摘要：特长隧道工程项目的实施具有复杂性、长期性和动态性，特别是埋深较大的段落，项目前期的地质勘察工作存在较大的不确定性，工程变更是不可避免的；而作为成因较为复杂的Ⅴ级围岩盐溶角砾岩地层，其工程性质的不确定性较为突出，按照工程变更管理办法，可根据实际地质情况确定是否变更。
关键词：公路隧道；盐溶角砾岩；动态施工；优化变更
0 引言
梁忠高速礼让隧道总长5519.15m（折算为左右洞平均值），为特长隧道，穿越明月峡背斜，最大埋深约为393.52m，构造形迹呈北北东～北东向，隧址区无大的区域性断裂隙构造，出露地层为三叠系下统嘉陵江组（T1j）、中统雷口坡组（T2l）、上统须家河组（T3xj）、侏罗系下统珍珠冲组（J1z）、中下统自流井组（J1-２z）、中统新田沟组（J2x）、第四系（Q４），地质条件复杂、多样，不良地质较多，“五毒”俱全，工程变更工作是不可避免且较为繁重的，需严格按照工程变更管理办法执行，确保施工质量和安全，本文浅谈一下隧道穿越盐溶角砾岩段优化设计的工程变更，简称优化变更。
1 盐溶角砾岩的一般特征
碳酸盐岩中的石盐、硬石膏、石膏等夹层，由于进入地下潜水带，被淡水溶解，于是碳酸盐岩在上覆岩层的重荷压力下，被压碎崩塌，其角砾呈尖棱角状，杂乱堆积，随后被粘土、方解石或白云石充填固结起来，便形成盐溶角砾岩。此种岩石层位稳定，但不成层，底面较平整，而顶面不整齐。
（1）盐溶角砾岩除少数沿断裂带展布外，绝大部分呈层状分部，产出层位固定。
（2）盐溶角砾岩在含盐系沉积剖面上，常是沉积旋迥中盐化程度最高的部位，其顶底板（特别是底板）常为含石膏和石盐假晶之白云岩。在这套地层中普遍发育有乌眼构造、干裂、溶孔等浅水暴露标志。
（3）该类岩石的岩石学特征是具角砾状构造，角砾成分较为简单：主要为结晶灰岩、灰岩、白云岩，还有少量生物碎屑灰岩、蠕状灰岩、泥岩等。砾石形态呈棱角状、次棱角状，泥岩砾石因其质软常形成次浑圆状。砾径为数厘米到十数米不等。砾石大小混杂，无分选性，呈杂乱堆积。局部角砾中还保持原始沉积特征。角砾岩中胶结物以粘土质和碳酸盐为主，胶结程度与胶结物的成分及含量有关，一般以碳酸盐为主胶结者，岩石较坚硬，而已粘土或碳酸盐-粘土胶结者则较疏松。盐溶角砾岩具明显的次生结构和构造。例如，角砾状、孔洞状、晶洞状、土状构造及次生交代残余物。
（4）盐溶角砾岩中存在着溶解残余物。这种蒸发岩溶解后的残存物呈褐色或黑色不规则的薄层或团状断续分布与角砾岩之中，一般厚数厘米至半米。它主要由粘土矿物（伊利石及各种云母）和碳酸盐（主要是菱镁矿）组成。此外，尚有少量自生石英、碎屑重矿物和有机碳，并常可见铁染。
（5）盐溶角砾岩中空洞多，易破碎，是构造薄弱地带。岩浆岩往往易于顺层贯入。
2 设计地质情况
隧道穿越三叠系下统嘉陵江组第四段盐溶角砾岩段为Ⅴ级围岩，岩体受地质构造及风化作用影响较重，裂隙较发育，呈碎、裂状，松散结构，易坍塌，围岩无自稳能力，跨度5m或更小时，可稳定数日。岩体较软，围岩稳定性较差，存在塌方风险，预计塌方风险为Ⅱ级。
隧道穿越盐溶角砾岩为灰黄色、杂色，角砾状结构，角砾主要为灰岩，棱角状，角砾间为灰黄色的钙质物充填，松散。围岩为碎裂结构，节理裂隙发育，岩体较破碎。隧道出水形式以淋雨状或涌流状出水为主。
盐溶角砾岩作为一种可溶性碳酸盐岩类地层，其出露及分布与地质构造展布方向一致，其出露的宽窄与背斜枢纽的起伏及槽谷的切割深度相关。受T1j4岩溶角砾岩和背斜核部构造的影响，岩溶发育，可能产生冒顶和突水、突泥，隧道穿越施工时应加强超前预测预报地质工作，预防产生岩溶突水，采取以堵为主的防治方案。尤其是经过物探或钻孔揭露的不良地段。
