量、进度及安全性。所以，需充分了解其产生大变形的原因，进一步实施有效的改进措施[1]，比如优化施工工艺，采取先进的现代化施工技术等。总之，为了兰渝铁路木寨岭隧道工程施工质量及安全性的提高，对其大变形特征及施工控制措施进行研究具备一定的价值意义。

1  兰渝铁路木寨岭隧道工程简述

兰渝铁路木寨岭隧道位于甘肃省定西市，起于漳县大草滩乡漳河西岸，止于岷县梅川镇素子沟内杨家台村，线路基本呈北向南走向，横跨漳县与岷县;左线进口里程DK173+320，出口里程DK192+370，全程长为19050m;右线进口里程DyK173+321.5，出口里程Dy192+390，全长19068.5m，隧道深埋最大约为600m。隧道岩性包括按时代由新到老分别包括了第四系、第三系、二叠系，岩性以砾岩、泥岩夹砂岩为主等等[2-3]。存在节理裂隙及揉皱等地质构造现象发育，遭遇构造的影响，岩体存在破碎的明显特征，或富含地下水，前期地质勘查预测最大涌水量是正常涌水量的3倍。该工程存在隧道大变形的问题，主要表现为松散型大变形与挤压型大变形。

2  兰渝铁路木寨岭隧道大变形特征分析

在上述工程简述中，兰渝铁路木寨岭隧道存在大变形的问题，此问题的出现将会影响施工的进度、质量及安全性。因此，有必要对其产生大变形的特征进行深入分析研究。下面从本工程隧道大变形的基本特点、类型两方面进行阐述，具体包括：

2.1 隧道大变形基本特点

在隧道修建过程中，发现兰渝铁路木寨岭隧道2号、3号、5号、6号以及7号斜井都发生了围岩大变形的问题，其存在的水平收敛变形较为突出，在变形量上非常大，且变形的发展速度非常快。在变形初始阶段，混凝土表面发生了开裂的现象，主要表现为环向裂缝及纵向裂缝，且发生了支护结构内鼓及拱架扭曲的问题。

经调查研究发现，变形主要表现为喷射混凝土表面开裂，考虑到变形能够得到有效遏制，项目部门针对斜井变形段落实施了应急处理措施，使得变形问题得到一定程度的缓解，但是累计变形值依旧较大，部分区域发生了变形量持续增加，出现初支喷射混凝土脱落及拱架扭曲变形等问题;与此同时，一些地段因为变形速率较大，最大每天可达到600mm，累积变形量非常大，因此针对此段采取了二次套拱及拆换拱的解决方案[4]。

此外，以7号斜井为例，其发生隧道变形范围最大，经历的时间最长，其变形范围从洞口30m附近起大约有300m，变形位置拱架扭曲，喷混凝土开裂，有环向裂缝与纵向裂缝两种，针对变形段采取了二次套拱的发生，使得变形得到有效控制。

根据工程实际情况，虽然采取一定的控制措施，使得变形得到有效控制，但是考虑到后续施工的质量及安全性能够得到有效保障，有必要分析大变形的类型及相关原因，以此为进一步控制措施方案的明确提供客观、科学的依据。

2.2 隧道大变形类型

本隧道工程大变形的类型有两大类，即：松散型大变形与挤压型大变形，具体表现为：

①松散型大变形。从松散型大变形的特征分析，于掌子面开挖的数日时间中，变形表现为连续变大，给予有效支护方案后，变形速率得到有效减缓，但在大概一个月之后，变形发生突变的现象，其突变发生的变形量较大。通过分析可知，基于高地应力条件下，发生跳跃式增长变形问题，且此问题和隧道围岩存在关联系，主要是软弱围岩会发生松动圈，且非高地应力自身会对围岩形成挤压型变形。综合考虑，对于松散型大变形，需加强支护结构的刚度及密贴性，并在施工期间加强监测，以此使大变形问题得到有效解决[5]。

②挤压型大变形。从挤压型大变形的特征分析，基于掌子面开挖一段时间之后，变形持续平缓增长，变形速率在受到台阶施工的影响下，会引发变大的情况，但是变形主要表现为收敛稳定。研究分析，主要是基于高地应力条件下，软岩及破碎岩体的强度难以承受隧道开挖引发的应力集中，进一步出现塑性剪切滑移，最终使围岩变形现象非常显著。综合考虑，针对挤压型大变形，需加强对高地应力大变形地区的分析研究，做好工程拆换及防护工作。

