千枚岩隧道大变形原因分析及施工对策

千枚岩隧道大变形原因分析及施工对策

摘要：柳树垭隧道地处千枚岩地段，施工初期由于围岩变形较大，导致初期支护开裂等问题，严重影响了施工安全和施工进度。通过对围岩变形原因的分析，在施工过程中，针对不同围岩采取不同的、有效的施工方法，对抑制围岩变形取得了较好的效果。

关键词：千枚岩；大变形；分析；施工对策

Abstract: the same tunnel is located in thousand pieces willow rock location, construction because of surrounding rock deformation is early, leading to the primary support the problem such as craze, serious impact on the construction safety and construction schedule. Through the analysis of the reason of surrounding rock deformation, in construction process, according to different rock mass take different, effective construction method, to control the deformation of the surrounding rock has a good effect.

Keywords: thousand pieces rock; Large deformation; Analysis; Construction strategies

引言

近年来，国家对基础建设的投入越来越大，铁路、公路、城市地下工程、资源开采等工程项目随处可见，工程很多都是在软弱围岩中进行的。如作者参与修建的西汉高速公路大（河坝）两（河）连接线工程中的柳树垭隧道。在软岩工程越来越频繁的情况下，对软岩工程中的围岩变形问题进行总结研究具有重要的工程实用价值和现实意义。文中作者通过施工过程的实际方法，总结了千枚岩隧道变形的基本特征，分析了变形原因及采取的施工对策。

1、千枚岩隧道变形的主要原因

千枚岩隧道的变形有很多形式，其中以仰拱起鼓、隧道两侧挤压、初期支护开裂、拱顶下沉等类型发生较多。引起变形发生的主要原因如下：（1）围岩自身因素。

围岩本身自承重能力差、自稳时间短、来压快、容易变形，且变形量大、快、时间长。千枚岩隧道的自稳时间仅为几十分钟到几个小时，变形速度从5 mm ／d～100mm／d不等，变形持续时间一般为25 d～60 d，隧道变形快，开挖后要立即支护或超前支护，方能保证隧道围岩不致冒落。

（2）应力影响。

受隧道埋深、构造应力及集中应力作用的影响，千枚岩隧道的围岩应力水平很高，岩体内残余应力较大，这就使得隧千枚岩道四面受压，不仅有顶压、侧压，还有底压，容易发生底鼓等变形，所以选择好的洞型来缓解围岩应力是很重要的。

（3）千枚岩遇水膨胀。

由于多是千枚岩由各种粘土矿物构成，它们吸水性强，且发生显著的体积膨胀，致使隧道变形破坏。在隧道中有很多的裂隙渗水和隧道底板积水，所以很容易因软岩遇水膨胀导致隧道不均衡受力，从而造成隧道开裂、变形。

（4）支护不力或失效。

支护不力有技术和操作两方面原因，支护不力造成隧道变形破坏在隧道支护初期表现在外观上，而后期影响是潜在的，当受到其他因素影响时，表现很明显，因此在进行支护时要全面考虑，保证支护长期有效。

（5）滑坡体的活动

柳树垭隧道进口段围岩较差。隧道进口段围岩是较破碎强风化的千枚岩。遇水软化而丧失强度。无自稳能力，从而使隧道产生大变形。隧道进口处存在一大型古滑坡体。由于滑坡体的活动，隧道内出现大变形现象：初期支护开裂和拱顶下沉现象。值得注意的是，隧道整体可能向外和向侧面发生了滑动。滑坡体的活动是隧道进口左线产生大变形的一个重要的原因。

2、千枚岩岩隧道的支护

（1）千枚岩隧道支护原理

千枚岩隧道支护的着眼点应放在充分利用和发挥自承能力上，必须改变传统的单纯提高支护刚度的思想，支护结构及强度应与加固围岩、提高围岩自承能力相结合，与围岩变形及强度相匹配；采取卸压、加固与支护相结合的方法，统筹考虑、合理安排。对高地应力区，要卸得充分；对大变形区，要让得适度；对松散破碎区，要注意整体加固；对隧道围岩，整体要支护。进行围岩变形量测，准确地掌握围岩的活动状态，根据量测结果进行反馈，以确定二次支护结构的参数。

（2）千枚岩隧道支护原则

在千枚岩隧道支护中，应遵循以下基本支护原则：

A|、维护和保持围岩强度的原则。千枚岩在经水或风化影响后强度明显降低，开挖后应及时用喷射混凝土封闭岩面，防止围岩风化潮解。另外，光面爆破等技术措施对保持围岩的强度有利。

B、提高围岩残余强度的原则。通过提高支护参数改善围岩应力状态；超前锚杆支护加固围岩；注浆加固来提高围岩残余强度，这些方法有效的改善了围岩应力状态及分布，形成具有较高承载能力和可塑性的加固层。

3、千枚岩隧道仰拱起鼓的综合治理

对千枚岩隧道仰拱起鼓的防治，有加固和卸压两种方法。但对实际隧道施工来说，采用加固原理的方法更经济合理，适合隧道施工，常用的方法有以下几种：

（1）、增加底板围岩的变形阻力。主要措施有砌筑底拱，架设可缩性封闭形支架，这两种方法可以分别使用，也可组合使用，主要用于永久隧道的底板支护，适应能力比锚杆加固强。

（2）提高底板围岩的强度。主要措施有打底板锚杆，底板注浆加固等。用锚杆加固底板可形成底板组合梁结构，减少底鼓。注浆加固是在已破坏的底板处打若干钻孔并注入双液浆，凝固后将已破碎的岩层重新粘结为整体，则可部分或全部恢复岩层的原始强度，提高底板承载能力，减少底鼓。

（3）联合支护。既提高底板围岩的强度又增加围岩的变形阻力，这是目前最常见的方法。如全封闭喷锚联合支护，喷锚网全封闭料石砌碹联合支护等。为了更有效的控制隧道变形与底鼓，施工后应尽早加固强度较弱的帮角部位，在拱脚处增设锁脚锚杆，这样可以减小角部的应力集中程度，提高围岩帮角的自承能力，减少隧道底鼓和顶板的下沉量。

4、施工对策

由于柳树垭隧道地质情况复杂。在施工过程中初期支护产生不同程度的变形。为有效的抑制围岩变化而造成支护变形，针对不同地质情况分别采用了双侧壁法、三台阶开挖法、双层工字钢法及相应的辅助施工措施。

（1）双侧壁导坑法双侧壁导坑法适用于隧道洞口浅埋偏压Ⅱ类围岩及洞身富水性较强的构造破碎带。支护参数本施工法应用新奥法原理，导坑初期支护由系统导管、钢筋网、喷射混凝土、工字钢钢拱架组成，辅以小导管超前支护。

（2）施工主要步骤及施工注意事项

施工主要步骤：①开挖侧壁导坑上半面；I侧壁导坑上半面初期支护；②开挖侧壁导坑下半断面；Ⅱ侧壁下半断面初期支护及仰拱填充施工；③主洞拱部弧形开挖；Ⅲ主洞拱部初期支护；④主洞核心土及中台阶开挖；⑤主洞中部下台阶开挖；⑥主洞中部仰拱及填充施工。⑦拆除侧壁导坑初期支护⑧拱部二次衬砌。

施工注意事项：导坑采2台阶施工，循环进尺长度不大于1米。洞身左右侧壁错开距离不小于3米；主洞分三台阶开挖，上台阶长度不小于3米，中台阶长度不小于6米，下台阶二次衬砌紧眼。