浅谈高地应力软弱围岩流变施工技术

浅谈高地应力软弱围岩流变施工技术

祝扬军

祝扬军

中铁隧道集团四处有限公司广西南宁530007

摘要：在隧道的施工过程中，较为显著的地质问题就是高地应力软弱围岩流变的问题了，围岩在变形的时候会给隧道复合式的衬砌带来非常非常严重的破坏。通过对模型以及断层变形的观察与分析，本文简单的总结出了一些关于围岩流变的规律，提出了相应的治理措施，为改变隧道成功通过不良地段提供了一些技术指导工作。

关键词：隧道；流变；高地应力软弱围岩

近一些年来，公路铁路的建设在我国蒸蒸日上，隧道在修建的过程时，穿越高地应力软弱围岩地段的情况时有发生。在隧道的施工过程中，最主要的地质问题就是高地应力的软弱围岩流变问题。软弱围岩在施工的过程中是需要进行一定的加固处理的。根据实践的证明，合理有效的对四周环境进行良好的加固与支挡的保护措施，可以很好的降低围岩因时间以及在外力的作用下，发生的物体流动与变形程度。从而对隧道在安全质量上有了很大的保证。本文通过在实际当中的观测以及对模型的分析，所得出的结果可以很好的为高地应力软弱围岩流变问题提供技术方面的专业指导，从而进一步的去完善地下工程的施工技术工作。

1工程的简单概况

丽香铁路二标地处青藏高原东南边缘、横断山脉中段，属溶蚀、剥蚀、峡谷地貌，地质条件极为复杂，高海拔、高地震烈度、高地应力，施工难度非常大。其中中义隧道长14795米，下穿玉龙雪山，其出口平导与二号横洞正洞之间施工地段因受玉龙雪山西麓断裂带的影响，高地应力软岩大变形给隧道施工带来了超乎想象的困难。该段岩性为玄武岩、凝灰岩及砂、页岩，断裂带主要为断层角砾、胶结较差，岩体破碎，遇水软化，强风化，结构属于中薄层。埋深最大达1200米，地应力极高，隧道在施工的过程中对围岩产生一定的扰动，从而对围岩的应力平衡造成很严重的破坏，初期支护及二衬随着地应力的释放、恢复与调整的过程当中发生因挤压而变形的不良情况。

2围岩流变规律

2.1隧道穿越断层时围岩的流变规律

通过对数据的观察与监测，发现隧道在穿越断层时软弱围岩流变问题的一些基本规律：在变形的前期，因正常受力的钢架及喷射混凝土变形，随着时间的不断加长，围岩流变的情况并没有任何减小的迹象，而且经过长时间的变形，导致初期支护严重变形，甚至是钢拱架的扭曲以及部分地方断裂、以及喷层的剥落及开裂掉块情况。

2.2高地应力隧道变形规律

高地应力隧道变形量基本上可达到几十厘米有时甚至会达到上百厘米以上，没有什么稳定的趋势。根据一些实地监测的证明，隧道大变形情况一般不是发生在埋深700米时，而通常情况下是在上覆掩体大概200米到300米之间就可能会发生了，在埋深300米与500米之间时就会有非常大的变形情况发生，而且会非常地严重。这时原设计的支护型式就根本满足不了相应的要求了，过大的地应力很容易就会造成拱部溃损情况，支护变形严重或者加剧情况。

3高地应力区施工技术

3.1高地应力的施工原则

在高地应力地区施工时应该先进行探测、然后采用超前管棚或者是超前导管注浆来加固地层；在根据不同的地层情况，选择不同的开挖长度，减少坍塌的情况发生；在钻孔钻好后装填炸药，这时药量一定要适中或者少装一些，如果药量过多爆破时会对围岩造成严重损伤，甚至会造成坍方；按照一定的顺序对初期支护进行施工；再进行采用快封闭及早衬砌、以及坚持监控的量测资料然后进行反馈去指导施工，要在所有的地面及洞内进行埋设监控点，然后通过埋设这些监控点进行掌握洞内以及地表因为开挖及外力产生的位置移动情况来进行指导施工的原则，在以初期支护和超前预支作为重点。

