隧道软岩大变形处治与控制方法探讨

隧道软岩大变形处治与控制方法探讨

【摘要】某公路隧道穿越软岩破碎带时发生大变形，本文在分析大变形的原因的基础上总结出了软岩大变形防治措施，优化了支护参数，取得了良好的效果。

【关键词】隧道施工；软岩变形；防治措施

1、工程概况

某特长公路隧道设计为分离式单向双车道，隧道左线6848m，右线全长6868m，隧道洞深最大埋深470m，线间距42m，施工时从隧道两端掘进。未设斜井及竖井等辅助坑道。施工中均采用复合衬砌，钻爆法施工，该隧道地处祁吕弧形断褶带等构造体系的交汇部分，地处祁连多字型构造的槽地，隧道所处区段构造单元属安远断坳，被夹持于古浪断褶带与乌鞘岭断褶带之间，隧道途经安远拉分盆地、西北缘活动断裂（F9）大断层构成的“挤压构造带”，在此带中分布的地层为线红色，淡红色砂岩、砾岩。粉砂岩、页岩、碳质页岩，灰岩加碳质页岩交汇互层，三叠系砂岩夹页岩及薄层煤，及断层带中的构造碎裂岩，泥砾岩层、工程地质条件复杂，隧道掘进至ZK2403+365、YK2403+385薄层煤、F9次生断裂带等软弱围岩地段时发生了大变形，单侧最大变形达到600mm，见表1）致使初期支护破坏并严重侵入隧道衬砌净空。

为确保隧道衬砌净空，将初砌支护开裂。未侵占二衬段落进行加固处理，对已侵占二衬的段落全部或部分拆除重做，并对该变形段落的二次衬砌钢筋进行加强。对还未施工段落的初期支护进行加强，工程严重受阻，进度滞后。因此，分析隧道软岩围岩大变形原因，及大变形防治技术对隧道施工具有重要意义。

2、软岩大变形整治

针对该隧道软岩大变形情况，经共同研究，并吸取国内外整治大变形的经验，提出如下整治措施：

2.1用8m长Φ28自进式注浆锚杆对两侧拱腰及边墙部进行加固.间距75cm（纵向）×100（环）拱墙范围每环14根，锚杆长度8m。

该锚杆自带钻头、在发生坍孔时仍能钻进孔位，且杆体为中空、水泥浆从锚杆头涌出，尾部带有止浆塞，可保证注浆饱满，注浆压力可达到2.0Mpa，浆液压入岩层裂隙范围大，加固围岩的效果优于普通锚杆。

2.2拱部采用4m长Φ22早强水泥药卷锚杆加固。药卷直径较钻孔直径小20mm左右，药卷长度为20-30cm，间距75cm（纵）×100（环）。

2.3隧道两侧边墙起拱线纵向裂缝处施作4排Φ42×4mm注浆小导管，长度4m。

2.4加固完成后，根据现场监控量测数据分析变形段趋于稳定，然后对已侵入二次衬砌的段落全部或部分拆除或扩挖，并采取了换拱处理。

2.5加大预留变形量，为防止喷层变形和侵入二次衬砌的净空，预留变形量由原设计SVC20cm调整为40cm。

2.6对变形段二次衬砌的钢筋由原设计主筋Φ22间距25cm调整为主筋Φ25、间距20cm。

2.7及时施作仰拱及二衬在变形还未稳定之前施作二次衬砌，让二次衬砌也承受部分荷载。

2.8调整初期支护参数，将原设计I20a型钢纵向间距由75cm调整为50cm，初期支护的系统锚杆调整为拱部采用4m长Φ22早强水泥药卷锚杆，拱腰及边墙部采用6m长D25中空注浆锚杆。

3、整治后的效果

经采用上述措施后，大变形得到整治，变形趋于稳定，已开裂或混凝土薄落地段未发现有新的变化，监控量测的数据也趋于稳定。后期掘进的段落施工完成后，结构完好；未出现任何开裂现象，即钢拱架扭曲现象。

4、隧道软岩变形原因

4.1围岩强度对隧道变形的影响

该隧道穿过F9断层带构成“挤压构造带”隧道左右线分别穿过了砂砾岩、碎砾石夹泥土杂砂岩、碳质页岩、薄煤层地段，该地段节理发育局部岩体破碎，抗风化能力差。由于各种岩体抗压强度不同，开挖后围岩变形程度差异较大，当围岩压力超过岩体的抗压强度时，岩体发生变形破坏。由于以上软弱围岩的抗压强度较低，开挖后易发生流塑性变形，因此软弱围岩是隧道发生变形的重要因素。

4.2初期支护对隧道变形的影响

碳质页岩、薄煤层地段围岩及其破碎、抗风化能力差，围岩开挖后易风化，开挖面在封闭之后形成了一个松动圈，致使初期支护无法承受松动圈所产生的荷载发生开裂、混凝土剥落、掉皮，钢拱架扭曲变形等现象。

4.3设计预留变形量偏小

设计预留变形量V级SVC围岩为20cm，通过监控量测数据该段隧道拱顶沉降达到47cm，单侧收敛达到60cm，对该段变形量大的区段设计预留变形量偏小。

4.4施工方法对隧道变形的影响

隧道施工方法也是影响变形的重要因素，由于工期紧、现场管理复杂、预防软岩变形的措施力度不强，仰拱施作有时滞后。二次衬砌未及时跟进，上、下台阶法施工时上下台阶距离偏大等都是直接影响软弱围岩变形的因素。

5、软弱围岩隧道大变形防治技术措施探讨

隧道施工采用新奥法，将“先柔后刚”“以柔克刚”的理念应用于隧道施工中，“以柔克刚”是开挖后先设置柔性支护，允许地层有一定程度的变形，以此释放地应力后再设置刚性支护。

5.1措施得当、控制变形

通过长锚杆、水泥药卷Φ42注浆小导管加固围岩、增加预留变形量和调整初期支护参数等措施控制大变形。

长锚杆是主动控制软岩大变形的重要手段，隧道碳质页岩地段系统锚杆拱部采用4m长Φ22早强水泥药卷锚杆；拱腰及边墙采用6m长D25中空注浆锚杆；将原设计的钢拱架纵向间距由75cm调整为50cm。

5.2“先柔后刚”、“以柔克刚”

先柔后刚是指先施作柔性初期支护体系，再施作刚性二次衬砌。允许二衬承受适当的围岩荷载。以柔克刚是指主要以锚喷网钢筋砼。长锚杆和型钢钢架等组合的柔性支护结构和围岩共同作用。承受围绝大部分威严压力和变形。