特长隧道高地应力岩变形整治施工技术.doc

PAGE PAGE 3 龙潭隧道高地应力炭质页岩大变形整治施工技术 中铁十四局二公司 摘 要：通过龙潭隧道右线高地应力炭质页岩大变形段施工的工程实例，论述了地质构造与隧道稳定性、隧道控制高地应力影响炭质页岩大变形的施工方法、施工工艺。总结了隧道开挖支护，监控量测，围岩注浆，临时支护等施工技术和施工方法。 关键词：公路隧道 高地应力 炭质页岩 大变形 整治 施工技术 1工程概况 龙潭特长隧道是沪蓉西高速公路宜昌至恩施段的重点工程，是国内在建第二特长公路隧道，长8693m，为上下分离式隧道，线间距50m。建筑限界净宽9.75m，净高5.0m。隧道洞身最大开挖跨度12.55m,开挖高度10.76m。 我公司施工出口地段，右线长4254m（YK69+860～YK74+114）；左线长4349m（ZK69+860～ZK74+209）。距隧道出口洞门3.0Km位置左右线各设一座通风竖井，竖井深335m和349m，竖井直径分别为7m和5.3m。无轨运输通风困难，独头掘进距离长，岩溶断层发育，地质问题突出是本工程的重点和难点。 2高地应力软弱围岩大变形段地质情况 2.1原设计围岩及采取支护形式 龙潭隧道右线YK70+969～YK70+800段设计为Ⅳ类围岩，围岩为中厚层坚硬～半坚硬碳酸盐岩，岩石新鲜裂隙不甚发育，围岩呈大块状砌体结构，稳定性较好，局部由于不利裂隙组合，存在小范围坍塌可能。采用S4型复合式衬砌类型。YK70+880～YK70+780段设计为Ⅲ类围岩，该段处于岩性接触带，岩性为奥陶系五峰组炭质页岩夹硅质页岩与页岩互层，软硬相间，完整性差，裂隙水较发育，开挖时有呈线状渗水；采用S3型复合式衬砌类型。YK70+780～YK70+686段设计为Ⅳ类围岩，层状软弱～半坚硬碎屑岩，局部节理裂隙发育，围岩呈碎块状镶嵌结构，裂隙水总体不发育，开挖时局部可能存在轻微渗水现象；其中采用YK70+780～YK70+773段采用S3型复合式衬砌类型，YK70+773～YK70+686段采用S4-a型复合式衬砌类型。该段埋深在400m～450m，在隧道左线ZK70+000（即右线YK70+932）处进行了地应力测试，测试成果表明：隧道区构造应力场最大应力水平应力值在6.67～15.27Mpa之间，最小应力4.87～10.17Mpa，属中高等地应力场区，最大主应力方向105°～111°。 断面形式为三心圆曲墙式。S3型复合式衬砌类型：衬砌混凝土采用C25防水钢筋混凝土，厚40cm，拱墙张挂φ6双层钢筋网，网格间距20×20cm，喷混凝土厚22cm，架设格栅钢架（主筋采用Φ22钢筋，截面高度为12×12cm），钢架间距1.0m，预留变形量7cm；拱墙设置φ22早强药卷锚杆（系统锚杆），锚杆长3.0m，纵、环向间距1.0m×1.0m，呈梅花型布置。S4型复合式衬砌类型：衬砌混凝土采用C25防水混凝土，厚35cm，拱部张挂φ6单层钢筋网，网格间距20×20cm，喷混凝土厚10cm，预留变形量5cm；拱部设置φ22早强药卷锚杆（系统锚杆），锚杆长2.5m，纵、环向间距1.2m×1.2m，呈梅花型布置。S4-a型复合式衬砌类型：衬砌混凝土采用C25防水混凝土，厚35cm，拱部张挂φ6单层钢筋网，网格间距20×20cm，喷混凝土厚12cm，预留变形量15cm；拱部设置YL25-Ⅱ预应力锚杆（系统锚杆），锚杆长4.0m，纵、环向间距1.2m×1.2m，呈梅花型布置。 2.2实际揭露围岩及地质构造与隧道稳定性分析 （1）实际揭露围岩 围岩为炭质页岩夹硅质页岩，节理裂隙发育，将岩层切割成块状，片状，裂隙水发育，局部存在股状流水现象，围岩遇水膨胀、松动圈大，泥化速度快，稳定性极差，开挖时经常坍塌。 （2）地应力状态分析 围岩受高地应力影响沿垂直层理方向受力挤压的作用多发生弯曲呈“S”形的弧形褶皱现象，压缩形成挤密体，炭质页岩层理及褶皱的形成如图1所示。该围岩经隧道开挖暴露后，每个层理视为一个独立体，由于开挖轮廓周边高挤密性炭质页岩层理具有恢复其原装的临空面，形成沿垂直层理方向的膨胀作用，从而释放出深埋地层受力挤压作用形成的应力。根据此类围岩隧道开挖及支护现场观察，软弱炭质页岩受高地应力的作用对隧道开挖及支护常出现开挖轮廓坍塌、初期支护钢支撑扭曲断裂、喷射混凝土开裂脱落现象，对初期支护破坏力极强。 图1 炭质页岩层理及褶皱的形成 （3）炭质页岩层理结构与隧道稳定性分析 通过对深埋炭质页岩层理结构及地应力状态进行分析，可知隧道开挖前的炭质页岩地层长期处于地应力的高挤压力的作用。当隧道开挖后由于靠近轮廓线的层理具备恢复原状的临空面、风化等条件，逐层显现出垂直层理方向的膨胀作用，从而释放应力。因此炭质页岩的层理结构与隧道的稳定性至关重要。龙潭隧道右线高地