乌鞘岭隧道千枚岩地层变形控制及快速施工技术(马华天吴永东魏文杰).doc

乌鞘岭隧道千枚岩地层变形控制及快速施工技术 一 、工程概况 乌鞘岭隧道位于既有兰新线兰武段打柴沟车站和龙沟车站之间,设计为两座单线隧道，隧道长20050m，隧道出口段线路位于半径为1200m的曲线上，右、左缓和曲线伸入隧道分别为68.84m及127.29m，隧道其余地段均位于直线上，线间距40m，两隧道线路纵坡相同，主要为11‰的单面下坡,右线隧道较左线隧道高0.56～0.73m，洞身最大埋深1100m左右。隧道左、右线均采用钻爆法施工，右线隧道先期开通。隧道辅助坑道共计15座，其中斜井13座，竖井1座，横洞1座。 乌鞘岭隧道9＃斜井位于岭脊地段，围岩主要以千枚岩为主，所遇绢云母千枚岩为青灰色，局部夹有石英岩，板岩薄层状，层理不明显，节理、裂隙发育--很发育，呈薄层状角砾结构，产状不稳定，围岩破碎，局部结构充填泥质物，面光滑，稳定性差；千枚岩挤压褶皱、扭曲，松软破碎，其中石英岩多呈酥碎沙状，以薄层状散体结构为主，强度低，单轴强度不足1Mpa，易风化，遇水软化，导致千枚岩强度急剧下降，岩质软，开挖后呈泥状，稳定性差，拱部易出现掉块、坍塌现象，特别是在岭脊段高地应力的作用下，千枚岩变形严重，属大变形围岩。 二、千枚岩地层的施工特点 1 、地质情况　　志留系板岩、千枚岩，以千枚岩为主，局部夹有石英脉，板岩薄层状，层理不明显，节理、裂隙发育，呈薄层状角砾结构，产状不稳定，围岩破碎，局部结构面充填泥质物，面光滑、稳定性较差；千枚岩挤压揉皱，松软破碎，其中石英脉多呈酥碎砂状，以散体结构为主。开挖后呈碎石、角砾状，掌子面无明显渗水，但开挖后有少量渗漏水、滴状及面状洇湿，量小，拱部有掉块、坍塌现象。围岩整体稳定性较差。为V级围岩。 9号斜井承担的正洞隧道内出露的千枚岩为黑色至深灰色，千枚状构造，显微鳞片变晶结构，含水量大时呈团块状，含水量少时为鳞片状，片理极其发育，层厚0.01~2mm，岩体破碎，片理面手感光滑，有丝绢光泽。千枚岩属副变质岩，主要由沉积岩中的页岩经区域变质作用形成，主要矿物成分是绢云母、石英、绿泥石等，基本已全部重结晶，软弱矿物成分较多，因而千枚岩硬度小，单轴抗压强度小于1MPa，易风化。挤压紧密的炭质千枚岩层具有弱透水性，是相对隔水层。　 2、 水文情况　　地下水在隧道施工中，对围岩的稳定性起着很大的影响，特别是在软弱的千枚岩区，更是起着控制作用。　　当洞身开挖以千枚岩为主时，开始时无地下水，但不久即出现滴水，甚至股水。究其原因，可能是因为洞身的千枚岩层上部实为板岩层（由于受开挖断面制约，开挖时未揭露出板岩层）。当含有层状板岩时，在构造应力作用下，岩性较硬的板岩中会产生不同方位的贯通裂隙，这样就为地下水的流动提供了通道。一般来说，围岩洞身为千枚岩时，当千枚岩厚度达到一定程度，洞身就不会出现地下水。在开挖时围岩产生应力重分布，发生变形，形成一定的松动区与塑性区。当塑性区的范围还未接近板岩区时，而这个范围不至于使板岩中的地下水由于渗透压力而进入塑性区时，这时洞身也不会出现地下水；当初期支护不及时或初期支护强度不足以抵抗千枚岩的变形时，塑性区的范围可能更大，当超过这一范围时，地下水进入塑性区，而千枚岩遇水即软化、泥化，使塑性区条件恶化，从而使塑性区加大，这又使地下水进一步发育。塑性区的加大与地下水的发育互相促进，互相作用，使围岩稳定性不断变差，变形不断发展，产生各种病害。这一点体现在千枚岩层中地下水的延迟性（即塑性区在地下水作用下逐渐加大的过程）。 3、隧道开挖　 千枚岩与板岩互层区，软硬岩相间，爆破药量难以控制，一般来说，造成软岩部分超挖、硬岩部分欠挖，导致开挖成型差。这使围岩不同部位的应力释放产生差异，不利于应力重分布，因而产生不同程度的掉块或局部坍塌。　　在千枚岩含量较高地段，岩体相当破碎，呈团块状、片状、鳞片状。开挖时易于钻进，但易塌孔。千枚遇水后软化，泥化呈淤泥状。初期支护施作以后，围岩变形大，且长期不收敛，局部地段几个月都不趋于稳定；开挖时无地下水，后期地下水增大。 乌鞘岭隧道千枚岩区施工难度较大，主要受变质岩的特征、地质构造、千枚岩的特性和地下水所决定。 三、 变形控制 1 、围岩变形特点 1）、围岩变形来势猛且持续时间长。9号斜井施工段处于高地应力区，加之埋深较大，因此在开挖初期由于应力的突然释放变形快且大。 、围岩的变形与千枚岩的含量有直接的关系。千枚岩含量越高变形越大。 、变形与千枚岩地段的含水量有极大的关系，水量越大，变形越大。 、在围岩千枚岩含量有较大变化的次生断裂或分支断裂带地段，变形与千枚岩含量无关，且变形与千枚岩含量较高地段同样大，甚至更高。 、开挖面附近的囊状水对支护结构后期影响更大。 、变形具有不对称性。 2 、施工工序与变形的关系 1）、施工工序与变形的关系：自开挖到拱