新乌鞘岭隧道志留系千枚岩地层大变形施工过程监理控制措施

新乌鞘岭隧道志留系千枚岩地层大变形施工过程监理控制措施

李璞

中铁二院（成都）咨询监理有限责任公司   733000

摘要：文章简要分析了新乌鞘岭隧道志留系千枚岩地质变形特征，并根据其变形特征选取科学合理的施工方法，形成了监理过程中控制的重点，从而有效地控制围岩大变形的发生，提高了监理工作效率，快速的施工。

关键词：新乌鞘岭隧道；千枚岩；变形；控制措施

一、工程概况

新乌鞘岭隧道位于甘肃省武威市境内，洞身通过区属于祁连山东北部中高山区。隧道进口位于天祝县打柴沟镇上河东村北侧，为庄浪河河谷区，地形开阔平坦；出口位于古浪县龙沟乡称沟台村以南，为龙沟河河谷区，河谷较狭窄，两侧分布平缓阶地。隧道起讫里程DK160+920～DK178+045，全长17125m，为一座双线隧道，最大埋深952m。进口段1289.05m及出口1696.13m分别位于R-6000m和R-9000m的右偏曲线上，其余地段均位于直线上，洞内坡度依次为7‰/1730m、-20‰/5800m、-25‰/2300m、-11‰/4200m、-18‰/3095m。兰州端洞口设计标高2754.5948m，张掖端洞口设计标高2491.6459m。隧道进、出口附近村镇较多，新老312国道贯穿全区，多数沟谷均有居民点分布，并有简易公路通达。山区岭脊一带无人居住，岭北至隧道出口段村落大多已搬迁废弃。

新乌鞘岭隧道8号、9号斜井工区（DK168+941～DK172+565，长3624m）以志留系下统板岩、千枚岩为主，灰绿色，具板状构造，遇水软化，为弱富水区；岩体受地质构造影响严重，发育褶曲，节理很发育-发育，岩体破碎-极破碎，呈碎石状-块状结构，处于高地应力状态。

二、志留系千枚岩变形情况分析

（一）量测点的布置与量测频率

1、监控量测断面的布置

隧道监控量测断面的选择应根据围岩级别、隧道断面尺寸、埋置深度及工程的实际情况而定，以便尽可能完整地获得围岩开挖后及初期支护的变化情况。洞周收敛位移与拱顶下沉等量测项目应尽量布置在同一断面上，以使量测结果能互为对照，相互检验，具体要求见表1。

根据新乌鞘岭隧道的地质特征、围岩变形情况、围岩级别等实际情况，水平收敛量测采取两条测线，拱顶下沉为一条测线；水平收敛与拱顶下沉断面间距：V、VI级围岩为10m，Ⅳ级围岩为30m，Ⅲ级围岩为50m。

表1 监控量测断面间距

注:Ⅱ级围岩视具体情况确定间距。

2、量测测点布设

新乌鞘岭隧道根据自身的地质特征、围岩变形情况与施工实际需要，水平收敛设两条测线，一条设在拱脚下1m处，另一条设在拱脚下2m处；拱顶下沉测点设在隧道拱顶，且与同一里程的水平收敛测点位于同一断面内，具体量测测点布置如图1所示。

图1 量测测点布置图

3、量测频率

量测频率主要根据位移速率和测点距开挖面距离而定，即隧道刚开挖或支护初期，测试频率为1～2次/天,随着围岩逐渐稳定，量测次数可以逐渐减少，但当出现异常情况时，应及时增加量测次数。