3  相关施工控制措施的实施探究

经实地调查，发现导致隧道大变形的原因和地质条件、岩性情况、支护参数、地下水以及施工工艺等因素密切相关。为了改进隧道大变形，进一步提高施工的质量及安全性，便有必要采取有效的控制措施。总结起来，包括：

3.1 施工原则

结合上述分析，同时根据本工程隧道施工的实践经验，对于大变形隧道，需遵循的基本施工原则为：一方面，做好支护的强化作业，及时进行封闭作业，并确保初期支护一次性到位，避免拆换。另一方面，对于二次支护，需在适宜的时间段进行，使变形控制高效、安全、经济。此外，掌握现代化施工工艺要求，充分落实科学的施工技术要点，确保施工的质量及安全性得到最大化的提升。

3.2 施工工艺要求

在本工程隧道大变形施工过程中，需掌握必要的施工工艺要求，总结起来包括：

①对断面曲率加以优化，其结构形式需统一，均选择圆形或者近圆形，见图4。

②对于变形段仰拱与铺底施工，避免半幅施工，对于大坡度有轨斜井底部开挖与喷射混凝土施工，适合使用台阶法，使结构沿斜面形成的滑移得到有效控制[6-7]。

③在发生大变形之后，需及时采取临时支撑措施，且于支撑加固之后，需针对两侧采取初支后进行注浆加固作业，使初支结构和地层的联结力得到有效增强，见图5。

④对于容易引发比较大的变形段，基于开挖过程中，需预留足够的变形量，并预留二次支护空间，使施工需要的隧道净空要求得到有效保障，对于其预留量，需结合监测数据分析，进一步加以明确。

⑤以台阶法施工作为导向，开挖作业完成之后，及时进行初喷作业，分级、适时进行深孔锚杆、锚索及多层支护，在施工过程中，需结合监测数据进行严格施工。

⑥针对变形段，需设置初支仰拱钢架，并和上部拱墙钢架封闭成环。

⑦对工艺控制加以规范，按照施工作业规范严格操作湿喷作业，并对工序加以优化，严格控制爆破，使混凝土质量得到有效保障，进一步确保支护的强度。

⑧为了确保结构工艺水平的提高，需保证初期支护一次到位，针对大变形控制难度大的情况下，可采取变形预留的方法，并通过量测将结果反馈，利用支护分层及分次作业，确保支护可以对变形得到有效的控制[8]。

⑨对钢架纵向连接进行强化，使初支结构整体承载能力得到有效提升，使钢架局部扭曲得到有效避免。

3.3 技术实施要点

在隧道大变形控制过程中，相关技术实施要点包括：

①结合监测信息反馈，对变形控制标准加以确定，将二次支护空间预留下来，并分次进行二次支护，确保变形得到有效控制。

②对二次衬砌的厚度进行加大，使后期变形得到有效控制;由于软岩段变形存在变形时间长的特点，考虑到二次衬砌可以有效抵抗后期变形，将二次衬砌厚度适当增加，避免二次衬砌强度不足及开裂的现象的发生。

③结合施工现场实际情况，结合支护参数、监测数据等，对成果进行分析，并对施工参数及时优化，针对变形很难控制的地段，基于施工过程中遵循“先放后抗”的原则，使施工的安全性得到有效保证;进一步结合监测信息的优化，对后续施工给予支持，确保施工的连续性。

④为了使钢架抗扭性能得到有效强化，可采取H型钢替代工字钢;对钢架节点强度进行强化，确保螺栓连接强度不比钢架自身强度低，进一步利用锁脚锚杆加固钢架连接板处。此外，通过早强喷射混凝土初期强度发展快速的特点，使隧道变形速度得以控制。

4  结语

通过本文的研究，认识到兰渝铁路木寨岭隧道大变形问题较为突出，主要的大变形类型包括松散型大变形和挤压型大变形。为了提高施工的质量及安全性，便需采取有效施工措施，处理大变形问题。一方面，需了解隧道大变形的特征及产生的原因;另一方面，掌握施工工艺手段以及变形控制技术方法等。总之，相信通过隧道大变形控制措施的实施，能够使隧道大变形得到有效控制，进一步为该工程施工整体质量及安全性的增强奠定扎实的基础。

参考文献：

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[4]章卫卫，张小翠.兰海高速木寨岭隧道主要工程地质问题及勘察对策[J].资源信息与工程，2018，33（02）：155-156.

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