双线单洞隧道高地应力软岩大变形施工研究

双线单洞隧道高地应力软岩大变形施工研究

淮伟强

中铁一局集团第四工程有限公司 陕西咸阳  712000

摘要：在隧道工程施工中，遭遇高地应力软岩大变形情况，会加大隧道施工的难度，影响施工过程安全性。因此，需结合隧道工程项目的实际情况，了解软岩特征，进一步实施有针对性的施工对策。本次以实例工程为例，在分析双线单洞隧道高地应力软岩大变形施工总体方案的基础上，进一步重点对双线单洞隧道高地应力软岩大变形施工技术要点进行分析，希望以此全面提升双线单洞隧道高地应力软岩大变形施工的质量效益水平。

关键词：双线单洞隧道；高地应力软岩；大变形；施工技术要点

双线单洞隧道高地应力软岩大变形情况非常特殊，需结合软岩特征，落实有针对性的施工技术要点。以国内西固隧道为例，作为兰合铁路全线的控制工期工程项目，土建总工期为57.6个月，全长达到22050米，为双洞单线隧道，且左右线隧道分修。值得注意的是，本工程项目中，软弱围岩隧道存在变形情况，且特征鲜明，如变形量大、初期变形速度非常快，且变形持续时间比较长等。为保证本隧道工程施工的质量及安全性，则需针对其软岩大变形情况采取有针对性的施工技术要点。

1.双线单洞隧道高地应力软岩大变形施工总体方案概述

上述提到的西固隧道高地应力段引发软岩大变形情况，软岩大变形段共计长度为3810米，其中西固隧道5#斜井软岩大变形段落（X0+300～X0+000，长300米）；6#斜井软岩大变形段落（X0+550～X0+260，长290米）；左线正洞软岩大变形段落（DK18+550～DK19+500、DK21+730～DK22+150、DK22+760～DK23+010，总长1620米）和右线正洞软岩大变形段落（DYK18+550～DYK19+500、DYK21+700～DYK22+120、DYK22+775～DYK23+005，总长1600米）及其他软岩大变形段施工，如下图1所示，为斜井承担正洞施工任务安排图示。为提高施工质量，需明确总体施工方案，具体涉及：

图1·斜井承担正洞施工任务安排图示

1.1洞身施工整体原则

在本工程软岩大变形施工中，其洞身施工需遵循七项基本原则，即：①管超前；②预注浆；③短进尺；④弱爆破；⑤快封闭；⑥控步距；⑦勤量测。基于隧道开挖期间，需对地质情况进行超前预报，以预报结果为依据，并结合掌子面揭露岩性情况，对开挖进尺、爆破参数进行动态调整。并及时展开监控量测作业，以监控量测结果为依据，对预留变形量、支护措施进行动态调整。在有必要的条件下，合理变更，并规范使用相关技术对策，使围岩变形情况得到有效控制，包括大拱脚技术、长锚杆技术、NPR锚索技术等。此外，基于施工过程中，需做好施工过程管控，使施工质量及安全性得到有效保证[1]。

1.2总体施工流程

在总体施工流程方面，需在做好施工准备工作的基础上，然后对地质情况进行超前预报，进一步对地质预报结果进行超前分析。在超前地质预报结果正常的基础上，进行开挖、初字施工作业，并以围岩监控量测情况为依据，在监控量测结果正常的情况下，进行衬砌施工作业；若监控量测结果异常，则制定合理科学的施工工艺技术方法，在加强支护的基础上，进行开挖、初支施工作业，在此进行监控量测，结合监控量测结果，直至结果正常。

1.3总体施工步骤

在实际施工过程中，需明确具体的施工步骤，首先进行上台阶开挖施工，其次进行上台阶拱墙支护施工，再则进行下台阶开挖施工、下台阶边墙及仰拱初期支护、仰拱衬砌施作等，最后进行二次衬砌整体浇筑施工作业，以此确保施工的完整性，进一步提高整体施工质量。

2.软岩特征情况分析

本隧道工程软岩特征鲜明，主要体现在以下方面，即：

2.1变形量大特征

在隧道开挖作业开展之后，软弱围岩会产生明显的塑性变形情况，这种特征非常突出，其主要表现为初期支护严重破裂，比如喷射混凝土开裂脱落以及钢架扭曲等，严重情况下还会导致二衬混凝土开裂。

2.2初期变形速度快、持续时间长特征

隧道开挖之后，对于坚硬围岩来说，其变形能够比较快地表现为稳定，且在变形速率上比较小。但对于软弱围岩隧道来说，开挖之后，会产生比较大的变形速率情况。因此，软岩初期变形速度快是一大鲜明特征。与此同时，软岩变形持续时间也比较长，其流变特征非常明显。结果相关研究发现，软弱围岩隧道在开挖之后很长的一段时间范围内，支护或者衬砌上的压力持续产生改变，究其原因，主要受到软弱围岩蠕变影响所致[2]。

2.3围岩破坏范围大、压力增长快特征

对于软弱围岩来说，其隧道周围塑性区不断增大，在支护不够及时，或者结构刚度、强度不足的情况下，会导致围岩破坏范围不断加大，这是软弱围岩的一大鲜明特征。与此同时，软弱围岩压力在开挖时间延长的情况下，会随之增大，且基于比较短的时间范围内，围岩会和支护结构之间相接触，从而使比较大的围岩压力产生。在施工技术方法、支护措施合理的情况下，支护封闭之后，其变形情况能够得到有效控制。相反，即便支护封闭之后，变形情况仍会继续发展，进而使支护产生破坏。所以，在软弱围岩隧道施工过程中，对施工过程中大变形发展规律、控制技术充分掌握非常重要。

