[12-11 16:58:43] 来源：http://www.tmgc8.com 隧道工程 阅读：3301次
炭质页岩在我国滇西地区分布较广，由粘土矿物及有机质组成，泥质结构，薄层状构造，岩性软弱，易风化成碎片，与水作用易于软化崩解而丧失稳定性，大丽线松桂一号隧道穿越的主要地层就是炭质页岩，在施工过程中，隧道支护结构多次发生变形侵限，最大变形达120cm，给施工带来了极大的困难，目前，对于该类隧道的施工技术还无现成的技术标准可遵循。因此，开展该类问题的研究，一方面通过研究炭质页岩隧道的变形机理，提出适合松桂一号隧道可行的施工技术；另一方面也可为类似隧道工程的设计和施工提供科学依据。
关键词：软弱围岩 大变形 初期支护
1 概述
松桂1号隧道进口里程为DIK108+463，出口里程为DK110+958，全长2495米，是大丽铁路W9标最长的隧道，也是全线的控制性工程之一。所属地质层为剥蚀中山地貌，上覆粉质黏土、块石土，下伏基岩为灰质角砾及页岩、砂岩夹泥岩及煤线。由于云南省演西地区处于太平洋和印度洋两大板块交界处，地壳活动极为活跃，地震极为频繁，地应力较高；加之滇西地区位于三江断裂带，地质构造极为复杂破碎。该隧道原设计Ⅴ级围岩125米，Ⅳ围岩1120米，Ⅲ级围岩1250米。而实际开挖Ⅲ级围岩只有26米，大部分为Ⅴ级围岩。本隧道的变更比例高达：81％。本隧道围岩大变形的整治引起铁道部、建设、设计、科研单位的密切关注，曾多次组织各方面的专家进行现场踏勘、技术研讨。
2 变形过程
2.1 DK110+880～+935段
2006年2月19日，DK110+880～+935段初期支护产生变形，两侧边墙部位变形最大，DK110+905处最大，右侧边墙平均位移量49cm，左侧边墙平均位移量29cm，DK110+880～+905段变形主要位于上台阶拱部及拱脚处，位移量约10cm；后采用临时横撑加固，变形基本得到控制。
2.2 DK110+800～+880段
由于DK110+880～+935段发生变形时，上台阶已施工至DK110+835，DK110+880～+935段变形处理至2006年3月底结束。随后上台阶和下台阶继续往前施工，2006年5月6日，当上台阶施工至DK110+754，下台阶施工至DK110+840，仰拱施工至DK110+850时，发现边墙部位向内挤出，且变形速率较快；至5月8日，DK110+850～+880段线路左侧C、D单元钢架接头处最大位移量45cm，DK110+829～+850段边墙变形量19cm，DK110+785一+829段变形未侵入二次衬砌净空。
2.3 DK110+750～+796段
2006年5月6日上台阶掘进至DK110+754，下台阶至DK110+840，DK110+829～+880段初期支护出现变形并侵入二次衬砌，侵入二衬尺寸最大为12～19cm。
3 原因分析
(1)隧道开挖暴露后，由于开挖轮廓周边页岩、炭质页岩层理体具有恢复原状的临空面，随着暴露空气和水作用时间的延长，密度会逐渐减小，岩体软化、崩解甚至失稳，层间结合力降低，围岩压力增大，若不及时的将初期支护封闭成环，形成整体受力结构，难以长时间抵抗围岩压力。
(2)受构造影响，部分层理面镜面擦痕明显，光滑如镜，镜面擦痕降低了围岩层间结合，线路左侧岩层层面倾向洞内，使该侧侧压力增大，导致线路左侧的边墙发生较大变形，局部地段侵入二衬空间。
(3)隧道出口区初期支护变形较大时，虽然通过变更设计对支护措施进行了加强，但由于对本隧围岩特性及构造对工程的影响程度需要一个不断认识的实践过程，故初始变更设计支护措施并未完全抑制支护体系变形。
