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软岩大变形隧道施工技术 乌鞘岭隧道 岭脊地段复杂应力条件下的变形控制技术研究 项目概况 乌鞘岭隧道是我国铁路史上首次长度突破20km、工期紧、辅助坑道多、是采用钻爆法施工进度最快的一条铁路隧道。 乌鞘岭隧道于2003年3月30日开工建设，2006年3月30日右线隧道开通运营，2006年8月12日 全线开通运营。 国内外隧道工程中，所遇到的挤压大变形不良地质问题较多，如奥地利的陶恩隧道、阿尔贝格隧道、日本的惠那山隧道，国内的家竹菁隧道和大寨岭隧道等，其共同特点是围岩软弱、地应力较高、压强比高、变形大、变形时间长。国内 外尚未形成挤压大变形机理及复杂 应力变形控制技术的理论体系。 从2004年4月，施工进入于F7活动性断层带、岭脊志留系地层等地段，均发生了不同程度的大变形，有的初期支护侵入二次衬砌限界，有的喷混凝土破损开裂挤入、钢架扭曲变形、甚至发生坍塌等，安全风险倍增， 施工严重受阻。 F7断层最大拱顶下沉和水平收敛分别达1209mm和1053mm，一般300～700mm。岭脊志留系千枚岩地层区段隧道收敛变形达500～700mm。 因此，开展“乌鞘岭隧道岭脊地段复杂应力条件下的变形控制技术研究”课题，为该区段处理对策、安全施工及设计提供技术支持具有重要现实意义，为丰富挤压变形成因、处理对策及复杂应力条件下变形控制技术理论体系具有深远意义。 乌鞘岭隧道大变形与国内外典型大变形隧道相比，具以下特点： （1）大变形区段最长(7587m) （2）围岩强度应力比最低(0.031 ～0.063) （3）地质条件最复杂，具复杂和极高地应力条件 （4）隧道贯通工期仅2.5年（右线开通工期3年），要求快速施工。 主要技术内容及创新点 5.建立了大变形隧道的位移控制基准，提出了以综合系数为标准的大变形分级标准及对应的防治措施 施工变形控制基准及防治措施 位移管理基准 停工，并及时采取加固措施 应加强支护或二次衬砌 可正常施工 施工状态 ＞10% 5%～10% 5% 变形速率比例 变形管理 Ⅲ Ⅱ Ⅰ 变形管理等级 项目 1 主要技术内容 主要技术内容及创新点 5.建立了大变形隧道的位移控制基准，提出了以综合系数为标准的大变形分级标准及对应的防治措施 0.5～1 1～2 2～2.5 循环进尺(m) 采用 采用 采用 短台阶、弱爆破、早封闭 采用 采用 采用 加强监控量测 施工 采用 采用 采用 钢筋混凝土 二次衬砌 可采用 可采用 － 多重、分次支护 350～400 250～350 150～250 预留变形量(mm) 可采用 — — H型钢 可采用 可采用 — 补强长锚杆 必要时采用 必要时采用 — 喷砼中掺钢纤维 采用 采用 采用 锚杆、钢架、网、喷联合支护 初期支护 采用 可采用 — 改善洞室形状 设计 Ⅲ Ⅱ Ⅰ 大变形的等级 措施内容 1 主要技术内容 主要技术内容及创新点 6.形成了复杂（高）应力条件下控制隧道大变形的快速施工方法 1 利用导坑进行应力释放 在埋深最大DK175+503～DK176+898地段，利用左线隧道位置的平行导坑释放应力。平行导坑的收敛变形为100～150mm，扩挖的收敛变形为250～300mm。为采用台阶法一次建成收敛变形的70～75%。 1 主要技术内容 主要技术内容及创新点 6.形成了复杂（高）应力条件下控制隧道大变形的快速施工方法 2 多重支护控制应力释放 F7断层施工前期，隧道变形一般为500～700mm，最大日变形量为40mm/d左右，并发生侵限现象。采用多重支护法施工，边让边抗，隧道变形为150～350mm，最大日变形为20mm/d左右，初期支护变形得到有效控制。 1 主要技术内容 主要技术内容及创新点 6.形成了复杂（高）应力条件下控制隧道大变形的快速施工方法 3 适时施作二衬控制应力释放 乌鞘岭隧道岭脊千枚岩地段、F7工程活动断层地段衬砌前的初期支护收敛变形速率平均为3～6mm，此时二次衬砌承担围岩压力25%～45%，二次衬砌的收敛变形为2～21mm，隧道结构均加强为钢筋混凝土衬砌。目前衬砌结构稳定，运营正常。 1 主要技术内容 主要技术内容及创新点 6.形成了复杂（高）应力条件下控制隧道大变形的快速施工方法 4 控制大变形的施工方法 针对乌鞘岭隧道高地应力软弱围岩变形的实际情况，提出了“短开挖、快封闭、强支护、快速成环、二衬适时紧跟”施工原则。首先选择合理的断面形状，留足预留变形量，超前支护，中等长度系统锚杆和少量补强锚