谈六盘山隧道软岩大变形段施工处理技术

刘 胜 锁

(中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西 西安 710000)

谈六盘山隧道软岩大变形段施工处理技术

刘 胜 锁

(中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西 西安 710000)

结合六盘山隧道大变形工程实例，对隧道大变形产生的原因进行了分析，并依据隧道大变形特征，制定了具体的处理措施与方法，对同类隧道大变形段施工处理有一定的参考价值。

隧道，软岩，大变形，处理技术

1 工程简介

青岛至兰州公路(宁夏境)东山坡至毛家沟高速公路六盘山隧道，全长9 490 m。项目区域地处泾源县境内，位于六盘山自然保护区试验区。六盘山主体为中山区，两侧为中低山丘陵区，地势上中间高两侧低。山体表层植被比较茂盛，进口海拔高程为2 075 m，1号斜井高程为2 184 m。山顶大多呈圆顶形，山两侧被东西向及南北向沟谷切割，沟谷纵横，多呈“V”字形。本合同段表层主要为亚粘土、碎石土、粉砂质泥岩。隧址区内出露地层为白垩系、第三系，并有覆盖于基岩之上的第四系堆积层。

不良地质主要为软质岩大变形和突涌水，六盘山隧道穿越地层岩性主要以中风化粉砂质泥岩为主，岩石风化不均，风化层厚度变化大，且埋深较大，加之区内存在高地应力现象，因此隧道深部软质岩存在大变形可能。本项目隧道穿越褶皱构造，层状砂岩岩体裂隙发育，在断层破碎带和富水带段，有突发涌水的可能。

2 大变形概况及特征

2013年9月3日六盘山隧道进口左线ZK7+340处发生大变形，掌子面里程为ZK7+354，地质情况为强风化粉砂质泥岩，节理裂隙较发育，薄层状构造，掌子面左侧有股状出水，围岩稳定性差，易坍塌。在掌子面爆破后，中台阶拱架开始发生突变，变形量达32 cm，并出现小型裂缝，发现情况后，马上将有关情况上报相关部门，并在变形段设立了加密观测点，4 h观测一次，截止2013年9月4日上午，24 h变形量达8.8 cm，最大变形达42 cm，见图1。

3 发生大变形的原因

1)初期支护强度不足。掌子面的地质条件为强风化粉砂质泥岩，薄层状构造，拱顶处含夹层，节理裂隙较发育，且掌子面拱顶左侧有股状水流出，地下水较发育。施工时未根据实际围岩情况调整支护参数，加强拱架刚度，仍采用原设计的Ⅰ16的工字钢架，拱架间距1.0 m，自稳能力差，再加上没有及时封闭成环，未形成一个受力椭圆结构，导致侧壁失稳。

2)地质岩性因素。隧道开挖破坏后方水系，在开挖时只有少量的滴漏水现象，前方开挖后爆破震动影响后方围岩的自稳能力，受F2大断层影响，隧道穿越地段为褶皱构造，强风化粉砂质泥岩，岩体节理裂隙较发育，岩石强度低，较破碎，完整性差，含有夹层，开挖后岩体自承载能力差，RQD不足50%。

3)地下水影响因素。隧道开挖掌子面地下水较发育，主要为孔隙水及裂隙水，拱顶右侧拱腰处有股状水流出。掌子面左侧围岩含水量大，隧道围岩地质为强风化粉砂质泥岩，节理杂乱无章，薄层状构造，自稳能力差。此类围岩遇水4 h～6 h后开始软化，自稳能力急剧下降，使围岩产生塑性变形，形成对左侧拱架的挤压力，由于压力超过工字钢的刚性强度，在拱架的铰接点处产生集中应力，造成拱架变形。

4)前方爆破影响。掌子面爆破扰动，前面掌子面进行爆破开挖，对原来的水系进行了破坏，爆破产生的能量通过岩体传递到中台阶处，对围岩产生二次扰动，加剧岩体压力变化，使拱架的变形由量变达到质变，破坏工字钢，造成突变。

4 大变形处理方案

根据隧道施工的新奥法原理，隧道施工要充分利用围岩的自稳能力，形成一个封闭的受力结构。利用相应的技术措施如分部开挖，及时支护，及时成环；使用加长锚杆，加固塑性围岩区等。常用的加固方法主要有：

