中铁十二局集团第一工程有限公司 陕西西安 710000
摘要：老鼻山隧道一、二号横洞之间为缓倾薄层软岩，地应力高地下水较发育，施工期间出现挤压变形显著，本文通过对变形规矩总结和变形成因分析，提出了合理的支护参数、预留变形量、超前应力释放、复合衬砌断面调整、“微台阶、两紧跟”开挖工法等措施，有效的控制了隧道的大变形。
关键词：高地应力 软岩 大变形 处置
Treatment of large deformation of high stress soft rock in old nose Mountain Laobishan Tunnel
Xu Bao Hua
(China Railway Twelfth Bureau Group First Engineering Co., Ltd., Shanxi Xi'an 710000）
Abstract: Between the first and second horizontal holes of the Laobishan tunnel are slow-inclined thin layers of soft rock, with high ground stress and high groundwater development, and extrusion deformation during construction is significant. This paper analyzes the deformation rules and deformation causes, reasonable support parameters, reserved deformation, advanced stress release, adjustment of composite lining section, excavation method of "micro-step, two closely followed" are put forward, which effectively controls the large deformation of the tunnel.
Keywords: High stress Soft rock large deformation disposal
1 工程概况
老鼻山隧道地处峨边毛坪镇范店子至峨边南区间，全长13579m，最大埋深710m，为双线隧道，隧道跨度为 13. 8 m，高度为12.6 m，全隧设3个横洞，属大渡河峡谷构造剥蚀地貌，地面高程625～1350m，自然坡度15～35°不等，纵断面图如图1。隧道上覆第四系全新统坡洪积层（Q4dl+pl）粉质黏土及碎石土、崩坡积层（Q4dl+col）碎石土、第四系全新统滑坡堆积层（Q4del）块石土，下伏基岩为二叠系上统（P2β）峨眉山玄武岩，上统乐平组（P2l）砂岩夹碳质页、薄煤层，下统栖霞-茅口组（P1q+m）奥陶系下统红石崖组（O1h）砂岩夹页岩、泥质灰岩、泥岩。隧道测区为单斜构造，岩层产状为N2°～80°E/11°～25°E,陡倾节理发育，主要为N60～85°E/90°,N5～25°W/90°，地下水较发育主要为基岩裂隙水和岩溶水。一、二号横洞之间的工作为关键工作施工时间紧、任务重，实测围岩水平地应力7~23.8MPa，变形控制困难，对施工技术挑战极高。
图4 拱架变形 图5 初支侵线
老鼻山隧道变形特征：①最大变形一般出现在右拱腰位置，水平最大收敛达470mm，拱顶最大下达沉310mm；②变形速度快，尤其是在开挖初期和下台阶或仰拱开挖前后；③变形持续时间长，一般40~60d；④变形诱发的围岩松弛范围大；⑤变形形式，主要为拱顶下沉、边墙挤入等。
3 大变形成因分析
3.1 变形的内在因素
（1）地应力的影响：根据孔壁应力解除法对地应力进行测试，老鼻山隧道原地应力较高，最大主地应力值为23.8MPa，方向为80°，与隧道轴线方向夹角约为60°，倾角为30°以近水平应力为主。隧道开挖后，岩体在高地应力作用下屈服、破坏。
（2）围岩强度的影响：老鼻山隧道研究段围岩本身强度低，围岩结构松散破碎，岩层间粘结力差，在较高的应力条件下，开挖后容易松弛而发生塑性变形。
（3）地下水的影响：老鼻山隧道地下水较发育，对围岩具有明显软化现象，降低了岩石强度和岩体结构强度，也减小了结构面间摩擦系数，进而形成较大的塑性变形。
3.2 外部促发因素
（1）支护强度不足的影响：对高地应力条件下软岩大变形的认识不足，采用的初期支护措施较弱，锚杆长度不足，预留变形量小，导致围岩变形发展较快，变形较大。
（2）施工方法的影响：隧道采用分部开挖爆破法，对围岩的扰动较大，围岩的自稳能力被破坏，开挖后不能及时施作初期支护封闭围岩，上下台阶距离长初期支护不能及时封闭成环致使围产生较大变形。
