白岩子隧道软岩大变形施工技术

王超超

（中铁二十四局集团有限公司，上海200071）

随着中国西部大开发战略的不断深入，西部地区铁路运输建设正经历着大阔步的发展速度。新建丽江至香格里拉铁路位于云南省的西北部，线路连接大理至丽江铁路，并通过该铁路和广大铁路与成昆铁路相连。丽香铁路建设是推动滇西北旅游业发展的需要，将有效促进云南西北地区土地资源开发，发展沿线经济，促进少数民族地区经济繁荣，巩固区域扶贫成果，具有重要意义。

云南地区地质条件复杂多变，构造应力大且为保证接线隧道设置埋深大，导致隧道修建过程中多出现大变形情况，严重威胁施工安全以及施工进度［1-2］，本文以新建丽香铁路白岩子隧道软岩大变形施工为工程背景，依据大变形破坏形式，对其大变形进行了分类。通过对比不同施工方式对大变形的抑制效果，提出了相对合理的大变形施工控制措施。

1 工程概况

白岩子隧道位于虎跳峡站与螺蛳湾站段内，进口端为D1K61+600，出口端为D1K65+683，隧道全长4 083 m。隧道最大深度约为680 m，隧道的进口部分为28.5‰（50 m）的上坡，其后依次为28.2‰（3 150 m）、21‰（350 m）、6‰（533 m）上坡。

截至2019年4月17日，掌子面施工至D1K62+800，根据超前地质预报资料及现场掌子面揭示，地层岩性为灰、灰黑色，薄层状、弱风化板岩夹炭质板岩，节理裂隙发育，层面光滑，倾角平缓，结合差，发育条带状石英脉，存在软弱夹层，岩体松驰破碎，遇水易软，掌子面湿润，围岩稳定性极差，围岩级别为Ⅴ级。采用大变形ⅡA型复合式衬砌，台阶法施工。受软岩大变形影响，初支开裂变形较为严重，其中D1K62+493处线路右侧最大累计水平收敛已达760 mm（预留变形量400 mm）。自2018年以来，由于围岩较差，初支收敛变形大，频繁拆换拱，1月到7月该掌子面平均月进尺18 m（不足20 m），导致工期严重滞后。

2 白岩子隧道软岩大变形施工控制措施

根据强度特征、泥质含量、结构面特征和塑性变形特征的不同，按照上述特征差异［3］，结合产生大变形的机理，软岩一般分为这四类：膨胀软岩（低强度软岩）、高地应力软岩、节理软岩及复合软岩［4-5］。依据白岩子隧道施工后揭示的地质情况，将白岩子隧道大变形归类为高地应力作用下的软弱节理围岩引起的挤压性大变形。

2.1 大变形ⅡA型衬砌断面（I20b型钢钢架）

D1K62+420～D1K62+530段采用大变形ⅡA型复合式衬砌，全环采用I20b型钢钢架，间距0.5～0.6 m/榀，拱部采用组合中空锚杆，侧壁采用φ22砂浆锚杆，长度均为4 m。大变形ⅡA型的衬砌断面图见图1。

图1 大变形ⅡA型衬砌断面图（I20 b型钢钢架）

在使用该参数施工后，局部变形得到控制，但后期徐变引起的变形对初支钢架起拱线处影响较大，导致大段落的侵限拆换拱现象，初支侵限及拱架扭曲见图2。

图2 D1K62+487处初支变形侵限及钢架扭曲

2.2 大变形ⅡA型衬砌断面（I20 b型钢钢架+I18型钢钢架）

D1K62+530～D1K62+560段采用大变形ⅡA型复合式衬砌（双层初支试验段，I20b型钢钢架+I18型钢钢架），间距0.5 m/榀，拱部采用组合中空锚杆，侧壁采用φ22砂浆锚杆，长度均为4 m。大变形ⅡA型衬砌断面见图3。

图3 大变形ⅡA型衬砌断面图（双层初支试验段，I20b型钢钢架+I18型钢钢架））

具体施工流程为：

1）先分3次施作3榀外层钢架（远离断面中心），即初喷混凝土，挂设钢筋网，架设型钢拱架，并钻设超前锚管、锁脚锚管及径向锚杆复喷至设计厚度。

2）待3榀钢架施工完毕后，施工第4榀外层钢架。同时开始施工内层钢架（靠近断面中心）。

3）待Ⅱ内工序施工完毕后，以防断面垮塌，及时施工第4榀外层支护喷混凝土作业。

4）待施工第4榀外层支护喷混凝土作业完毕后，及时施工第1榀内层支护喷混凝土作业。

按照双层初支钢架施作后（外层全环架设I20b型钢钢架，内层全环采用I18型钢钢架），初支收敛变形得到有效控制，其中D1K62+535～D1K62+555段收敛变形情况见图4。