1)注浆固结：利用注浆小导管向破碎岩体中注入水泥浆液，使水泥浆液与破碎岩体结合为一体形成一个加固体，从而提高围岩整体性，减少地下水的不利影响。

2)注浆超前支护：利用超前管棚进行注浆固结岩体，增强掌子面前方岩体的整体性，提高其力学性能，为保证其结构性能，常配合采用钢架、锚杆、喷射混凝土对岩体结构进行补强等。

3)加强支护参数：采用更高强度的工字钢架进行支撑，加强锚杆和小导管等参数。

4)加强二次衬砌，采用加厚衬砌厚度，提高衬砌混凝土标号，并采用钢筋混凝土。为限制初期支护的变形不至于过大，要求尽快施作二次模注衬砌，使二次衬砌和初期支护共同承受围岩压力。

针对本次隧道大变形特点，研究制定了如下处理措施与方法：

1)对左侧拱脚处加设L=4 m的注浆小导管，间距1 m×1 m，对拱架背后岩体进行注浆固结，浆液采用水灰比为1∶1的水泥砂浆，小导管注浆压力为0.5 MPa～1.0 MPa,改善围岩，增加岩体强度和围岩的自稳能力，控制变形(见图2)。

2)对变形段应力集中点进行临时仰拱支撑(见图3)，间距为1 m，对应原来的拱架间距，并采用Ⅰ18的工字钢，在适当的位置增加斜撑，支撑范围从发生变形的位置前后延伸5 m,使变形段拱架暂时封闭成环，分散岩体应力。

3)对变形段初期支护进行钻孔，找出水源集中点，进行放水泄

压，减轻水压力对围岩的挤压。采用φ50的风枪进行钻眼，在有水印的地方，50 cm间距布置，钻眼深度为3 m，如某眼不出水，继续在相隔50 cm的地方钻眼，直至眼内有水泻出，并观察此孔是否满流，如满流继续钻孔泄水(见图4)。

4)对掌子面进行超前预注浆(见图5)，固结前方岩体，防止隧道在继续施工过程中再次发生大变形。注浆采用“深浅孔组合+后退式分段注浆”，外层注浆孔长度为20 m，内层注浆孔长度为30 m，注浆孔间距为1 m×1 m，梅花形布置，外插角为5°～25°，注浆材料为水泥浆，注浆压力为1.5 MPa～2.5 MPa，按照“由外而内，从下到上”的原则进行。

5)对后期施工的围岩采用四级大变形支护参数进行施工，工字钢采用Ⅰ18，间距为70 cm，锚杆采用L=6.0 m的中空注浆锚杆，间距为100 cm×100 cm，二衬采用45 cm厚的钢筋混凝土，加设超前小导管等加强参数进行施工，并采取分部开挖，及时封闭。

5 结语

此次大变形处理是建立在对大变形原因分析，地质条件现场多次查勘，并进行现场试验，围岩收敛持续监控的基础上进行的，并邀请相关专家对处理方案进行了论证，在处理过程中进行了验证，能有效的控制软岩变形。

通过实践证明，隧道发生大变形后要及时察看现场情况；研究地层岩性及水文地质特点；检查隧道软岩大变形对初期支护的损坏情况；对围岩变形情况进行持续监控观测；分析大变形可能的发展趋势；及时采取施工措施能有效控制围岩变形，减少经济损失和次生灾害的发生。目前本隧道已安全通过此段软岩大变形段。

[1] 关宝树，赵 勇.软弱围岩隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 宁夏交通运输厅.宁夏高速公路施工标准化管理指南(隧道)[M].银川：阳光出版社，2012.

On large deformation section construction

treatment technique of Liupanshan Tunnel soft rock

Liu Shengsuo

(No.4EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway12thBureauGroup,Xi’an710000,China)

Combining with Liupanshan Tunnel large deformation engineering example, the paper analyzes reasons for tunnel deformation, and makes out factual treatment measures and methods according to the tunnel large deformation features, so as to provide some reference for similar large deformation section construction treatment.

tunnel, soft rock, large deformation, treatment technique

1009-6825(2015)02-0147-02

2014-11-07

刘胜锁(1980- )，男，工程师

U456.31

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