3 设计支护参数
本隧道按新奥法原理进行设计，采用复合式衬砌，初期支护以喷、锚、网为主，二次衬砌为模筑混凝土。支护参数根据结构分析与工程类比相结合确定，Ⅴ级、Ⅳ级软岩段衬砌设仰拱，同时围岩较差地段的衬砌向围岩较好地段延伸10米。
（1）分离式隧道Ⅴ级围岩洞身深埋盐溶角砾岩段，I18工字钢作为初期支护的加劲措施，全包布置，其纵向间距为0.5m，初期支护为锚杆、钢筋网、喷射混凝土（C20早强混凝土），二次衬砌为50cm厚模筑钢筋混凝土。
（2）工字钢纵向采用C22钢筋连接，沿钢架环向每1m设置一根，其两端与工字钢钢架焊接在一起。
（3）预留变形量设计为拱墙18cm，仰拱为8cm，具体根据现场变形量测情况可适当调整。灌注二次衬砌时，剩余的预留变形量空隙应用与二次衬砌同级的混凝土回填。
（4）系统锚杆采用φ25自进式锚杆并注浆，垫板应紧贴岩面。
（5）φ6.5钢筋网之钢筋随岩面的起伏铺设，保护层厚度不小于2cm，与岩面间歇不大于3cm，钢筋与锚杆应连接牢固，钢筋接头按有关规定搭接，横纵间距20cm。
（6）防水层由1.5mm厚EVA卷材和350g/㎡无纺布组成，卷材采用双缝热焊，搭接宽度不小于10cm，防水层半包设置。
（7）允许超挖回填量与允许超挖开挖量相同，允许超挖拱部按平均15cm、边墙及底部按平均10cm计算。
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（8）辅助施工措施超前支护采用外径φ42mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管加工制成，注浆小导管长4.5m，环向间距为35cm，布置范围为拱部120°，每排39根，纵向间距为2m，两排小导管纵向应不小于1.0m的搭接长度。
4 优化设计措施依据
特殊地质段结构与施工方案的总体设计原则是：动态设计、动态施工，以防为主，防治并重，杜绝安全事故出现。
（1）根据地质资料制定不良地质处治预案设计，加强施工过程的地质观测、预报工作，采用TSP203地质预报系统、超前钻探、地质雷达等超前地质预报预测手段进一步探明掌子面前方的工程地质、水文地质的活动态势等情况，主要探测不良地质段岩石的强度、岩性、岩层的破碎程度、有害气体、地下水赋存等情况，从而正确选择处治方案。
（2）隧道进入设计盐溶角砾岩段落后，对掌子面开挖揭露围岩进行观察、取样试验、素描记录，初步判断围岩地质情况，发现揭露围岩为薄层灰岩、泥灰岩，岩体较破碎，其间充填黄色粘土，无水干燥，与原勘察设计围岩存在一定差异，比原设计地质情况要好，可提出优化设计变更申请。
（3）组织特邀专家、业主单位、勘察单位、设计单位、监理单位、第三方监测单位等有关人员召开隧道衬砌类型动态调整专家咨询会，与会人员对隧道掌子面施工现场进行踏勘，并审阅了相关资料，经与会人员充分讨论后，给出了肯定意见，基于动态设计、动态施工的原则，根据现场踏勘情况，结合第三方监测单位提供的超前地质预报以及超前地质物探成果，该段隧道衬砌类型可进行优化设计，鉴于该段围岩节理裂隙发育，有局部坍塌的可能，可加强支护措施。
（4）加强施工监控，控制好隧道开挖进尺，做好超前支护和拱部系统锚杆施工，确保施工安全和质量。加大拱顶下沉和周边收敛监测频率，加强隧道初支状况观察工作，一旦发现异常状况应立即处理或启动应急预案，确保施工安全。
