浅谈软弱炭质板岩隧道变形预测及控制技术

浅谈软弱炭质板岩隧道变形预测及控制技术

徐武龙

徐武龙

中铁七局集团第一工程有限公司河南洛阳471000

摘要：文章结合工程实例，对软弱炭质板岩隧道变形预测及控制技术进行了详细的探究，希望通过此研究，可以为相关行业提供一定的参考借鉴。

关键词：软弱炭质板岩隧道；变形预测

1工程概况

纸坊隧道位于甘肃省岷县县城东边，于洮河右岸岷县奈子沟村东侧山坡进洞，在岷县正龙骨料饲料厂后山进洞。隧道位于西秦岭中山区，山高沟深，地形起伏很大，洞身最大埋深248m，梁顶植被覆盖较好。隧道起讫里程为DK201+820～DK206+955，全长5135m的双线单洞隧道。隧道DK201+820～DK202+854.809和DK206+154.144～+955位于R=4000m的曲线上，其余段落位于直线上。隧道进出口位于国道G212路边，交通方便。

2施工工艺及操作流程

2.1施工程序

三台阶七步开挖法可分为以下主要步骤：

（1）上部弧形导坑环向开挖，施作拱部初期支护；

（2）中、下台阶左右错开开挖，施作墙部初期支护；

（3）中心预留核心土开挖，隧底开挖，施作隧底初期支护。

每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施作仰拱，尽早封闭成环。

2.2施工开挖

（1）利用上一循环架立钢拱架施做隧道拱部超前支护：拱部120°打设Φ42小导管，长4.0m，环向间距40cm。

（2）开挖上部弧形导坑1部：在拱部超前支护后进行环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度3～5m，宽度为隧道宽度的1/3～1/2，开挖后及时施做上部初期支护，即进行5cm喷射混凝土封闭作业面，打设系统长锚杆，挂钢筋网片，架设钢架及锁脚锚杆，复喷混凝土至设计厚度。系统锚杆采用Φ22组合中空锚杆，长6m，环纵间距0.8×1.0m，梅花型布置。钢筋网片采用φ8钢筋，网格间距20cm×20cm。钢架采用H175型钢，间距60cm。开挖进尺每次控制在一榀拱架间距内。

（3）待上台阶超前中台阶3～5m后，交错开挖中台阶2、3部，每次开挖控制在1～2榀，使左右两侧暴露的初期支护不同时处于悬空状态。及时施做5cm厚初喷混凝土，初喷后打设系统长锚杆，挂钢筋网片，架设钢架及锁脚锚杆，复喷混凝土至设计厚度。支护参数同上。

（4）滞后于3部2～3m后弱爆破左右交错开挖4、5部，施做初期支护，参数同上。

（5）分台阶开挖6部。

（6）开挖7部，及时封闭初期支护，每开挖循环长度为3m。

（7）灌注该段内仰拱及隧底填充。

（8）根据监控量测资料分析，待初期支护收敛后，利用衬砌台车一次性灌注二次衬砌。

2.3超前小导管施作

超前小导管安装在隧道拱部120°范围内，采用φ42无缝冷轧钢管、壁厚3.5mm，长4.0m，环向间距40cm，纵向搭接长度1.6m。孔外插脚5°～10°，可根据实际情况调整。

2.4台阶开挖

开挖轮廓形状和断面尺寸应按照设计要求进行开挖轮廓线的放样，根据围岩情况预留一定的变形量，以防止围岩的实际变形量超过预留变形量，造成初期支护侵入二次衬砌。

2.5钢架安装施作

初期支护采用H175钢架，纵向间距为0.6m/榀，相邻钢架采用Φ22mm钢筋连接，间距1m，斜向内侧布置，并焊于钢架内翼缘处；安装前应清除底脚下的虚砟及杂物，钢架底脚应置于牢固的基础上。为保证钢架位置安设准确，钢架架设前均需预先打设定位系筋。系筋一端与钢架焊接在一起，另一端锚入围岩并用砂浆锚固。拼装钢架时，各节段的钢架间的连接板螺栓连接并密贴，严禁采用焊接。并在钢架拱脚底部紧贴钢架两侧边沿径向打设锁脚锚杆，锚杆长度为4m，每环为8根，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，增加拱脚支撑力。

