摘要：单线分修小间距隧道，围岩属软弱千枚岩地层，由于在施工过程中围岩应力二次分布，加上围岩直立陡倾自身岩质偏软，自稳性较差，若处理不当，在施工中极易出现初支衬砌变形开裂等灾害，形成较大安全风险。本文结合成兰铁路杨家坪隧道进口工程，就软弱千枚岩大变形隧道的施工控制进行分析，总结施工经验，为今后类似地层隧道施工提供借鉴。
关键词：软弱大变形；千枚岩；围岩直立陡倾；单线分修；施工控制
一、工程概况
1、工程简介
杨家坪隧道进口1#横洞工区隧道为双洞单线分修隧道，净岩柱宽度由24.9m渐变至1.66m，属于小间距隧道，左右线隧道施工的相互影响较大，该段右侧为杨家坪倒转背斜核部，邻近F10-1断层影响带，岩层揉皱，小褶曲十分发育、岩体破碎，岩石强度极低。施工中出现小净距大变形，施工难度大。
图1 分合修段平面示意图
单线分修小间距软岩隧道，在施工中，采取以下措施：
（1）先行洞（右线）室掌子面先于后行洞（左线）掌子面3倍洞径左右（30～40m），先行洞（右线）衬砌超前后行洞（左线）衬砌3倍洞径左右（30～40m）。
（2）对支护结构加强。
（3）先行洞采用弱爆破开挖，减少对围岩的扰动；后行洞采用机械开挖。
（4）岩柱大于3米采用对拉锚杆加固，岩柱小于3米对岩柱采用钢筋混凝土置换。
2、工程地质
杨家坪隧道1#横洞工区属构造剥蚀深切割高中山剥蚀地貌。隧道洞身主要通过志留系中上统茂县群（S2-3mx1）绿泥千枚岩。受龙门山中央断裂带影响区，构造条件复杂，节理发育，岩体受挤压破碎严重，围岩稳定性差；地层产状以平行线路方向陡倾为主，F10-1断层、杨家坪倒转背斜、杨家坪向斜与隧道基本平行或小角度相交。隧道内岩层区域性大断裂、活动断裂发育。
二、施工方案选择与分析
1、隧道开挖方式选择及相对距离的确定
为了研究先行洞和后行洞因爆破产生的相互干扰问题，我们采用四川拓普测控科技有限公司生产的UBOX-5016工程爆破智能监测仪（量程30cm/s）对爆破进行振动测试，该仪器可测垂直、水平径向和水平切向三个方向的振动速度和频率。根据现场小净距隧道的施工状况，先后在爆点附近的初支和二衬上选取多个控制测试点，对左右线爆破引起振动效应的相互作用进行监测，从而评估爆破振动对隧道支护结构安全稳定的影响。测试方案主要包括后行洞（左线）爆破对先行洞（右线）初支、二衬的影响，先行洞爆破对二衬的影响。
《水利水电工程物探规程》（SL 326-2005）指出混凝土的密度为2.40~2.70g/cm3、纵波速度为2.0~4.5km/s；《混凝土凝土结构设计规范》（GB50010-2010）指出C30混凝土的密度为2.4g/cm3、抗拉强度设计值为1.43MPa；据相关研究资料可知C30混凝土的波速为3.7~4.0km/s。
质点处的应力与材料和振速有如下关系：
式中:
——质点处的应力；
——介质密度；
——介质波速；
——振速。取C30混凝土的波速为4.0km/s，得其能承受的最大安全振速为14.9cm/s。
表1 爆破振动安全允许标准（GB6722-2014）
由以上可知，洞身单点爆破震动速率应小于10cm/s。
根据现场小净距隧道的施工状况，选取左线DK112+410作为测试断面，先后在爆点对应右线的初支和二衬上选取三个YD2K112+468、YD2K112+478、YD2K112+506控制测试点，对左右线爆破引起振动效应的相互作用进行监测，从而评估爆破振动对隧道支护结构安全稳定的影响。现场测试点的布置方案图如下：
图2 爆破测试示布置意图
图3 爆破测试
表1爆破测试的最大振速
经过试验对比分析，我们得出，先行洞（右线）室掌子面先于后行洞（左线）掌子面3倍洞径左右（30～40m），先行洞（右线）衬砌超前后行洞（左线）衬砌3倍洞径左右（30～40m），且后行洞（左线）需采用机械开挖，才能保证洞身单点爆破震动速率应小于10cm/s。
2、对拉锚杆
对岩柱厚度大于3米的采用对拉锚杆加固，本次对拉锚杆试验段里程选择左线DK112+430~+450段。
2.1对拉锚杆材料
(1)、对拉锚杆采用采用φ22全螺纹锚杆，委托加工中心加工而成。
(2)、砂浆采用M20水泥砂浆，注浆压力：不大于0.4Mpa。
2.2对拉锚杆施工步骤及要求
对拉锚杆采用采用φ22全螺纹锚杆，锚杆设置范围为内轨顶面至内轨顶面上6米，间距为1.0*0.8m(环*纵)，锚杆长度根据布置位置实际截取。锚杆两段均设置加强垫板，垫板尺寸为250mm*250mm*18mm，锚垫板应与初支表面密贴。对拉锚杆施做时对端头进行凿槽处理，不得影响防水板铺设。
