大凉山1号隧道高地应力大变形处治

郭世杰 张国强 李文杰

（1.四川乐资铜高速公路有限公司，四川 成都 610041；2.四川乐西高速公路有限责任公司，四川 成都 610041；3.中铁十八局集团隧道工程有限公司，重庆 700000）

大凉山1号隧道位于四川省凉山彝族自治州雷波县与美姑县交界地带，是乐西高速马边至昭觉段控制性工程之一，隧道全长15366m，是目前四川省乃至西南地区在建和已通车最长的高速公路隧道。隧道穿越地质地形复杂区域，有大变形、岩爆、低瓦斯、岩溶、涌突水等不利情况存在。本文主要对大凉山1号隧道k87+976段初支大变形段病害成因判断，结合监控量测数据及规律，采用针对性处治方案，最终通过该大变形段为相关类似隧道处治提供借鉴经验。

一、工程概况

乐西高速马边至昭觉段起于乐山市马边彝族自治县境内，经凉山州雷波县、美姑县，止于昭觉县南侧，与G7611都香高速西昌至昭通段相接，穿越嘛咪泽省级保护区试验区和雷波境内30公里无人区，路线全长151.75km，桥隧比82%。

大凉山1号隧道为该项目重大控制性工程，洞身斜井设置受自然保护区影响，项目首次在15.3km的大凉山1号超特长隧道贯通平导中引入TBM施工工艺辅助主洞施工。大凉山1号隧道由左右线正洞、贯通平导和1座斜井组成，平导布设于左右线中间，左右洞、平导洞身间距19m。

大凉山1号隧道平面总体距四川“Y”字形构造的“1”（NS向川滇构造带）右侧平均直线105km，隧道总体构造格架受NS向川滇构造带控制，导致隧址区地质地形复杂。

大凉山1号隧道隧址区复杂的构造主要有两大构造分区：构造一区为隧道进口至F2断层，以南北向构造体系为主，为斯依阿莫倒转背斜及两翼；构造二区为F2断层至隧道出口，以北东向构造体系为主，具体包括黄果洛向斜及哈都洛背斜。

二、大变形情况及原因分析

（一）大变形情况

隧道出口工区施工至隧道右洞k86+976、隧道左洞k86+998时，掌子面主要以砂岩、泥岩互层为主，受地质构造影响，围岩从较破碎至破碎，局部极其破碎，节理裂隙较发育，岩体强度低，收敛变形大，施工过程中揭示较多软弱夹层，夹层一般顺线路或与隧道呈小角度相交，综合判定为IV级围岩，原设计衬砌支护类型为Z4d。

该段发生的主要病害有：主洞右线k87+160～k86+976段最大沉降变形19cm、收敛变形41cm，k87+030～k87+060中心沟盖板处仰拱出现开裂隆起；主洞左线zk87+153～zk86+998段最大沉降变形32.9 cm、收敛变形24.4 cm；平导pdk87+140～pdk87+000段最大沉降变形10cm、收敛变形18cm。

在处治过程中，本文主要采用的支护参数如表1所示。

表1 本文主要涉及支护参数表

（二）变形原因分析

现场经踏勘，并结合TBM超前平导在主洞开裂段的施工情况，综合对隧道总体地质分析研究，大变形产生有以下原因：

主要原因：地质构造影响。大变形发生段落位于哈都洛背斜内和黄果洛向斜转折端，地层长期褶皱活动形成高地应力。

前期TBM超前平导施工至该段落平导掘进至pdk87+140，实际揭露地质砂岩夹泥岩，岩体软硬不均，部分段落出现剥层状垮塌和块体垮塌，TBM盾尾出现不同程度的掉渣情况，前期根据现场地质情况将衬砌支护参数由TBM4b变更调整为TBM5a。

综合地质分析与前期TBM超前施工揭露情况，主洞掌子面软弱围岩在该高地应力作用下，形成挤压变形，导致初期支护沉降、收敛，继而开裂是发生此次病害的主要原因。

次要原因：施工过程中，该段落采用上下台阶法开挖，且上台阶断面过大，可能导致变形较大。

（三）监控量测数据分析

由变形区域内典型断面监控量测数据发现，k 87+160～k 87+100 段收敛变形较大且持续变形，最大变形达41cm，开挖支护2个月无收敛趋势，同时发现k87+076～k86+976段初支局部出现开裂、脱落现象。选择其中代表k87+125监测断面数据，趋势图如图1所示。

图1 典型断面k87+125监控量测断面数据

三、处治方案

（一）处治措施

此次处治遵循“技术可靠、经济合理、安全快捷”的基本原则，根据大变形实际情况，按照轻重缓急、分阶段制定以下处治措施：

1.前期k87+160～k86+976、zk87+153～zk86+998严重变形侵限地段，实施换拱处治，为确保施工安全，预先采用临时钢架与围岩注浆加固被扰动的围岩，将其与已发生变形的初支结构形成一个共同承载圈。

2.对前期变形较大侵入二衬厚度段落换拱处理，换拱有限采用Z5c衬砌，为确保安全，初支处理应分段、跳槽进行，严禁一次性将临时支撑全拆除。

3.根据初期支护变形程度，该段判定为初级变形，综合分析刚性和柔性两种支护类型的优缺点，结合现场具体施工情况，最终确定掌子面k86+976、zk86+998初期支护采用工字钢Z5c，并结合前期监控量测数据适当加大预留变形量。

（二）处治效果

通过处治，该段大变形情况得到有效控制，通过对该段后期典型断面监测数据分析发现，收敛变形得到控制，且为大变形段落二衬寻得较好时机。

四、结语

随着极重山区交通工程建设，超特长隧道数量将越来越多，长大隧道大埋深高地应力造成的大变形病害处治始终是一个值得深入研究和思考的课题。本文针对西南第一长隧大凉山1号隧道大变形处治经验，分析大变形成因、病害机理、监控数据分析及刚柔措施选用，处治较为紧凑，仍有部分问题有待进一步思考：首先，大凉山1号隧道需充分利用TBM超前平导导坑预报作用，待主洞施工至地质构造不利因素段落时，要严格按照适宜的分部开挖方法施工，短进尺、弱爆破，同时应做好超前支护、钢架缩脚等措施；其次，充分发挥隧道新奥法设计施工理论，利用好监控量测和超前预报手段，为大变形段落施工方案及预留变形量提供依据；最后，强化超特长隧道前期设计阶段地应力场分析，可采用宏观地质分析与微观地应力测试相结合方式，对超特长隧道地应力场实现较为准确的预先判别，避免高地应力段施工引起的安全和质量损失。