泥岩地质隧道大变形施工控制技术

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1、泥岩地质隧道大变形施工控制技术：以兰渝铁路哈达铺隧道施工为例，介绍泥岩地层中修建隧道变形控制的方法。施工中通过围岩量测掌握围岩变形动态，运用分部开挖临时仰拱封闭成环及上半断面扇形支撑技术，对围岩变形进行控制。　　关键词：泥岩地层变形控制　　0引言　　因为泥岩的强度较低，且具有膨胀性，遇水会软化，所以如果在泥岩地层内进行地下隧道的修建，由此引发的隧道变形（如水平收敛、拱顶下沉等）都会很大，极易损坏隧道初期支护。初期支护喷射混凝土表面脱落、钢架扭曲等都是其具体体现，最后会破坏刚性支护前隧道的稳定性能。我国当前铁路隧道工程施工过程中形成的CRD、CD法以趋于成

2、熟，能对围岩大变形进行控制，以保证安全地进行隧道施工。哈达铺隧道穿越的地层局部为泥岩，本文主要介绍了分部开挖临时仰拱封闭成环和上半断面扇形支撑技术来对围岩变形进行控制的方法。　　1工程概况　　兰渝铁路哈达铺隧道为穿越长江、黄河的分水岭——麻子川的越岭隧道，隧道走向大致为西北——东南向，地貌上位于西秦岭高中山区及山间盆地区，山高沟深，山坡、谷坡较陡地面最小高程2224米，最大高程2898.3米，隧道最大埋深约480米，最小埋深约30米，隧道为两座单线隧道，单线全长16600米。　　隧道洞身穿越地层局部的泥岩，该地层的矿物成分主要为黏土质的，构造呈泥质结构中

3、厚层状；岩体基本完整，但成岩作用不好，岩质较软，锤击易碎，节理较发育，强风化——弱风化，强风化层多呈碎块状，弱风化多呈块状，具弱膨胀性。该隧道通过的地层主要为下第三系与三叠系不整合接触带，接触面岩体破碎。　　隧道泥岩地质段运用IV级和V级围岩复合式衬砌支护结构，初期支护使用钢筋X、锚杆、钢架、喷射混凝土联合支护。根据设计要求，二次衬砌为围岩压力提供抗力，将二次衬当作砌承载结构，分别承担50%~70%的围岩松散荷载。表1为具体初期支护参数。　　2前期隧道施工方法及围岩变形状况　　2.1前期隧道施工方法按照哈达铺隧道工程设计的特征和地质状况，前期通过台阶法在

4、施工隧道V级围岩段开挖支护，也就是先开挖台阶，完成约30米的上台阶开挖后再开始下台阶的开挖施工，注意上、下台阶的开挖要同步进行；下台阶开挖约20米就开始仰拱开挖，通过钻爆法，人工风枪钻孔和装药，毫秒雷管分段延迟起爆，光面爆破。　　结束上台阶的钻孔、装药、起爆、出碴后，根据设计要求先喷射4cm后混凝土封闭岩面和掌子面，施作及安装钢架、锚杆和钢筋X；再按照规定的厚度复喷混凝土。开挖下台阶时，左右跳开进行边墙的开挖，同时根据规定完成边墙钢筋X和锚杆的施作，接长钢架完成边墙的初期支护。　　结束约20米下台阶开挖支护后，开始仰拱的开挖施工，且要和上、下台阶的开挖施

5、工同步进行。自制栈桥作为仰拱的运输通道，并使其达到上、下台阶出碴和初期支护材料的运输要求。　　开挖仰拱、上下台阶时，为及时了解围岩情况，进行围岩监控量测和地质预报是必要之举。　　2.2前期围岩变形状况哈达铺隧道V级围岩段经过15天的开挖支护后，围岩会产生较大的变形，初期支护钢架扭曲，表面喷混凝土产生裂缝甚至脱落。　　2.2.1具体监控量测数据特点现场量测围岩情况后得知：泥岩地层，通过台阶法和钻爆法进行隧道施工的过程中，只有40%的围岩水平拱顶下沉量和收敛位移量基本发生在开挖下台阶的施工中，其余60%都发生在上台阶的开挖施工中。开挖上台阶围岩3~5d后，就

6、会产生剧烈的水平收敛位移及拱顶下沉现象。　　①开挖上半断面当天会产生1~3cm/d的变形量，持续7d后变形率会出现显著的下降，也有所缓和。开始开挖下台阶后，变形量又变大，同时在破坏初期支护前日达到1~2cm/d的变形量，15d变形总量约为15cm时，型钢钢架表面喷混凝土出现剥落现象。（在下台阶开挖前，上台阶围岩基本趋于稳定的情况）②开挖上半断面的当天，达到了1~3cm/d左右的变形量，日变形量在0.5~1cm/d左右。开挖下半断面当天，水平方向出现约为3.5cm的变形，同时0.5~1.5cm/d日变形量保持了相当长的一段时间。上台阶变形在15d后约为20

7、cm，此时裂纹现象也开始出现在喷射混凝土上，型钢钢架变得扭曲。（在下台阶开挖前，上台阶围岩仍不稳定的情况）　　2.2.2现场变形的主要特征待上台阶围岩趋于稳定后，就开挖下台阶，这样以来上台阶就会发生二次变形；如果上台阶围岩的变形得不到解决，就开始开挖下台阶，则上台阶就会加速变形；开挖仰拱前，最明显的初期支护变形表现在钢架节点处向洞内膨胀外鼓，螺栓剪切破坏。　　2.3泥岩地质条件下围岩变形控制为使上台阶围岩变形情况得到控制，施工中采用上台阶临时仰拱、扇形支撑及及早施作仰拱等方法来控制。　　2.3.1围岩变形原因分析①围岩遇水易软化，由此引起的变形也很大，其

8、特点主要表现在流变和塑性，这种变形会破坏隧道初期支护。②泥岩具有膨胀性。如果在泥