用注浆管向孔内注浆，注浆压力不大于0.4Mpa，注浆管应插至距孔底50~100mm处，注入水泥砂浆，缓慢拔出注浆管，随即插入杆体。
图4 中岩柱对拉锚杆
3、中岩柱置换
3.1试验段选取
（1）对岩柱厚度小于3米范围的YD2K112+503~+630段中岩柱由右线内开挖侧壁进行置换，中岩柱置换分三次进行，第一次进行YD2K112+617~+630段，第二次进行YD2K112+570~+617段，第三次进行YD2K112+503~+570段，隔段开挖置换，每次置换不大于3.2米。
（2）选取YD2K112+617~+630段进行置换施工工法、工序试验段。
（3）过程加强监控量测，确保施工安全。
（4）开挖工法采用控制弱爆破，台阶法施工，控制开挖进尺。
图5 中岩柱置换
3.2岩柱置换工序
（1）与右线中岩柱侧拱墙分界处施做一环φ76中管棚，中管棚间距0.4米，管棚长8米，并注浆加固围岩。
（2）截断置换范围内已施做初支钢架，设置25a槽钢支垫并采用4根φ200钢管临时斜撑支撑。
（3）对中岩柱开挖，每循环开挖进尺不大于1米，并采用I16型钢钢架加强支护，钢架间距1米/榀，及时支护。
（4）置换区域绑扎钢筋并将左右线一次支护架立到位后，关模浇筑砼。
4、其他支护结构加强
杨家坪隧道1号横洞左、右线大里程进行45m中等大变形试验段开挖，保证新施工段仰拱初支封闭成环30m；采用全断面掘进机开挖施工；全环HW175双层钢架，间距0.6米；拱部采用4m长φ22组合中空注浆锚杆，环纵间距0.8m*1.2m，拱部锚杆采用先打法施工，采用水泥浆注浆；边墙初支完成后采用6m长φ25中空锚杆，环纵间距0.8m*1.2m，采用快凝早强注浆材料；全环双层φ8钢筋网片，网格间距20cm*20cm；预留变形量一支25cm，二支20cm。
三、评价措施的有效性
1、支护受力监测分析
为评价小间距大变形处理措施的有效性，并对结构长期健康状态进行评价，开展本段落试验检测，监测内容主要包括：围岩净空变形、锚杆受力、围岩初支接触压力、初支钢架受力、二衬变形、初支二衬接触压力、二衬受力钢筋、二衬混凝土受力，对支护受力监测断面的布点示意图如下所示。
图6 结构受力断面布点示意图
图中锚杆受力由钢筋计测得，钢架计在锚杆上的布设位置如图中锚杆的A1至D4测点；TY代表压力盒，用来测试围岩和初支、初支和二衬间的接触压力；WG和NG由布在支护上的位置分别代表型钢外翼缘和内翼缘的应变计、二衬的外侧和内侧钢筋计；图中1至6的数字编号为元器件在隧道断面的布设位置，由元器件代号和位置编号。
本次现场监测拟采用全站仪、双模土压力盒、表面应变计、混凝土应变计、钢筋计相组合的方式对杨家坪隧道正洞大变形支护措施的实施效果进行综合监测，原件埋设里程为右线大里程YD2K112+610，左线大里程埋设里程为DK112+420、DK112+440。按规范要求做监测项目数据收集，监测仪器原件收到损坏后应及时更换装试新的元器件。
图6 围岩压力测试结果
2、围岩变形监测
在采取措施的大变形段落中，边墙收敛量最大为14.7cm，拱顶下沉最大量为11.4cm，最大变形速率为0.6mm/d，初喷混凝土无纵向裂缝，环向裂缝较少，无剥落掉块现象，钢架无扭曲。
四、结束语
1、单线分修小间距隧道在施工时，要控制左右线施工距离，先行洞室掌子面先于后行洞掌子面3倍洞径左右（30～40m），先行洞衬砌超前后行洞衬砌3倍洞径左右（30～40m）。
2、设置双层钢架及长锚杆，使围岩挤压力与支护力基本达到平衡。
3、先行洞采用控制爆破开挖，减小对围岩的扰动圈，尤其是对岩柱围岩的破坏；后行洞采用机械开挖。
4、岩柱大于3米采用对拉锚杆加固，岩柱小于3米对岩柱采用钢筋混凝土置换。
5、加强围岩量测工作，让监测指导施工。
图7 钢架压力测试结果
参考文献
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论文作者:刘一宏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：围岩论文; 隧道论文; 锚杆论文; 间距论文; 钢架论文; 里程论文; 后行论文; 《基层建设》2019年第8期论文;