4 施工指导思想
坚持“工程类比、宁强勿弱、方便施工、把控质量、快速通过”的施工原则。工程类比：结合类似工程隧道大变形工程施工经验，制定合理的工程措施；宁强勿弱：现场工程措施结合对大变形的等级判定，对支护、二衬等对结构直接影响的措施，本着“宁强勿弱”的原则确定，尽可能避免二次拆换，降低安全风险；方便施工：相关工程措施应具有比较好的可操作性，施工工艺复杂程度不应过高，现有机具设备、操作人员素质能达到要求”；把控质量：现场锚杆、钢架等构件的施工质量与大变形的成功处置与否紧密相关，必须要严格把控质量，才能确保工程措施有效；快速通过：应保证锚杆、钢架等初期支护的快速施做和及时封闭成环，尽快形成支护结构整体受力体系，确保快速有效承载。
5 施工技术
5.1 超前探查
老鼻山隧道采用地质素面、应力应变测试、超前水平钻、TSP、地表调查及加深炮孔等措施，预判距掌子面一周至一个月后地质状况，如实地掌握掌子面前方围岩的状况，是确保施工安全、决定开挖、支护对策的基础资料，“探查先行”摸清掌子面前方围岩的状况是对大变形处置是非常重要的。
5.2 开挖方法
全断面一次开挖是最理想的控制围岩松弛(变形)的方法，其次是台阶法，全断面一次开挖，对围岩的扰动最少，在软弱围岩中，则需要创造大断面施工的条件，如对掌子面前方的围岩的预补强，才能实现全断面开挖。
综合考虑老鼻山隧道采用早封闭、快成环、下台阶紧跟掌子面、仰拱紧跟下台阶的“微台阶、两紧跟”开挖工法。上台阶距离下台阶保持在8m左右，下台阶距离仰拱初支距离不大于15m，洞身爆破开挖时，分两次开挖，首先开挖上台阶，再同时开挖下台阶和仰拱，同时加密周边眼，减少用药量，提高光爆效果，尽量减少对围岩的扰动，改善围岩应力状态。
5.3 超前应力释放
开挖爆破前，先于掌子面前方钻设超前应力释放孔，以降低围岩应力。应力释放孔沿开挖外轮廓线内65cm、265cm周边均匀布置，孔径10cm，单孔长15~20m，外插角为8°~12°，应力释放孔布置如图6。
型钢钢架与初喷混凝土要紧密接触，空隙处用混疑土垫块楔紧，在钢架拱脚及墙脚位置设中双排φ42锁脚锚管16根，每根长度为6cm，锁脚锚管的设置角度和方应结合岩层倾角及走向、节理发育方向等确定，钢架锁脚应放在牢固的基础上。
5.5 复合衬砌断面调整
为了使衬砌断面受力更合理，复合衬砌断面由原来的拱墙三心圆断面结构形式调整为拱墙单心圆断面+仰拱矢跨比1/7结构形式（复合衬砌断面如图7）。拱墙及仰拱采用50cm厚C35钢筋混凝土，喷射混凝土支护面与二次衬砌空隙用与二次衬砌同等级混凝土回填，通过对初期支护监测数据反馈分析，指导二次衬砌的施作时间，初期支护变形和受力稳定后才可施作二次衬砌以免造成不必要的损失。
图7 复合衬砌断面图
5.6 监控量测
监控量测是对施工措施的及时反映，不仅是施工措施的调整依据，更是安全施工的保障措施，必须紧跟开挖、支护作业，应按设计要求进行布点和监测，并根据现场施工情况及时调整量测项目和内容。根据监控量测数据、应力应变测试数据等综合评判工程措施的合理性，动态调整支护参数、优化施工工艺，指导下阶段计施工。
6 结论
通过对实测围岩压力、钢架内力、锚杆轴力、初期支护与二次衬砌间接触压力，对支护系统及衬砌断面进行验算，计算结果是安全的满足可靠度指标要求。
根据施工现场监测水平收敛、拱顶下沉、拱脚位移、隧底隆起、开挖及支护断面扫描等数据分析，采取的支护参数、预留变形量、超前应力释放、复合衬砌断面调整、“微台阶、两紧跟”开挖工法等措施，有效的控制了隧道大变形，为类似工程提供参考经验。
参考文献：
[1] 铁路隧道工程施工技术指南（TZ 204-2008）.
[2] 晏长根，罗鑫，王凯，等. 深埋软岩大变形偏压公路隧道3层支护结构受力变形特征[J]. 中国公路学报，2016，29(2)：98-107.
[3]邹翀,张民庆,李沿宗,张文新.高地应力软岩隧道施工变形控制方法试验研究[J].隧道建设,2012 年 01 期. [4]刘志春，李文江，朱永全，等. 软岩大变形隧道二次衬砌施作时机探讨[J]. 岩石力学与工程学报，2008，27(3)：580-588.
[5] 何兴国 . 铁路软弱围岩大变形隧道综合施工技术 [J]. 工程建设与设计，2018，12（08）：155-156.
[6]常立军.高速铁路软弱围岩大变形隧道综合施工技术[J].铁道建筑技术，2017，20（12）：513-514.
论文作者:胥宝华
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/3
标签：围岩论文; 应力论文; 隧道论文; 断面论文; 台阶论文; 措施论文; 钢架论文; 《防护工程》2019年第4期论文;