防治问题在隧道软岩大变形的探讨

代长礼

摘 要：千枚岩等软弱围岩引发的大变形是隧道施工中的难题，国内外对其形成机理及对策已有较多研究。拉林铁路拍拉隧道地处藏南山谷地区，地震活动频繁，岩层为炭质绢云千枚岩夹长石石英粉砂岩且有偏压、断层、富水影响，施工难度较大。为了安全快速的完成施工任务，我单位在预设计图纸的指导下，优化设计参数和施工工艺，加强隧道超前地质预报和监控量测，圆满地完成了施工任务，为以后遇到类似的施工问题提供了宝贵的参考指导。

关键词：防治问题；软岩；大变形；探讨

伴随着我国铁路建设的不断发展和完善，目前对于铁路建设中存在隧道施工穿越软岩大变形地层已能够有效处理。在施工隧道时穿越高地应力软岩，容易使围岩发生较大程度的变形，加大隧道施工的难度。软岩大变形隧道处理风险大、工期时间长、治理费用高。对此，采用隧道施工变形控制方法可以有效地解决以上情况，提高围岩的坚固性和稳定性，为高质量的建成隧道创造条件^[1]。笔者将在下文中以拍拉隧道工程施工为例，详细分析防治问题在隧道软岩大变形的探讨。

一、施工情况

隧道进口工区在当年雨季施工至D3K224+260～D3K224+365段预计中等大变形段时发生了较大变形，主要为拱顶严重下沉，最大变形值42cm，边墙强烈内挤，喷射混凝土局部开裂，压碎脱落，格栅钢架扭曲变形，结合监控量测资料分析其特征主要为：变形量大，初始变形速率大且不易收敛，变形持续时间长，变形破坏不均匀。

二、隧道软岩大变形分析

（一）岩性

拍拉隧道D3K224+260～D3K+365段通过粉砂质绢云千枚岩夹变长石石英粉砂岩地层，围岩本身自承重能力差、自稳时间短、来压快、容易变形，且变形量大、快、时间长。千枚岩隧道的自稳时间仅为几十分钟到几个小时，变形速度从5～100mm/d不等，变形持续时间一般为25～60d。

（二）应力影响

受隧道埋深、构造应力和集中应力作用的影响，隧道的围岩应力水平很高，岩体内残余应力较大，这就使得隧道四面受压，不仅有顶压、侧压，还有底压，容易发生底鼓等变形。

（三）地下水影响

由于多是千枚岩由各种粘土矿物构成，它们吸水性强，且发生显著的体积膨胀，致使隧道变形破坏。在隧道中有很多的裂隙渗水和隧道底板积水，容易因软岩遇水膨胀导致隧道不均衡受力，从而造成隧道开裂、变形。

（四）偏压影响

受线路走向影响，隧址全部处于顺层偏压区。通过现场观察和监控量测数据分析，线路左右侧变形数值存在较大差异，线路左侧变形量明显大于线路右侧。

（五）设计原因

该处支护钢架原先设计为16cm格栅钢架，初期不承受围岩应力，需等喷射混凝土达到强度后一起承受围岩应力。在现阶段采用湿喷机和液体速凝剂的情况下需要3小时达到5Mpa，12h达到10Mpa，才能发挥支撑作用，而千枚岩地层的变形主要发生在早期。

（六）施工方法

拍拉隧道为单线隧道，洞内空间狭小，采用正台阶法开挖。因工期压力，上台阶长度过长及后续仰拱、二次衬砌距离较远，最大时候仰拱距离掌子面60m，二次衬砌距离掌子面110m。

三、软岩大变形隧道防治措施

（一）治理措施

软岩隧道因为高地应力的存在导致大变形，施工中初期支护背后空洞的存在或围岩中存在较大的块石容易形成大塌方和无预兆的大变形。施工中严格按照拍拉隧道监控量测专项施工方案进行量测，及时反馈量测信息指导施工，量测信息与变形控制基准进行对比，一旦发现变形速率有突变的情况，应视情况立即采取如下应对措施。

（1）增加临时支撑

根据量测数据分析总结经验，当围岩变形超过7cm/d并持续3d时，这是存在塌方的前兆，此时应立即喷射混凝土封闭裸露的开挖面，使用工字钢或钢管等材料做成临时支撑（横撑、竖撑、斜撑）控制变形，加强注浆作业质量，待速率减少后立即组织施工，快速封闭成环。

