滇西红层软岩隧道大变形施工技术研究

滇西红层软岩隧道大变形施工技术研究

张甫

中铁十二局集团第四工程有限公司陕西西安71000

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）.