图4 D1K62+535～D1K62+555段隧道水平收敛变形情况

根据监控量测水平收敛曲线图显示，控制累计变形（30 d）在360 mm以内，变形速率控制在5 mm/d以内，达到预期效果。虽然初期支护收敛变形得到有效控制，但施工工效低，施工进度缓慢，造价高。该施工方案工序循环耗时见表1。

表1 工序循环耗时情况一

2.3 大变形ⅡA型衬砌断面（I25 b型钢钢架）

D1K62+560～D1K62+800段采用大变形ⅡA型复合式衬砌，全环用I25b型钢钢架，间距设置在0.6 m/榀，拱部用Φ25组合中空锚杆，长度4 m，侧壁采用φ22早强砂浆长锚杆，长度6.5 m，大变形ⅡA型衬砌断面见图5。按照单层初支钢架（I25b型钢钢架），同时边墙系统锚杆采用Ф22早强砂浆长锚杆（6.5 m）施作后，初支收敛变形得到有效控制，其中D1K62+565～D1K62+580段收敛变形情况见图6。

图5 二次衬大变形ⅡA型衬砌钢架图（I25b型钢钢架）

根据监控量测水平收敛曲线图显示，控制累计变形在360 mm以内，变形速率控制在8 mm/d以内，达到预期效果，工序循环耗时情况见表2。采用I25b型钢钢架，针对变形较大侧增大预留变形量，边墙采用Ф22早强砂浆长锚杆（6.5 m）措施，有效抑制初支变形，安全、质量、进度显著提升。

表2 工序循环耗时情况二

图6 D1K62+565～D1K62+580段隧道水平收敛变形情况

3 经济性分析

1）采用大变形ⅡA型复合式衬砌，全环采用I20b型钢钢架，间距设置在0.6 m/榀。主要工程数量见表3，其工程数量套用合同清单Ⅴ级围岩单价，每延米费用约为58 651元。

2）采用大变形ⅡA型复合式衬砌，全环采用I25b型钢钢架，间距设置在0.6 m/榀。主要工程数量见表4，其工程数量套用合同清单Ⅴ级围岩单价，每延米费用约为63 125元。

3）采用大变形ⅡA型复合式衬砌，全环设置双层初支钢架（外层全环架设I20b型钢钢架，内层全环采用I18型钢钢架），间距0.5 m/榀。主要工程数量见表5，其工程数量套用合同清单Ⅴ级围岩单价，费用约为82 905元/m。

表3 大变形ⅡA型复合式衬砌（I20b型钢钢架）工程数量

表4 大变形ⅡA型复合式衬砌（I25b型钢钢架）工程数量表

表5 大变形ⅡA型复合式衬砌（双层初支钢架）工程数量

根据以上支护参数工程数量计算费用，进行经济性对比分析，采用双层初支钢架虽然能有效抑制变形，但施工成本过高（较I20b型钢钢架增加费用24 254元/m）；而采用I25b型钢钢架既能有效抑制变形，又能合理控制投资（较I20b型钢钢架增加费用4 474元/m）。

4 结 语

本文以新建铁路丽江到香格里拉线白岩子隧道软岩大变形施工技术为研究背景，对比分析了不同支护条件下隧道大变形控制效果及造价，提出了相对合理的大变形施工控制措施，主要结论如下：

1）依据白岩子隧道施工后揭示地质情况，将白岩子隧道大变形归类为高地应力作用下的软弱节理围岩引起的挤压性大变形；

2）对比分析了I20b型钢钢架、I25b型钢钢架、双层初支钢架对隧道大变形控制效果，双层初支钢架抑制效果最好，I25b型钢钢架次之，I20b型钢钢架最差；

3）对比分析了I20b型钢钢架、I25b型钢钢架、双层初支钢架造价，以I20b型钢钢架施工费用为基础，I25b型钢钢架较I20b型钢钢架增加费用4 474元/m，双层初支钢架较I20b型钢钢架费用增加了24 254元/m；

4）综合对比分析，认为I25b型钢钢架较为合理，既能有效抑制变形，又能合理控制投资。