2.6复喷混凝土施作

按照设计厚度利用原有部件如锚杆外露长度等，也可在钢拱架上焊接短钢筋，标出刻度，作为设计厚度标记。喷射混凝土厚度每层不宜超过5-6cm，过大会削弱混凝土颗粒间的凝聚力，使喷层因自重过大而大片脱落，或使拱顶处喷层与围岩面形成空隙；过小，则粗骨料容易弹回。分次喷至设计厚度，两层喷射的时间间隔为15-20分钟。为提高工效和保证质量，喷射作业应分片进行。为防止回弹物附着在未喷岩面上影响喷层与岩面间的粘结力，按照从下往上施喷；喷前先找平受喷面的凹处，再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动，保证混凝土表面平顺，无空鼓、裂缝、疏松，平整度应符合规范要求。

2.7仰拱施作

隧道底部开挖采用全幅分段施工，上面铺设仰拱栈桥，仰拱栈桥长10-12m，单幅宽1-2m，每幅由4根I36型钢和防滑钢板焊成，栈桥放在隧道中部。隧底每循环开挖长度控制在3m以内。为保证施工安全，仰拱初期支护和混凝土浇筑应及时施作，支护尽早闭合成环，整体受力，确保支护结构稳定。仰拱混凝土应分段全幅浇筑，一次成型，不留纵向施工缝，仰拱施工缝和变形缝设置止水带。仰拱填充混凝土应在仰拱混凝土初凝后浇筑，浇筑前清除仰拱表面的杂物和积水，连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。本工程仰拱采用C35钢筋混凝土，仰拱填充采用C20混凝土。

2.8关键技术控制要点

（1）三台阶七步法施工应做好工序衔接，工序安排应紧凑，严格控制开挖长度，合理确定循环进尺。

（2）三台阶七步法施工应严格按设计要求控制好超前锚杆支护外插角，保证隧道开挖在超前支护的保护下安全施工。

（3）根据围岩情况如需爆破时，必须坚持弱爆破，减少对围岩的扰动。同时做好监控量测，确保围岩稳定和施工安全。

（4）钢架应严格按设计及规范要求加工制作和架设，上下断面初期支护钢架连接应平顺，螺栓连接牢固，拱脚落地应架设在坚实基面上，严禁拱脚悬空或采用虚砟回填。

（5）锚杆要确保眼深，注浆饱满，抗拔力达到设计要求。

（6）喷射混凝土达到设计厚度，强度合格。

2.9监测方法

（1）位移监测方法

利用全站仪进行监测，每天量测一次，直至变形基本稳定为止。

（2）围岩压力及接触压力监测方法

采用JXY-4型振弦式双膜压力盒，频率接收仪进行监测，每天量测一次，直至压力基本稳定为止。

（3）钢架应力监测方法

采用JXG型钢筋应力传感器，频率接收仪进行监测，每天量测一次，直至压力基本稳定为止。

（4）支护混凝土应力监测方法

采用JXH-2型埋入式应变传感器，频率接收仪进行监测，每天量测一次，直至压力基本稳定为止。

（5）掌子面围岩内部位移

采用意大利SISGEO公司的T-REX滑动测微计进行掌子面内部纵向位移量测，采用国产XB338-B型智能数显滑动式沉降仪进行掌子面内部沉降量测，每循环量测一次。

（6）通过空间变形监测并设置不同的支护措施，进行测试试验，，能够了解围岩及支护变形规律，确定支护参数，确定二次支护和衬砌施做时机，对施工安全和效益起到至关重要作用。

3结束语

随着我国高速铁路建设的快速发展，在复杂的地质条件下的隧道修建技术也得到了飞速发展，但是在建设过程中，也出现了越来越多的地质条件复杂，软弱围岩的高风险隧道。由于这些地层大多是强风化破碎的软弱围岩，地质条件变化较大，围岩应力分布复杂，且开挖断面大，造成了隧道施工过程中，施工难度增大，初支变形复杂和隧道整体稳定难以控制的情况，隐含着很多坍塌等安全隐患。希望通过研究，能够提高施工效率，确保隧道快速、安全通过软弱炭质板岩地质段，取得了良好的技术、经济效益。

参考文献：

[1]高美奔，李天斌.隧道软岩大变形力学机制及防治措施综述[J].施工技术，2013（2）：247-251.