(4)在施工过程中监控量测和信息反馈不及时，导致支护体系变形不断增大；施工中上下台阶距离太长，工序时间间隔较长，初期支护不能及时封闭成环，特别是下台阶及仰拱开挖时，使初期支护变形急剧加大。松桂1#隧道是大丽铁路后期的控制性工程之一，工期紧、任务重，通过开展“偏压软岩隧道大变形机理及综合施工技术”研究工作，了解炭质页岩隧道围岩变形的机理和规律，掌握围岩应力释放(变形)与支护应力大小的规律，合理地确定隧道结构安全度，为优化设计支护参数与施工方案提供理论依据，确保松桂1#隧道施工期间和运营期间的安全、控制工程造价，并为今后类似工程提供有益的经验和参考体系。
4 主要解决措施
(1)改变初期支护断面形式，改善受力状态。根据炭质页岩变形和应力释放的特点，改变隧道开挖断面的形式。经过各方专家的研究后决定将钢架边墙部位的曲率，由原设计的直墙调整为半径913cm的曲墙。www.tmgc8.com
(2)调整系统支护措施，由于对炭质页岩的膨胀变形和破坏性认识不足，造成初期支护多次重复替换(局部地段处理多达三次)。原设计的初支护参数为：格栅钢架间距1.0米，榀，拱部采用3.0米置入式中空锚杆，边墙为3.0米砂浆锚杆，喷射砼厚度为20cm。第一次变形后的支护措施调整为系统锚杆3.5米，拱墙I16型钢拱架间距1.0米，榀，喷射砼厚度20cm。第二次变形后的支护措施调整施为：变形段采用径向5m长(p42钢花管加固围岩，全环116型钢钢架拆换原有钢架，型钢钢架纵向间距0.8m，喷射砼20cm。第三次变形后的支护措施调整为：变形段采用径向5m长Q42钢花管加固围岩，全环118型钢钢架拆换原有钢架，型钢钢架纵向间距0,8m，喷射砼20cm。后续施工均采用拱部3.5米的中空锚杆，边墙4.0米的砂浆锚杆，墙钢架的接点部位增设锁脚锚杆，长5.0米的cp42钢花管，全环118型钢钢架，型钢钢架纵向间距0.8m，喷射砼厚度25cm。
(3)合理的开挖方式和二次衬砌跟进施工中采用三步台阶八流程法施工，同时在起拱线部位增设临时仰拱。变形段的二次衬砌时间不再按照新奥法的施工理论，应该作为新奥法特例来处理。由于变形段的围岩没有收敛稳定，所以二次衬砌要根据监控量测资料结果分析，在变形侵限前采用不同的衬砌断面及时施做。
5 主要研究成果及技术水平
松桂1号隧道炭质页岩大变形地段综合技术研究，结合工程实践，取得了多项有使用价值的成果，归纳起来，主要有以下几项：
(1)系统分析了炭质页岩基本物理力学性质及其工程特性；对松桂一号隧道炭质页岩地段的变形机理进行了深入分析，对不同层里地层隧道施工的围岩稳定性做了系统的分析，建立了相应的模型及计算方法；并对支护结构的安全性进行了评价。得出了隧道穿越的主要围岩是页片状一薄层状的炭质页岩、泥岩，层间结合差，遇水很容易软化，存在高地应力软岩变形和浅埋顺层偏压问题，对隧道施工很不利；当地层走向与隧道中轴线小角度斜交、倾角缓、地下水丰富时尤为不利。
(2)本着经济高效的原则，研究提出了适合松桂1号隧道地质情况的合理支护、快速施工的模式。确保工程顺利完工。
(3)建立了复杂应力条件下炭质页岩软岩大变形隧道施工监测方法和监控体系，在现场变形监测的基础上，利用神经网络或灰色理论技术，对施工过程中近期围岩变形进行预测，并根据施工现场情况和数值计算结果，对隧道施工过程中可能发生的变形制定控制基准，实现施工位移的分级管理和分级控制，以确保隧道施工的快速和安全并通过。掌握隧道变形、支护压力应力与区段地质及施工步序的关系，为设计、施工决策提供了科学依据。