2.4变形破坏形式多样特征

软弱围岩变形破坏形式多样，比较常见的几类包括：其一，喷射混凝土严重开裂；其二，初期支护变形侵限；其三，钢架变形扭曲；其四，隧底上鼓；其五，拱顶掉块坍塌等。因此，需结合软岩变形破坏形式，制定并实施有针对性的施工控制技术对策，以此使变形破坏情况得到有效控制[3]。

3.双线单洞隧道高地应力软岩大变形施工技术要点分析

在了解本隧道工程高地应力软岩特征的基础上，针对软岩大变形情况，需实施有针对性的施工技术要点。具体而言，主要施工技术要点包括：

3.1软岩大变形段支护施工技术要点

针对本隧道工程项目高地应力软岩大变形段，通过常规施工方法的应用，通过隧道收敛变形观测发现，变形情况未能得到有效控制，使隧道初支出现变形侵限情况，通过相关单位会审，在变更相关手续的基础上，通过相关变形加强支护措施的实施，使隧道软岩大变形情况得到有效控制。一方面，以现场围岩实际情况、变形发展趋势、隧道用水量情况为依据，选用了C25早强混凝土，其中8h强度不低于3MPa，24h强度不低于12MPa。另一方面，基于隧道软岩大变形段落，考虑到拱顶下沉现象能够得到有效控制，特别是处于施工过程中，下导坑或者施作仰拱初期支护过程中，需对钢架下沉变形情况加强控制，基于隧道钢架部位需合理设置大拱脚，如下图2所示，为大拱脚施工示意图。此外，需注意的是，在软岩大变形隧道施工中，需重视锚杆支护措施的实施，尤其是在大变形发展控制方面，需充分利用长锚杆。对锚杆支护系统进行快速施作，以此使软岩隧道大变形危害得到及时有效的处理[4]。

图2·大拱脚施工示意图

3.2 NPR锚索应用技术要点

如果初期支护难以使变形情况得到有效控制，则需以既往软岩大变形隧道施工经验为依据，使用环向系统NPR恒阻锚索，将超前注浆小导管、环向注浆锚杆、环向注浆小导管取而代之。对于环向系统NPR恒阻锚索其规格有两种，即：其一，L-500cm；其二，L-1000cm。两种型式需进行间隔布置，即一个循环使用L-500cm，下一个循环则使用L-1000cm。结合施工经验来看，在使用NRP锚索之后，累计变形可以控制在20厘米范围内，初支混凝土掉块、剥落等情况很少出现，初支变形控制效果理想。

3.3初支拱架变形拆换技术要点

在完成高地应力软岩大变形段初期支护施工作业之后，经隧道收敛变形观测发现，隧道初支变形侵限，在和相关单位现场调查发现，有必要进行初期支护拱架拆换施工，以此确保隧道初支净空与设计要求相符。因隧道侵限段监控数据表明围岩稳定，无继续滑移、变形情况发生。因此，基于换拱之前，需做好相应的技术准备作业，具体涉及：

（1）针对初支变形地段每榀拱架，需做好相应的断面净空检查，然后将超欠挖断面图绘制出来。

（2）以隧道断面检测结果为依据，基于变形段内，针对需换拱处置部位使用红油漆做好清晰、准确的标记。同时，确保断面图可以将隧道超欠挖里程、部位等信息如实反映出来，进一步对各段合理的换拱部位进行详细分析研究。

（3）以各段不同的换拱部位为依据，实施合理科学、有针对性的换拱方案，然后做好相应的技术交底处理。

（4）以技术交底情况为依据，基于现场采取油漆将换拱的起止里程、部位等清晰、准确地标记出来，以此为现场换拱施工作业提供有效便利。

当然，在完成上述施工作业之后，还有必要确定软岩大变形段开挖预留变形量，进一步进行软岩大变形段二衬施作及拆模作业，以此确保整体施工的完整性，使高地应力软岩大变形情况得到充分有效的控制[5-6]。

4.结语

综上所述，针对双线单洞隧道高地应力软岩大变形施工项目，需明确其洞身施工原则，明确总体施工流程及步骤，根据其软岩特征情况，严格把控软岩大变形段支护施工、初支拱架变形拆换、软岩大变形段二衬施作及拆模等技术要点，以此全面提升双线单洞隧道高地应力软岩大变形施工的质量水平，进一步为隧道工程项目整体施工建设质量及安全性的提升起到保驾护航的作用。

参考文献：

[1]杨世强.高地应力软岩隧道变形控制设计与施工技术研究[J].运输经理世界,2020(18):106-107.

[2]刘振伟.微台阶法在高地应力软岩单线铁路隧道施工中的应用[J]. 安徽建筑,2020,27(5):129-132.

[3]李伟,吴宪富.高地应力软岩隧道施工中常见病害及处治措施[J].工程技术研究,2020,5(6):113-115.

[4]李沿宗,赵爽.某高地应力软岩隧道施工方案及多层支护结构变形分析[J].现代隧道技术,2019,56(3):161-165.

[5]卫鹏华.高地应力软岩大变形小净距隧道支护形式及施工顺序探讨[J].现代隧道技术,2018,55(3):167-175.

[6]赵文鸿.高地应力软岩大变形隧道施工技术阐述[J].大科技,2021(15):123-124.