軟弱圍巖大變形隧道施工技術2009目錄一、工程概況二、炭質片巖特征和大變形分析三、施工方法四、采取的其它主要措施五、幾點體會一、工程概況

新蜀河隧道全長8989m（起訖里程為DzK222+201～DzK231+190），是新建鐵路襄渝二線胡安段的重點控制工程。該隧道設計采用帶仰拱的曲墻復合式襯砌、除進出口39米為碎石道床外其余均鋪設彈性整體道床。整個隧道設2座斜井和1座橫洞，其中：漁王溝斜井長849.64米，與線路交于DZK225+870；險灘溝斜井長992.14米，與線路交于DZK227+150；沙溝橫洞長263.16米，與線路交于DZK230+930。于2005年8月3日開工。

掌子面DZK225+858掌子面DZK226+012掌子面DZK224+800掌子面DZK226+315設計參數：初期支護：φ42超前小導管，間距30cm，設φ22系統(tǒng)砂漿錨桿，長度3.0m，間距100×100cm，掛設φ6.5、φ8鋼筋網，網孔間距20×20cm，架立2榀/mⅠ20型鋼鋼架。二次襯砌：厚度50～77cm，主筋φ25的鋼筋砼。

二、炭質片巖特征和大變形分析

1、炭質片巖特征:

經過近四年的現(xiàn)場施工情況分析，新蜀河隧道炭質片巖是一種具有沿片理面蠕滑、軟質巖流變和構造破碎綜合特性的特殊劣質巖。炭質片巖強度低、具有變形長時段發(fā)展的流變性質，在區(qū)域地質構造作用下，地層強烈扭曲揉皺，產生大量密集的節(jié)理和順層摩擦鏡面，巖體的整體性遭到嚴重破壞，由于富含炭質滑膜的作用，巖體c、φ值極低，是導致初期支護開裂、變形、侵限的基本地質原因。該變形具有變形量大、持續(xù)時間長、分布不均勻和不對稱性等特點，造成變形控制難度很大。224+780中臺階水平收斂量測數據分析仰拱施工完仰拱開挖影響下臺階落底影響爆破震動形成突變224+850下臺階水平收斂量測數據分析(2)變形快且變形速率大：

隧道開挖后，圍巖正常日水平收斂達30～50mm。一般隨隧道的掘進，變形也隨之加快，DZK224+865處10d水平收斂超過920mm，20天累計變形量超過1560mm，累計變形達2250mm（見上圖）

(3)變形持續(xù)時間長：

圍巖變形持續(xù)時間較長，二襯之后依然存在變形。如：DZK225+260～+286段4組襯砌拱頂和拱腰出現(xiàn)明顯裂紋，漁王溝斜井DZK225+864～+883交叉口套拱混凝土出現(xiàn)開裂，可見變形持續(xù)時間長。

(4)變形分布不均勻和不對稱。

①隧道普遍存在左右側變形不均勻和不對稱現(xiàn)象，初期支護完成后，不同段落左右側變形量不同，初期支護開裂掉塊嚴重，侵占二襯空間，鋼架扭曲，甚至被剪斷。

DZK224+780處線路右側初期支護變形1260mmDZK225+762處線路右側初期支護變形②拱頂下沉：

前期水平收斂明顯大于拱頂下沉，后期又出現(xiàn)拱頂下沉明顯增大現(xiàn)象。前期水平收斂的速度和累計變形值均明顯大于拱頂下沉，拱頂下沉一般累計105mm左右，水平收斂累計變形一般大于500mm。近期出現(xiàn)拱頂下沉達500-600mm，每天達到20-30mm。

（5）重復性：在隧道變形地段，由于變形造成侵限，而不得不拆換拱架，每次拆換后，變形依然很大。如DZK225+220～+255、DZK225+730～+800變形侵限拆換3次（見下圖）。

（6）蠕變、突變現(xiàn)象：變形侵限初期支護拆換后，必須及時施做二襯砼，否則圍巖發(fā)生突變，造成失穩(wěn)坍塌。在施工仰拱時，易發(fā)生突變現(xiàn)象。

在DzK225+255～+250段仰拱開挖過程中，DzK225+250段線路右側拱部出現(xiàn)掉塊開裂，既而發(fā)生塌方，塌方體很快充滿整個洞體，塌方為碳質片巖，大部呈粉狀，中夾雜顆粒狀碳質片巖，無水。塌方體將停在該處的挖掘機填埋。三、施工方法

針對軟弱碳質片巖變形特征及特點，我們嚴格按照“短臺階、管超前、強支護、早封閉、快成環(huán)”的原則組織施工，主要采用了三臺階和正臺階增設臨時仰拱的施工方法。具體做法是：

