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摘要:文章以滇西红层软岩隧道施工为例,介绍其地质特点和容易出现变形问题的原因,并对变形问题的形变特征和强度特征进行分析,提出了对此变形问题进行处理和控制的有效措施,以供参考。
关键词:滇西红层;软岩隧道;变形控制;超前小导管;锁脚锚管
1引言
在隧道施工中会遇到多种不同的地质条件,并且会对隧道施工造成一定的影响。其中软弱围岩就是在隧道施工中容易出现的、容易导致其施工出现较大变形问题的地质问题之一。其指的就是具有较低的强度、较差的胶结性、且具有较多软弱面的地质土体类型,其通常包括千枚岩、泥岩等不同的类型,且通常具有较低的土体单轴抗压水平,主要由膨胀性钻土矿物以及泥质等组成。需要针对其容易引发的隧道施工中的变形问题,以及引起的结构失稳和破坏等问题,从隧道施工技术上进行控制。
2滇西红层软岩隧道施工概况
大保山隧道横洞工区正洞大里程方向地处“滇西红层”软岩地带,因岩中富含铁的氧化物而呈红色、深红色或褐色。岩体为典型的变质糜棱岩、石英沙岩,泥岩,岩体破碎,风化严重,节理裂隙发育,挤压强烈,岩体结构颗粒细微,并有遇水软化、泥化、膨胀,失水急剧收缩等特征。施工过程中往往出现掌子面拱顶坍塌,初支边墙收敛变形等情况,因此拱顶超前小导管和拱架锁脚锚管施工显得尤为重要。
3软岩隧道变形问题分析
3.1软岩隧道形变特征分析
软岩隧道出现变形问题的形变特征主要表现为以下几个方面:一是在进行隧道开挖的初期阶段表现为塑性形变的特征,且此时的形变量以及形变速率较大,甚至会出现较为严重的破裂问题,导致出现超过100cm的位移量。二是具有较为明显的持续性特点,即变形问题持续的时间较长。这主要是由于软弱围岩出现变形的原因是由于外部应力的作用,且在此作用下会发生蠕变效应,而且此应力的释放过程通常较为缓慢,所以会在隧道施工中对支护以及衬砌结构进行持续性的应力施加。三是对支护措施的要求较,且在不合理的支护形式下会导致隧道开挖过程中的塑性形变增加,甚至会容易造成支护结构的破坏,进而会形成较为严重的结构质量与安全问题。
3.2软岩变形问题的强度特征分析
软弱围岩通常具有较低的强度,且在隧道施工中其变形问题的强度特征表现为以下几点:一是软弱围岩的强度通常与岩体强度有关,且呈现出正比例的关系,即岩体强度越大则围岩的强度越高。二是由于软弱围岩中通常具有较高都会含水量,而且在地下水的影响下,会随着含水量上升而导致土体出现较为严重的软化和泥化等现象,也会导致围岩的物理性质随着土体的软化而发生塑态变化,并降低其力学性能中的粘聚力且导致形变增加,因而会导致围岩强度的进一步下降。三是在软弱围岩所在区域中,如果出现断层或者挤压破碎等地质问题,就会导致此围岩的结构软弱性进一步突显,并会对围岩强度造成一定程度的影响。
4控制变形措施
4.1超前小导管
V级围岩超前支护设计上采用¢42小导管,长度3.5m,纵向间距2.4m,环向间距0.5m,每环21根,搭接长度不少于1m;钢架设计上采用格栅钢架(目前隧道采用I16工字钢),设计间距为0.8m。掌子面进尺时根据围岩具体情况,“岩变我变”,一般每循环开挖进尺两榀,即一次开挖1.6m。然而我部目前进场的¢42小导管长度均为6m,为避免浪费及施工方便,将超前小导管长度调整至3m,即每两榀钢架设置1环,搭接长度为1.4m左右,满足设计要求。
超前小导管的支护范围为拱部144°,施工时需注意外插角角度,比如角度较小容易造成开挖后净空侵限,钢架无法安装,耽误现场施工;角度较大的话会造成开挖后拱顶超挖较大,造成喷浆料的浪费甚至出现拱部空腔。大里程方向纵坡设计为2.28%,经过认真计算及结合现场施工需要,最终将小导管外扩角度确定为2°左右;同时,为确保掌子面进尺安全,防止拱顶出现掉块甚至局部坍塌,施工中我们往往采用将单排小导管加密至双排小导管的方式。
4.2锁脚锚管
锁脚锚管设计采用¢42小导管,长度3.5m,上台阶拱脚及中、下台阶左右侧拱脚部位每处均设置两根。根据测量班监控量测数据分析,初支变形较大的部位一般体现在中台阶拱脚部位,所以拱脚加固显得至关重要,现场施工采用加密锁脚的方式,即由设计的2根增加至4根,以提高钢架的抗拔力。锁脚锚管施工时需注意其施作角度、“L”筋焊接质量及锚管中塞锚固剂。
设计上要求锁脚锚管两根之间角度为20°,靠上一根与水平面呈20°。那么现场施工中须保证锁脚锚管打入的角度满足设计要求,这就需要技术干部做好旁站、盯控;锁脚锚管与钢架的之间“L”筋连接质量也必须保证,“L”筋采用长度为40cm的φ22钢筋。焊接时注意“L”筋搭接焊长度单面焊不少于22cm,焊缝厚度不少于4mm,焊缝连续、饱满。滇西红层软岩岩性特殊,遇水易膨胀,会加剧围岩变形,所以设计上小导管及锁脚锚管注浆方案不可行,我们在施工时往往采用早强锚固剂锚固。经过现场验证,采用锚固剂锚固能够较好地起到锚固的效果,当塞入锚固剂10根以上时,抗拔力可达到5t以上。然而,施工中往往由于锚固剂塞入根数不足,难以达到相应的效果。为解决这一问题,我们采用φ30的PVC管送入锚固剂的方式,即将PVC管从中间劈开,然后将浸过水的锚固剂逐根排放在PVC管上,利用PVC管将锚固剂一次性送入已打好的孔中,接着翻转PVC管,锚固剂就均匀的摆放在孔中,然后采用风枪推入小导管,锚固剂就与小导管发生良好的“化学反应”,完成小导管锚固。
5结束语
目前我部通过加强超前小导管与锁脚锚管的施工质量,对红层软岩地段围岩变形起到了很好的抑制,通过测量班监控量测数据显示,大保山隧道拱顶沉降量不足1cm,水平收敛稳定在5cm以内。下一步我们将继续开展相关工艺攻关,对红层软岩地段围岩进行进一步深入的研究,为项目以后在类似围岩地段施工积累经验。
参考文献
[1]张梅,何志军,张民庆,等.高地应力软岩隧道变形控制设计与施工技术[J].现代隧道技术,2012,49(6):13-22.
[2]郭砚海.软岩隧道变形控制施工技术探讨[J].建筑工程技术与设计,2014(33).