（2）增加临时仰拱

若有特殊原因需要停止掌子面施工，同时停止时间较长，则按照不同的线间距及现场实测宽度提前制作横向支撑工字钢（Ⅰ20a工字钢），施工时首先做好台阶，支撑工字钢与两侧钢拱架焊接，焊接部位增加角钢加强焊接，纵向支撑之间利用长0.8m的Ф22钢筋作为纵向连接钢筋，间距1m，同时清理底部虚渣，喷射C25混凝土。

（3）采用管棚+超前小导管注浆

为防止塌方导致安全事故、影响施工进度，施工中根据围岩变形情况采用管棚+超前小导管注浆的施工措施。管棚采用Ф89钢花管，长10m，拱部144°设置，环向间距3根/m。纵向搭接不小于3m。管棚施作完成后，每隔2.4m打设超前小导管，材质为厚3.5mm长3.5m的热轧无缝钢管，外插角为10～15°，纵向搭接长度不小于1m，拱部144°设置，环向间距为0.4m，每环30根。管棚和超前小导管安装后注浆加固，有效控制围岩垮塌与变形。

（4）扩大拱脚

加肋钢支撑是作为上半断面脚部围岩支撑力不足对策而采用的，是在钢支撑脚部加型钢来扩大支撑面积以降低支撑压力的方法。加肋钢支撑能够在支护脚部围岩承载力不足、脚部下沉大的场合，增加受力面积，分散荷载来抑制下沉，可以与其他控制下沉的方法一起使用。一般加肋钢支撑分锐角类型和非锐角类型，拍拉隧道采用前者，设置在中台阶左右两侧。

加肋钢支撑的设置，与通常的钢支撑同样设置在规定的位置，考虑预计的下沉量和已施工区间的下沉量量测结果，可以适当上抬或预加载等以充分发挥加肋钢支撑的效果。扩大拱脚施工结束后要对该部位充分清理虚渣，加强喷射混凝土防止出现空洞，影响结构受力。该方法其他优点是材料可以提前在钢架加工场提前加工，施工中对其施工工序影响较小。

（二）预防措施

（1）加强初期支护，增大预留变形量

喷射混凝土改用C30早强钢纤维喷射混凝土使掌子面快速封闭，加大钢筋网、锚杆支护，采用G32自进式锚杆深入围岩达到稳固效果。改用I22b工字钢替代格栅钢架，使钢支撑的早期支护强度早点到达。

原设计IV级围岩IVc衬砌初期支护参数

预留变形量		C25喷射混凝土		φ6钢筋网		锚杆			格栅钢架
设置部位	厚度（cm）	设置部位	厚度（cm）	设置部位	网格间距（cm）	设置部位	长度（m）	间距（m）	设置部位	间距（m）
拱墙	6～8	拱墙	23	拱墙	20×20	拱墙	3.0	1.2×1.2（环×纵）	拱墙	1.2
		仰拱	10

变更设计大变形III型复合式衬砌初期支护参数

预留变形量		C30早强钢纤维喷射混凝土		φ8钢筋网		锚杆				Ⅰ22b型钢钢架
设置部位	厚度（cm）	设置部位	厚度（cm）	设置部位	网格间距（cm）	设置部位	锚杆类型	长度（m）	间距（m）	设置部位	间距（m）
拱墙	14～16	拱墙	27	全环	20×20	拱部	Ф22组合中空锚杆	3.0	0.8×0.8（环×纵）	全环	0.8
		仰拱	27			边墙	G32自进式	4.0

（2）改善施工工法，合理组织施工

原设计正台阶法改为正台阶加临时仰拱或者临时横撑。加强超前支护施工质量和初期支护过程锚杆、钢支撑施工质量。严格按照安全步距要求短进尺，缩短循环进尺，采用若爆破强支护，弱爆破，管超前进行施工。

结束语：

综合以上拍拉隧道工程施工的分析来看，隧道工程中如若存在高地应力软弱围岩，容易引起地质灾害，严重影响隧道工程施工进度。所以，在隧道工程施工中，规范、合理地运用隧道施工变形控制方法来进行软岩大变形地段的施工是非常必要的，如此可以有效控制变形围岩、预留合理的变形量，降低不良地质灾害发生的可能性，为高质高效的建成隧道工程创造条件。

参考文献：

[1]胡智军.高地应力软岩隧道施工变形控制方法试验研究[J].价值工，,2014(12):121-122.