姜路岭隧道软岩大变形施工对策探讨

摘要：以共和至玉树姜路岭隧道变形为依托，对软岩施工中变形问题进行了分析，提出了利于软岩隧道施工的对策。

关键词：姜路岭隧道；软岩；大变形；施工

1 引言

姜路岭隧道是青海省共和至玉树高速公路上控制性工程之一，海拔高程4000m以上，左洞全长2925m，右洞全长2845m。隧道开挖揭露围岩为炭质页岩夹板岩结构，岩层为薄层；页岩强度低，敲击声声哑，有明显凹陷，板岩强度较高，但比重极少，围岩整体为软质岩体，局部为极软质岩体；岩体破碎，层间结合差，褶皱较明显，围岩整体性差；地下水总体弱发育，围岩级别Ⅳ～Ⅵ级。

2 施工技术

2.1 施工现场状况

由于软岩的软、弱、松、散等低强度特点，姜路岭隧道日均变形量10 ～ 40mm，累计沉降变形250 ～ 800mm。造成初期支护喷射的混凝土剥落，钢拱架严重变形，换拱频繁，塌方时有发生，严重影响工程进度。如图1、图2。

图1 YK330+765初支开裂、侵限

图2 初支塌方

2.2 施工方法

由于隧道围岩强度低，层间结合差，开挖易破碎，自承能力弱，且自稳时间较短，所以开挖后及时施做初期支护，减少围岩的暴露时间至关重要。按照新奥法中“少扰动”的基本原则开挖，采用三台阶七步开挖预留核心土法进行施工，掌子面用机械开挖掘进，严格控制爆破，每个循环进尺以洞内实际情况控制在0.5m ～ 1.5m。把二次衬砌与掌子面的距离控制在50m以内，仰拱与掌子面的距离控制在30m以内，以防止初期支护变形过大，导致初支侵限、塌方事件发生。

3 支护

3.1 支护时间点

岩体是复杂的弹塑性体，隧道开挖后，天然构造应力被破坏，应力发生重分布，其中切向应力增大，径向应力减小，使围岩发生变形，进行支护。围岩开挖后释放的工程力与围岩的自稳力都达到最大是最理想的支护状况，但是释放的工程力与围岩自稳力成反比，只能使两力之和达到最大，这就是最佳支护时间。其中软岩与硬岩又存在很大的差别。硬岩的弹性能大，支护的最佳时间点选择在弹性区内；而软岩的弹性能极小，围岩开挖后很进入塑性区。又由于软岩的自稳能力很差，所以开挖后应立即进行支护。保证围岩在稳定的塑性区内支护就是软岩的最佳支护时间段。这就要求施工中尽快的完成开挖，开挖后立即支护，否则围岩将进入到非稳定的塑性区，错过最佳支护时间点。

3.2 支护参数

由于开挖后揭露的围岩级别与设计支护的围岩级别有所差异，以实际支护参数为准，Ⅴ级围岩的支护参数如下：超前支护为φ42*4mm超前小导管，每环33根，环向间距40cm，纵向排距1.8m，单根长度3.5m；型钢拱架采用I20a工字钢，间距60cm；喷射24cm 厚C25混凝土喷射，内设φ6.5@20*20cm钢筋网；锁脚锚杆为φ25中空注浆锚杆，长度3.5m，每榀8根；系统锚杆为φ25中空注浆锚杆，长度3.5m，间距60cm*100cm（纵向*环向）梅花形布置；喷射C25混凝土厚度为26cm；二衬为45cm厚C45钢筋混凝土。

在施工不断过程中，发现初期支护仍有较大的变形，遂根据实际监控量测情况，尝试采用I22a工字钢，在较破碎的泥粉质围岩中采用I25工字钢，并且将间距调整为50cm，能有效地阻止初支变形过大。

4 大变形防治对策

软岩隧道围岩的多种变形力学机制是软岩大变形和支护难的主要原因之一。所以对于不同的软岩类型应形成不同的防治措施，以下是根据炭质页岩的施工支护情况所总结的防治对策。

（1）对已选定的软岩隧道进行详细的勘察，根据国内外软岩隧道的设计施工经验，筛选、类比出合适的洞形，做到洞形尽量与围岩压力分布相适应。

（2）严格遵守新奥法的基本原则“少扰动、早喷锚、勤量测、早封闭。”在开挖过程中确定以机械开挖为主，爆破为辅的方针，充分保持、发挥软岩的自承能力。根据实际施工情况，为控制软岩的变形，选用三台阶七步开挖法或中隔壁法等对围岩开挖扰动较小的施工方法。控制每个循环进尺在0.5m ～ 1.5m，防止因开挖進尺过大支护不及时，造成冒顶片帮事件的发生。

（3）在超前支护的配合下，采取“以柔克刚”和“以刚克刚”相结合的支护方法。“以柔克刚”指的是初期支护采用柔性支护（喷射混凝土，钢筋网等），允许围岩有控制的变形，在不失稳的前提下“卸压”。柔性支护必须与刚性支护（钢拱架）结合，否则，软岩容易发生失稳。

（4）通过现场松动圈测试，确定软岩松动圈范围，设计合适的锚杆类型与长度，使锚杆能够打入松动圈外围，有效地加固围岩。

（5）软岩的工程力学性质决定了软岩隧道变形的必然性，所以预留合适的变形量以防止初支侵限换拱。根据姜路岭隧道的监控量测资料，Ⅴ级深埋隧道应将预留变形量控制在50cm ～ 80cm。

（6）软岩隧道施工容易出突发、多发事故，故需要依靠超前地质预报和现场监控量测来掌握围岩动态、修正设计、指导施工和对支护效果做出正确评价。

（7）隧道归根结底是在每个工人手中一步步完成的，所以加强对施工工人的培训，是保证保量完成隧道的关键，尤其是在软岩隧道中，规范施工是控制软岩变形的重要手段。

5 结论

对姜路岭隧道施工情况进行分析，提出了软岩隧道大变形的应对措施。

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作者简介：付森（1990-），男，江苏人，在读硕士研究生，从事隧道方向的学习研究。