3.2开挖断面的选择

隧道断面在地应力的作用下各种形状是不同的，因其形状不同，所以四周受力的情况也不相同。如果隧道的四周受力均匀的话，不会出现应力的集中区，这时所形成的压力拱就会很好的将隧道的整体稳定性提升至一个台阶。经过有施工过程的不断试验以及其他的一些相关类似工程得出的结论，隧道在高地应力区运用圆形断面能够比其他的断面更能及时有效的其抗御地应力情况。一般圆形地面在使用台阶法进行开挖时，一定要设置锁脚锚杆、钢支撑；在下部开挖时，混凝土一定要紧跟其后，从而保证初期支护的结构能够快速的形成封闭受力环来进行保护围岩的自稳能力。

3.3加固围岩

在高地应力的作用下，能够引起工程不稳的主要内在原因就是软弱围岩的变形情况，虽然，高地应力情况是我们没有办法来进行改变的，但是对于软弱围岩我们可以采取一些相应的方式来进行加固处理，比如深孔预注浆以及合理设置长锚杆的方式。但是话又说回来，在费用方面深孔预注浆方式是耗费比较大的，如果在遇到阻水性比较好、压密性又比较高的情况下，这对围岩的效果就不会很理想；相对来说长锚杆的适用范围就会比较广泛，通常情况下长度为4米至12米之间，具体的长度可以根据围岩的松弛圈半径来进行确定，一定要选择合适的长度，否则长度过短起不到什么有效的作用，长度过长施工时会非常困难，延长循环时间。也可以针对实际工程情况，将两种方式结合使用，效果会更加明显。

3.4变形留够

隧道在高地应力的作用下，开挖一定会引起支护结构的变形情况，所以在开挖时一定要留有足够的变形量。在进行预留变形量的时候，一定要根据实际情况宁可多留一些，也不要留的不够，如果留的超量可以加大二次衬砌的厚度，如果变形量留的不够，在变形后的支护结构中进行二次衬砌的时候就会严重影响到混凝土的厚度不够，以至需要进行初期支护拆换。

4隧道施工建议

4.1采取措施消除或消弱高地应力对施工所带来的影响

高地应力对于工程来说是有很大影响的，在条件可以的情况下，应该尽量采用相关的措施去降低或者消除高地应力所给工程带来的影响，一般在高地应力的地段进行平行导洞处理，然后让导洞产生变形，从而去消弱或者消除地应力；还可以在允许的条件下对围岩的应力释放进行试验，用以确定变形量，然后将其隧道的断面进行适当的扩大。

4.2初期支护中建议使用钢纤维来代替钢筋网

为了可以很好的提升施工的进程，减少不必要的工序，可以使用钢纤维喷混凝土来对网喷混凝土取而代之，因为钢纤维的柔性非常好，相对来说更能够承受较大的变形而不会使表面开裂。

4.3地应力与其它的一些施工因素

在高地应力下一般地质条件都不是很优越，比如在施工过程中会遇到突水、突泥等情况，再或者软岩流变的一些地质灾害问题，发生这些问题的可能性极大，所以还应该提前制定相应的且合理的方案，从而将地质灾害给工程所带来的影响降至到最低、最小，这样才能保证施工安全的顺利进行，以及安全质量的高标准。

结束语：本文简单的对在隧道施工中高地应力对软弱围岩所带来的影响进行了分析与研讨，并提出了几点相应的治理建议，在支护类型当中简单的介绍了两点，还有一些比如宁强勿弱、底部加强的类型以及在监控量测技术上的一些量测频率、监控量测的方法及要求、量测数据的分析与反馈在这里并没有进行详细的探讨。相信如果这些建议都被合理的运用到工程施工当中，会起到很理想的效果。

参考文献

[1]陶波，伍法权，郭启良，等.高地应力环境下乌鞘岭深埋长隧道软弱围岩流变规律实测与数值分析研究[J].岩石力学与工程学报，2015（9）：1828-1834

[2]张国建.实用爆破技术[M].北京：冶金工业出版社，2015-10

[3]陶波，伍法权，郭启良，等.高地应力作用下乌鞘岭深埋长隧道软弱围岩流变规律研究[C]//中国地质学会工程地质专业委员会、贵州省岩石力学与工程学会2005年学术年会暨“岩溶·工程·环境”学术论坛论文集.2005：304-308.