三、千枚岩地层大变形监理控制措施

（一）控制千枚岩地层大变形监理控制理念

结合新乌鞘岭隧道千枚岩地质特征及围岩变形情况的分析，得到了一下监理控制理念；

1、开挖支护、仰拱作业区、上下断面及仰拱的各工区在时间和空间上优化组合，实现稳步有序作业，平行交叉作业。

2、分秒必抢，将围岩暴露时间和结构不利受力状态压缩至最短，使初期支护结构及早、快速封闭成环，从而有效控制变形。

3、超前支护、机械开挖、锚杆、锚管、注浆、立拱等关键工序实现标准化作业。

4、岩变我变，主动支护，步步为营，稳中求快。

（二）各工序监理控制措施

根据新乌鞘岭隧道千枚岩的特殊围岩特性，通过不断的试验，摸清了千枚岩地段的变形规律，为有效控制围岩变形，避免初支侵限，形成了一整套适应千枚岩地层特点的施工监理控制的工艺方法。采用非爆破开挖工艺，减少周边围岩扰动结合新乌鞘岭隧道千枚岩变形分析的特点，为减少围岩扰动，抑制了围岩初期变形速率，后期支护变形小，在志留系千枚岩地层段落，采用悬臂掘进机进行两台阶预留核心土铣挖法施工。8号斜井工区：大里程采用两台阶预留核心土铣挖法施工；小里程采用三台阶预留核心土钻爆法施工。

（三）安全质量措施

严格按设计和技术交底要求作业，规范施工，文明有序操作，施工中应随时注意地质情况的变化，特别是开挖后应及时找顶和初喷，检查原初支喷射混凝土面有无裂纹发展，发现问题必须及时报告，果断采取加固措施，或撤离危险地段，确保施工人员和机具的安全。

加强通风、照明管理，加强用电安全防护，机械作业范围内禁止人员行走和滞留。在操作平台等高空作业时应遵守有关高空作业规章制度，注意设防护措施，防止坠落和重物落下伤人。

（1）超前地质预报必须到位，在使用物探的前提下，做好地质钻孔的施做，虚实结合，探明前方围岩特性。

（2）超前支护是稳定掌子面围岩的重要手段，通过采取超前支护措施加强围岩的自稳能力是关键。初期支护尽早封闭成环，尽量缩短围岩的无支护时间。初期支护钢架紧跟掌子面，根据开挖进尺可适当调整钢架间距。初期支护仰拱及时封闭成环紧跟下台阶，仰拱初支距掌子面极限距离按25m控制。

（3）加强日常的监控量测工作，除采取常规的监控量测外，建议还应该对围岩及结构应力进行检测，准确地对结构受力进行分析，对围岩支护参数及时进行动态调整，同时对变形段落进行变形控制的具体时间以及控制方法做出合理的研判。

（4）积极施作径向注浆，严格按照注浆设计参数充分注浆，以此确保能够加固隧道周围一定范围内被扰动的围岩，减小塑性圈半径。

（5）配备优质的工装设备、采用最先进的技术。尤其掌子面施工加固，要配置实用的钻孔设备和注浆设备，保证又好又快地进行注浆加固。灵活采用适用现场的拱架安装机、锚杆钻机。数量到位、合理搭配是工装使用的原则。

四、经验与体会

（一）新乌鞘岭隧道地质条件复杂、工期紧，要实现其快速施工，采用稳妥的机械开挖方式和支护施工技术措施。

（二）开挖后及时使围岩封闭成环，有效地控制围岩收敛变形，避免出现坍塌。

（三）在隧道施工过程中，利用超前地质预报系统对隧道地质情况进行超前预报，将分析结果及时反馈到施工中去，采用超前支护措施，改变施工方法。

（四）新乌鞘岭隧道工程是国家重点建设项目兰张三四线铁路的关键控制性工程，地质构造复杂，施工难度大，工期要求紧。通过合理的工序安排以及技术攻关，解决了一系列影响工程进度的技术难题，安全质量和施工进度得到了保障。

参考文献：

【1】现代隧道技术2006.2.乌鞘岭隧道岭脊段千枚岩变形特征及施工方法；

【2】现代隧道技术2006.10.乌鞘岭隧道志留系板岩夹千枚岩地段结构验证试验研究；

【3】隧道施工技术.千枚岩地质条件下隧道平导扩挖快速施工技术。