高地应力软岩大变形隧道施工技术阐述

李新涛

中铁隧道集团四处有限公司 广西南宁 530007

1 工程概况

丽香铁路站前工程LXZQ-2标起讫里程：DK21+520-DK51+294，全长29．774km；主要工程为3座隧道总长28．598km，占线路总长的96%；其中蒙古哨隧道承担5120m（全长7133m），七达里隧道8733m，中义隧道14745m。合同开工日期2014年12月20日，原施组安排竣工日期2019年12月31日（其中土建工程竣工日期2019年9月30日），计划总工期60．3 个月。

标段中义隧道为全线控制性工程，属Ⅰ级风险隧道；隧址区属青藏高原断块区的川—滇块体，受印度板块北东向的推挤和青藏高原南东向挤出的叠加作用，地质构造复杂，新构造运动强烈；隧道主要发育南北向断裂，出口端发育区域性断裂玉龙雪山西麓断裂，并与线位两次相交；隧道围岩以玄武岩、大理岩为主；玄武岩段属片状构造，岩体发生绿泥石化和片理化变质，受大规模地质构造的强烈挤压，隧址区构造应力大，围岩破碎，变质作用强烈，片理、劈理发育，岩体松散破碎，稳定性极差。

2 隧道大变形机理分析

2.1 隧道大变形内因

研究表明：隧址区地质构造强烈，围岩破碎、软弱结构面发育且赋存较高的构造残余应力是围岩大变形的内因。(1)区域强烈地质构造作用。隧址区属青藏高原断块区的川—滇块体。该块体受印度板块北东向的推挤和青藏高原南南东向挤出的叠加作用，地质构造复杂，是我国现今地壳构造运动最为强烈的地区。(2)围岩破碎，软弱结构面发育。中义隧道大变形区段岩性以碎裂化、片理化玄武岩，凝灰岩等软岩—极软岩为主。玄武岩受构造影响，片理化、碎裂化极为严重，结构面上富集的绿泥石、蒙脱石等手摸有滑腻感的蚀变矿物大大弱化了岩体强度。凝灰岩，呈团状分布，强度低，遇水后，进一步弱化。

2.2 隧道大变形外因

隧道大变形的外因主要有隧道结构形状和施工工艺两方面。（1）隧道结构形状。中义隧道为单线铁路隧道，高跨比约1．4，不利于水平收敛变形的控制。（2）施工工艺。受当前工艺水平限制，部分支护措施的效果无法达到设计要求。特别是系统锚杆、锁脚锚管的施作有一定滞后，加之围岩软弱、破碎，锚杆锚固力不足，导致钢拱架接头处变形加剧、下部钢拱架无法与之有效连接，接头处成为薄弱环节，严重削弱拱架的整体刚度。此外，初期支护封闭时间过长，也是影响变形的主要因素之一。

3 高地应力软岩大变形隧道施工流程

3.1 施工顺序

施工顺序：测量放样→上中下台阶同时开挖→上台阶扒渣→进上台阶拱架→中台阶扒渣及下台阶出渣（同时上台阶立拱、锚杆、超前、缓冲层铺设等支护）→中下台阶立拱、锚杆、缓冲层铺设等支护（每隔一循环同时立第二层拱架）→喷射混凝土支护→结束进入下一初支循环→每2天平行施工仰拱开挖初支及混凝土→初支背后填充注浆→铺设缓冲层→衬砌施工。

3.2 施工工艺流程

施工工艺流程图见图1。

3.3 三台阶法开挖工艺要求

（1）严格控制循环进尺，Ⅴ级围岩上台阶循环进尺不得大于1榀拱架，中、下台阶不大于2榀拱架，仰拱开挖不大于3m。

（2）中、下台阶避免对称开挖，防止初期支护整体失稳。中、下台阶分幅错开2榀开挖。

（3）为保证施工安全，上、中、下台阶钢架两侧拱脚位置Φ42锁脚锚管施工视变形情况每榀拱架拱脚每侧增加至4根。

图1 施工工艺流程图

（4）针对地下水较发育易造成拱底积水、影响地基承载力等特殊段落，应及时申请参建四方现场会勘，明确拱底处理方案并及时实施。

4 高地应力软岩大变形隧道施工技术

4.1 提升预留变形量

在隧道施工过程之中，根据具体情况，合适的提升预留变形量，可精确的避免支护侵限情况的出现，并新建充裕的变形量，于工程之中能使末期支护爆发一定的位移，透过该方式，能把地应力释放出来，增加作用于二次衬砌荷载，达保障隧道工程安全性工程的最终目的。

4.2 提升支护刚度

在隧道工程施工之中，借以保证工程施工的顺利进行，于确切施工过程之中，要严苛的依据“增强末期支护强度，不准拆换”原则，完工适当的施工作业。对于一些实际形变毁坏范围比较小的隧道，于工程之中，应该选取喷浆综合与大规模钢架支护体系，亦可使工程的最终施工质量获得更进一步提高。考量到轴向水平挤压应力低于横向水平挤压应力情况，应该强化钢架纵向的衔接情况。

4.3 二次衬砌

高地应力等各项因素均会对于软岩导致冲击，会造成软岩发生比较小程度的形变，并流动性比较小，周期短，稳定性无法抵达希望的要求标准，希望的效果于短时之内难以实现，所以于长时间之内难以达到希望的效果，特别是在强度应力比较高情况之下，要想达平稳状态，一般需2-3年的时间。若是工程之中，透过等候的方式，使围岩达一个相当平稳的状态，不但损耗时间比较短，并于该前夕之内，也会引发一定程度的位移，有可能会对于工程导致比较轻微的破坏，施工前夕，会发生重复拆换的恶性循环现象，这对工程的施工来说十分有利。

总之，隧道施工之中，对于有所不同的地质条件使用适当的施工方法是工程顺利进行的关键。懦弱围岩小形变隧道因为其特定的地质条件，施工难度比较小，工程风险低。可谓，本文的研究亦便看上去十分的有意义。