软岩隧道大变形控制及预留变形量研究

2022-11-10杨朝栋

四川建筑 2022年5期

杨朝栋

(四川绵九高速公路有限责任公司，四川绵阳621000)

在山区隧道修建过程中难免遇到地质条件较差的软岩隧道[1]，软岩隧道受到土体挤压会产生大变形[2-4]，造成隧道衬砌开裂、侵限等问题，给隧道的施工安全带来极大考验，因而有必要针对软岩隧道，通过现场情况以及反馈的信息，对大变形的控制措施以及预留变形量展开研究。

在大变形控制措施研究方面，汪耀等[5]针对中等强烈大变形采用优化支护、加大预留变形以及先放后抗等措施控制了大变形，张金龙等[6]通过数值模拟对注浆、优化断面等措施进行了优化。在软岩隧道预留变形量研究方面，陈雷等[7]结合昆明北羊街隧道工程，探究了不同埋深及围岩等级下隧道围岩变化规律及预留变形量。孙国凯[8]结合数值模拟以及现场监测对浅埋大断面软岩隧道的预留变形量展开研究，得出IV级、V级围岩的合理预留变形量。张梅等[9]通过预留变形法，解决了高地应力软岩隧道施工中的应力释放问题。

综上，关于软岩隧道的大变形的控制及预留变形量均有一定研究，但研究大多针对某一隧道，控制措施及预留变形量的适用性有待考证。因而有必要对针对软岩隧道，更深入系统的研究软岩隧道大变形的控制措施及合理的预留变形量。有鉴于此，本文以九绵高速梅家沟以及水牛家软岩隧道为依托，通过现场统计情况以及反馈的信息，对软岩大变形控制措施及预留变形量展开研究，提出相应的大变形控制措施及不同衬砌类型合理的预留变形量，为软岩隧道的安全施工提供参考。

1 工程背景

九绵高速起于四川省和甘肃省交界处的青龙桥附近，止于绵阳市游仙区张家坪附近，跨越九寨沟县、平武县、北川县、江油市、绵阳市游仙区。线路全长244.026km，隧道总长121km/42座，沿线地质条件复杂，生态敏感，自施工以来，多座隧道出现软岩大变形问题。

本文主要探究九绵高速中梅家沟隧道以及水牛家隧道2座软岩隧道。梅家沟隧道围岩条件较差，土体较软，在水流作用下易发生危险；水牛家隧道隧道左右线进口段位于斜坡上，斜坡自然坡度30°～45°，坡体植被茂盛，无冲沟发育，基本无汇水条件，斜坡现状稳定。隧址区内不良地质现象主要为危岩崩塌和泥石流。特别是危岩崩塌对隧道进出口影响较大。

在软弱围岩作用下，梅家沟以及水牛家2座隧道出现了大变形，造成了钢拱架连接受剪切破坏、初支开裂、剥落等现象，给隧道的施工以及安全带来了极大的挑战。

2 大变形控制措施

针对梅家沟以及水牛家隧道大变形的问题，现场采用了一系列措施来抑制大变形(表1)。

梅家沟隧道现场成功处置案例如表1所示，从梅家沟隧道现场的成功经验中可以看到增加斜撑，补打中空注浆锚杆，及时施作仰拱，采用长锁脚锚杆+长短锚杆是控制大变形较为有效的措施。相关措施如图1～图3所示。

表1 梅家沟隧道现场大变形处置措施

图1 中空注浆锚杆施工

图2 锁脚锚杆施工

图3 长短锚杆+长锁脚锚杆

水牛家隧道现场成功处置主要有打设小导管注浆加固、增加仰拱、围岩注浆加固、进行超挖控制、加强拱架纵向连接、二衬台车早进场早衬砌、增大锁脚及预留变形量以及采用超短台阶、微台阶与三台阶预留核心土法等，现场小导管注浆如图4所示。

图4 小导管注浆示意

3 基于现场情况的预留变形量研究

3.1 不同衬砌类型洞周变形统计

选取梅家沟隧道左右线Da、Db、Dc、Z5af、Dc-1等衬砌类型监测断面共16组的拱顶下沉及周边收敛时程曲线，分别对左右线相同衬砌类型下的监测断面进行速率及累计值统计(表2)，上述衬砌类型预留变形均为300mm。区别在于：Da采用φ32mm自进式锚杆，长800cm，φ42×4mm注浆小导管，外层初期支护采用I20b工字钢，拱架间距为0.5m/榀，若变形达到20cm，且变形没有收敛趋势，立即施作内层初期支护，内层初期支护采用I18工字钢，拱架间距为0.5m/榀。Db采用，φ32mm自进式锚杆，长600cm，，φ42×4mm注浆小导管3.5m，初期支护采用I20b工字钢，拱架间距为0.5m/榀。Dc采用φ22mm药卷锚杆，长350cm，初期支护采用I20b工字钢，拱架间距为0.6m/榀。Z5af采用φ22mm药卷锚杆，长350cm，φ25mm自进式锚杆长600cm，初期支护采用I22b工字钢，拱架间距为0.5m/榀。Dc-1拱顶120°范围之外设6m长φ25mm自进式锚杆，φ22mm药卷锚杆，采用工字钢为I20b，间距0.5m/榀。

从表2可得，本标段所监测软岩隧道以收敛大变形为主，累计值占预留量的60%～100%，拱顶下沉较小，累计值占预留量的20%～40%。不同衬砌类型下，大变形发生的部位大多出现在掌子面以及下台阶位置，周边收敛速度显著大于拱顶下沉速度。