（5）若隧道开挖围岩发生变化情况时应及时通知设计、地勘到现场进行勘察，以便对围岩的变化情况进行把握，根据变化情况及时调整衬砌类型的设计、施工及支护工作，以保证隧道施工安全和质量。
5 优化设计方案
按照新奥法原理，采用复合式衬砌，初期支护以喷、锚、网为主，二次衬砌为模筑混凝土。优化后参照分离式隧道Ⅴ级围岩洞身浅埋段支护段，采用S5a型衬砌施工，设计参数如下：
（1）I18工字钢作为初期支护的加劲措施，半包布置，其纵向间距为0.6m，初期支护为锚杆、钢筋网、喷射混凝土（C20早强混凝土），二次衬砌为50cm厚模筑钢筋混凝土。
（2）工字钢纵向采用C22钢筋连接，沿钢架环向每1m设置一根，其两端与工字钢钢架焊接在一起。
（3）预留变形量设计为10cm，具体根据现场变形量测情况可适当调整。灌注二次衬砌时，剩余的预留变形量空隙应用与二次衬砌同级的混凝土回填。
（4）系统锚杆采用φ20（HPB400级）药卷锚杆，垫板应紧贴岩面。
（5）φ6.5钢筋网之钢筋随岩面的起伏铺设，保护层厚度不小于2cm，与岩面间歇不大于3cm，钢筋与锚杆应连接牢固，钢筋接头按有关规定搭接，横纵间距20cm。
（6）防水层由1.5mm厚EVA卷材和350g/㎡无纺布组成，卷材采用双缝热焊，搭接宽度不小于10cm，防水层半包设置。
（7）辅助施工措施超前支护采用外径φ42mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管加工制成，注浆小导管长4.5m，环向间距为40cm，布置范围为拱部123°，每排35根，纵向间距为2.4m，两排小导管纵向应不小于1.0m的搭接长度。
6 开挖情况及分析
原设计的盐溶角砾岩段实际开挖揭露围岩主要为薄层灰岩、泥灰岩夹盐溶角砾岩，灰岩、泥灰岩岩体较破碎，其间夹黄色黏土，无水干燥；造成围岩发生变化的主要原因为分布岩体受地质构造的影响较重，分布的盐溶角砾岩呈团状，透镜状分布，均匀性差，灰岩、泥灰岩裂隙发育，岩体破碎，加上存在黏土充填，对设计前期勘察照成相当影响，实际开挖揭露分布的围岩比盐溶角砾岩工程性质有所提高。
7结论与意义
经过梁忠高速公路礼让隧道施工过程中的验证，把原设计盐溶角砾岩段S5j衬砌类型优化调整为S5a衬砌类型的变更方案切实可行。隧道初期支护拱顶下沉、周边收敛，及围岩衬砌应力应变等各种监控量测数据成果，均满足国家及地区的技术规范和安全规范的要求，隧道工程质量合格。
设计方案的优化变更，应遵循“以人为本、安全至上、经济合理”的设计理念，坚持“动态设计、动态施工，以防为主，防治并重”的设计原则，结合隧道开挖实际揭露的地质、地形特点，通过结构分析计算和工程类比，动态调整施工参数，在不降低标准的前提下，既能减少工程量、节省投资或降低工程成本、缩短工期，又能确保工程质量及安全，在投资建设过程中具有重大意义。
参考文献：
[1]魏东岩.论中国盐溶角砾岩的特征和分类[J].岩石学报，1991（8）.
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[3]渝交委路[2012]32号.《重庆市公路工程设计变更管理办法》[S].
论文作者:杨源,张卫军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/3
标签：角砾岩论文; 围岩论文; 隧道论文; 地质论文; 钢筋论文; 碳酸盐论文; 情况论文; 《基层建设》2019年第29期论文;