小寨隧道支护变形处理方案研究.docxVIP

?

?

小寨隧道支护变形处理方案研究

?

?

王建捷王加一甘目飞邸成

摘要：云桂铁路小寨隧道横洞工区DK412+495～+745段穿越泥盆系下统坡脚组泥质砂岩夹页岩，且受断层影响，岩体松散破碎，岩质软弱，施工过程中多次发生严重的支护变形、开裂等工程病害。通过三维数值模拟与现场监控对比的方式对该段隧道开挖后的围岩塑性区变化及预测沉降进行分析，查明了隧道支护变形原因及导致支护变形的关键施工环节。然后以“先放后抗”的支护理念为指导思想，以充分利用围岩自稳能力、增加钢架强度、提高钢架接头连接强度以及加强工序转换时的变形控制措施为主要手段，成功解决了该隧道在软弱破碎围岩中隧道开挖时的支护变形问题。

关键词：软弱破碎围岩；支护变形；先放后抗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.082

1概述

为解决软弱破碎围岩中大跨隧道施工中的支护变形问题，国内外诸多学者、专家对软弱破碎围岩隧道工程施工时的围岩力学特性、结构优化、施工方案和技术措施等等进行了一系列的研究，并取得了一些认识。但由于隧道工程地质特征的复杂性，构成隧道围岩岩土体力学特征的多变性，以及工程施工过程中的各种不可控因素，使隧道施工过程中的支护变形问题变得十分复杂，从而要求我们在面对软弱破碎围岩中的隧道变形问题时需要根据工程的具体情况进一步分析隧道支护变形的机理，以及支护变形的关键环节，从而制定有针对性的工程措施达到控制变形的目的。

本文以新建铁路云桂线小寨隧道为工程背景，紧密结合工程实际，采用三维数值模拟与现场测量数据对比的方式对软弱破碎围岩中大跨度隧道的支护变形机理进行了研究，所获得结论对类似工程有一定的指导意义。

2工程概况

2.1隧道概况

新建云桂铁路小寨隧道位于云南省文山州广南县境内白腊寨至广南区间，设计为时速200km预留250km双线隧道，其最大开挖最大跨度为15.2m，最大开挖高度为12.9m，轨面以上内净空为92m2，隧道全长6486m。本隧采用“进口平导+横洞”的辅助坑道模式，其中横洞工区DK412+495～+745段揭示围岩为薄层状全、强风化泥岩、页岩，受构造影响，围岩破碎自稳性差，施工期间多次发生变形、初支拆换等工程病害。

2.2设计情况

该隧道横洞工区DK412+495～+745段，原设计为V级围岩，该段隧道地表发育一冲沟，隧道埋深11～70m，洞身穿越泥盆系下统坡脚组泥质砂岩夹页岩，且位于老炭山1#逆断层及老炭山2#逆断层之间，老炭山1#断层与线路约相交于DK412+500，交角约13°；断层走向N76°W，倾向SW，倾角不明，为逆断层。老炭山2#断层与线路约相交于DK412+685，交角约63°；断层走向N83°E，倾向SE，倾角不明，为逆断层。两断层附近岩层产状紊乱，牵引褶曲、小断裂极发育，岩体破碎，围岩稳定性极差，断层走向弯曲，变化较大，断层破碎带为地下水的良好通道。工程地质条件极差。

该段隧道设计采用大拱脚台阶法开挖，开挖预留15cm预留变形量，采用拱部Φ42超前小导管超前支护，初期支护采用28cm厚喷混凝土，设置Φ8钢筋网及4m长锚杆，锚杆间距按1.0*1.2m布置，加强支护采用全环I20b型钢钢架，钢架间距0.6m/榀。

2.3施工情况及开挖揭示地质情况

该段隧道开挖揭示岩性为泥岩、砂岩夹页岩，浅灰色，薄层状构造为主，受构造影响极严重，岩层挤压扭曲强烈，糜棱岩化严重，层面光滑，泥岩多呈薄片状散体结构，手抓易碎，砂岩呈碎石角砾状，洞碴多呈砂土状，岩质极软。其洞内揭示围岩情况如图2、3所示。

从开挖揭示岩性看，该段地层受断层影响严重，围岩极破碎，页岩地层岩质软弱，成岩程度低，遇水后迅速软化成泥状，自稳性极差。自2012年9月进入正洞开挖至2013年12月，仅完成正洞开挖39m，且施工过程中多次出现了较严重的初支沉降收敛变形，二衬开裂等病害。其中拱顶沉降最大累计达到104cm，两侧收敛最大累计达到94cm，且DK412+506～+514段端头二衬在浇筑3个月后甚至出现了拱部混凝土开裂等现象。

在发生上述病害后，现场采用了加大钢架型号、增设双层初支等工程措施以加强初期支护的强度及刚度，效果虽有改观但仍不理想。从现场的监控量测数据及现场核对情况看，初支变形过程具有明显的阶段性，即初支成环前，钢架变形多以沉降及接头张裂为主，初支成环后出现钢架扭曲及喷砼剥落。

3数值模拟

为保障工程顺利进行，同时确保施工及结构安全，并确定合理的隧道开挖支护参数。针对该工点，设计单位根据该套地层的工程地质条件及实际支护措施施工情况进行了三维数值模拟。

3.1三维数值模拟

结合施工情况及实际开挖揭示工程地质条件，对隧道开挖后的拱顶沉降值预测值、围岩塑性区发展范围进行了三维数值模拟。模拟时隧道按台阶法进行开挖，围