浅谈铁路隧道软弱围岩变形控制

浅谈铁路隧道软弱围岩变形控制

张文龙

（中铁一局第五工程有限公司 陕西宝鸡 721006）

摘要：简要总结了大断面铁路隧道软弱围岩施工时容易出现初期支护大变形，仰拱和衬砌面开裂等病害，易出现大坍塌，严重影响工程施工质量和进度，给施工安全和成本带来巨大压力。经现场实践和综合分析，出现大断面铁路大变形主要原因为：围岩垂直荷载大，存在偏压，围岩压力未得到有效释放，支护刚度不足。因此积极与设计方沟通，优化设计方案，调整支护参数，综合运用超前地质预报、监控量测信息平台、三维激光扫描仪等手段，开展QC攻关和科研工作，减少初期支护变形，确保施工安全。

关键词： 软弱围岩初期支护大变形、压力释放、减少变形

1、工程概况

长岗岭隧道位于湖北省宜昌市夷陵区和兴山县境内，进口位于下堡坪乡磨坪村，出口位于水月寺镇南对河村。进口里程DK53+900，出口里程DK67+651，隧道全长13751m，隧道埋深最大640m，隧道进口接长岗岭大桥，出口接南对河中桥。隧道平面DK54+343.097～DK59+867.617位于左偏曲线上DK65+958.593～DK69+395.227位于左偏曲线上，其余段均位于直线上。隧道纵面DK53+900(隧道进口）～DK55+200段（1300m)为6‰的上坡，DK55+200～DK60+250（5050m)为15‰的上坡，DK60+250～DK67+651(隧道出口）（7401m)为-9.8‰的下坡。隧址区以中低山区为主，地势起伏较大，局部地形陡峭，长岗岭隧道长13751m，属于长大隧道，也是本标段工期控制的隧道。工程地质复杂，存在危岩落石、高地应力等不良地质。技术标准高，对隧道的强度、刚度、耐久性、稳定性要求严格。

2、减少和控制初期支护变形的措施

2.1.充分利用超前地质预报等信息化手段

运用地质素描、TSP隧道地震探测仪、地质雷达、超前水平钻对掌子面前方围岩进行预判，为后续施工提供依据，软弱围岩段落采用四种方式进行相互验证，对前方岩体较详细的揭示，对设计情况进行复核，为下步施工决策提供基础数据，做到有的放矢。围岩探测遵循“先整体后局部、先长距离后短距离”。一般先采用TSP隧道地质探测仪确定120m左右范围内围岩情况，做到围岩整体心中有数，避免忙盲冒进；再分段采用地质雷达进行精确探测，每次探测30m左右；遇到地质比较复杂，存在空腔或裂隙水等，采用超前水平钻进行探查确认；再加上每次开挖后掌子面的地质素描，可有效地确定不良地质的位置，提前制定应对方案。

2.2.加强施工监测

充分利用铁路工程管理平台，采用武九公司安全质量监控平台，以平台为载体，让相关管理者随时随地都能掌握沉降收敛情况，同时进行量测的人员采用蓝牙连接测量仪器自动将量测数据及时上传至网络平台，量测结果更加真实，减少了人为失误导致数据失真，更具有参考意义；同时信息化平台实现了作业层和管理层信息及时共享，实现现场管理全方位参与，快速及时掌握相关信息，及时做出正确决策，制定处置方案，减少初期支护的变形，确保施工安全。

2.3、优化设计方案

2.3.1、调整开挖台阶矢跨比

施工现场台阶划分不合理，矢跨比较小，容易造成初期支护断面应力集中，导致两侧岩体受压，拱顶下沉远大于收敛位移，造成初期支护结构受力体系破坏，引起初期支护大变形。施工过程中尤其是对上台阶划分非常重要，上台阶施工完成后较长一段时间才进行中、下台阶后续施工，因上台阶矢跨比较小往往造成较大的变形，甚至引起隧道坍塌。上台阶矢跨比调整在满足受力性能前提同时考虑机械化作业为原则，合理确定台阶高度，现场实践证明大断面铁路隧道上台阶矢跨比一般控制在0.4以上比较合理。

2.3.2、加强支护

通过超前地质预报和监控量测信息化手段，对前方掌子面围岩情况进行预判，经业主与监理工程师同意，由设计单位调整设计支护参数，加强支护刚度，施工现场采取加大工字钢型号，调整钢架间距，采用工字钢代替格栅格栅钢架，同时增加拱腰锁脚钢管，加强应力集中处支护刚度，减少其变形和收敛。

2.3.3.适当调整预留沉降量

以监控量测数据为支撑，同时根据3D激光扫描仪分析开挖断面及工人开钻角度，动态调整开挖预留变形量及开钻角度；分析初期支护断面复测结果动态调整初期支护工字钢预留量，钢架设计考虑预留量时必须考虑沉降收敛较小一侧断面净空要求，在满足设计、规范要求及受力性能的基础上对钢架进行优化，我单位在开挖后、初期支护完成、喷射混凝土完成进行量测，下个循环开挖完成会对前一循环初期支护进行不间断的量测，采集数据后与设计预留沉降量进行比较，调整开挖断面，减少不必要的混凝土超耗，降低施工成本，提升项目的盈
利能力。

3D激光扫描仪扫描图

2.3.4.增设临时护拱

对于初期支护局部沉降、收敛较大时，出现异常情况时，设置临时护拱，临时护拱采用I18工字钢，设置在原钢架同一法线位置处，挂设单层网片，喷砼厚度以覆盖临时护拱为原则。通过设置临时护拱增加初期支护临时刚度，减少其沉降和收敛。在沉降收敛趋于稳定后施工二衬。

2.4.5.加强施工过程控制

施工不规范也是造成大断面隧道软弱围岩变形的原因之一，初期支护拱架脚板位置应力比较集中，当钢架垂直度不满足要求、脚板处不实、初期支护背后有空腔，均容易引起初期支护的变形。

（1）加强钢架垂直度控制

钢架在安装过程中，技术人员钢架法线放样出来，采用红油漆进行标识，并及时对相关作业工人和技术人员进行交底，现场技术人员采用垂球进行检查，确保现场钢架垂直度必须满足±1°要求，防止因钢架倾斜分解产生水平方向荷载，改变其受力性能和初期支护稳定性，间接减少其支护刚度，引起较大变形。

（2）加强锁脚施工质量

钢架脚板处应力一般都较大，因此在钢架脚板以上20～30cm设置Ф50锁角钢管，单根长度一般为4.5m，其内插角一般为10°。现场技术人员采用Ф16钢筋制作一个锐角为10°直角三角形，施工人员参照其角度进行钻孔作业，在安装锁脚钢管后采用Ф25圆钢将锁脚和钢架焊接牢固成为一个整体，确保其受力性能。

（3）加强支护钢架脚板支垫

在钢架脚板位置一般预留15～20cm高度，采用机械加人工的方式清理，确保钢架落在坚实基面上，采用混凝土垫块，防止因钢架底脚板基面不实，引起较大沉降。

2.4.6.加强施工施工管理

合理安排各个工序，做好工序衔接，充分发挥各机械的效能，同时确保施工质量和施工安全，是快速施工的法宝。

3、取得的效果

通过运用超前地质预报信息化手段和监控量测数据对掌子面前方围岩进行预判，优化设计方案，选择合理开挖工法，合理划分台阶高度，调整初期支护预留量，增设临时护拱，使用限阻器、加强重点工序施工过程管控，确保施工安全和质量，节约钢材，控制混凝土超耗，提高了项目盈利能力。