1、三臺階法施工：

隧道上臺階開挖后，首先進行圍巖封閉，接著進行上臺階翻碴、打設錨桿、掛設鋼筋網、架立工20鋼架和施做噴射砼，同時進行中、下臺階出碴工作；出碴結束后即進行施做中、下臺階的初期支護，同時上臺階進行打設超前小導管和隧道開挖工作。小導管采用φ42，長3.5m，循環(huán)長度2.0m，環(huán)向間距30cm，外插角5°～10°，開挖時采用弱爆破和配合風鎬修鑿。初期支護采用Ⅰ20型鋼拱架，間距2榀/米、鋼架之間采用φ22螺紋鋼縱向連接，拱腳采用φ42鋼管（L=4m,4根/每榀·每邊）鎖腳，系統(tǒng)錨桿為φ22注漿錨桿，單層φ8鋼筋網及噴射C20砼27cm；

中部和下部施工時，采用兩側錯開開挖，縱向錯開距離不小于5m，單側開挖長度不大于2m；

正臺階增加臨時仰拱采用Ⅰ20型鋼拱架，并澆筑C20普通砼。

拆除作業(yè)采用弱爆破和人工風鎬配合破除砼，氣割型鋼拱架。

二襯采用泵送砼，模板臺車一次澆筑。

三臺階關鍵工序步長控制如下：

A、上、中臺階長度在3～5m，循環(huán)進尺1m；

B、仰拱施工一次不超過4.5m，仰拱距離下臺階不超過8m

C、二次襯砌距上臺階掌子面不大于50m，仰拱緊跟下臺階等措施。2、正臺階法施工：

采用長臺階增加臨時仰拱施工方案。先對掌子面進行工序轉換，進行上臺階施工（底部增設臨時仰拱，掌子面初噴砼封閉，必要時預留核心土），下臺階分左右斷面錯開，仰拱及二襯砼在根據步長控制要求穿插進行，及時跟進（仰拱完成地段橫向臨時支撐分段拆除）。

開挖采用弱爆破，上臺階出碴采用小型挖掘機、裝載機配合小型運輸機械出碴，下臺階采用裝載機、挖掘機配合自卸汽車出碴。上臺階開挖高度5.2m，臺階長50m（為了防止掌子面失穩(wěn)，掌子面初噴砼封閉，必要時上臺階預留核心土）；下臺階開挖高度4.03m，分左右斷面開挖，斷面錯開3m；仰拱開挖應超前臨時仰拱拆除2.0m。上臺階開挖循環(huán)進尺1.0m，下臺階左右斷面開挖循環(huán)進尺均不超過1.5m，仰拱開挖循環(huán)進尺不超過4.5m。

上臺階采用φ42超前小導管注漿超前支護；初期支護采用工20型鋼拱架、φ25中空錨桿，φ8鋼筋網及C20噴射砼；臨時仰拱采用工20型鋼拱架，并澆筑C20普通砼。

臨時仰拱拆除作業(yè)采用人工風鎬破除砼，氣割型鋼拱架。

二襯采用泵送砼，模板臺車一次澆筑。3、施工方法及工藝：

（1）超前支護：開挖前，采用φ42超前小導管注漿對隧道拱部進行超前支護。鋼管采用外徑42mm，壁厚3.5mm，長3.5m，熱軋無縫鋼管；循環(huán)長度2.0m，環(huán)向間距30cm，縱向搭接長度0.5m；外插角5°～10°，全環(huán)36根。漿液采用水泥砂漿（加速凝劑）。小導管與鋼拱架牢固焊接。

（2）開挖：開挖嚴格控制打眼深度及裝藥量，盡量減少對圍巖的擾動，根據圍巖變化情況及時調整爆破參數。

（3）中臺階開挖后，臨時仰拱與初期支護同步施作。臨時仰拱采用φ22螺紋鋼縱向連接，間距50cm。鋼架下設φ8單層鋼筋網，20cm×20cm，并與型鋼點焊連接。人工現(xiàn)澆仰拱混凝土C20（加速凝劑），搗固密實。臨時仰拱鋼架必須采用橫向腳板連接。四、采取的其它主要措施：

⑴.優(yōu)化了施工工藝，對每個工序、工藝進行監(jiān)控，確保工藝到位。

⑵.嚴格控制工序步長。

⑶.臨時加固措施：

A、部分地段對變形控制采用4.5m導管徑向壓漿加固。采用φ40的小導管進行注漿處理，間距80×80cm。

B、針對軟弱圍巖處鋼拱架連接處增加鎖腳錨桿，并且對其連接板處集中加固和變形嚴重部位在采取措施之間，增加對口撐，對口撐采用工20a型鋼。

C、針對三臺階法施工，在每步臺階底部采用鋼架加鎖腳錨桿，以補強拱腳的穩(wěn)定性，嚴格控制步長，在主要變形位置增設橫撐（起拱線、大跨）。D、正臺階施工，在起拱線部位增設臨時仰拱，采用工20型鋼按照鋼拱架的間距設