玄真观隧道高地应力变形控制施工技术

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1、玄真观隧道高地应力变形控制施工技术　　摘要：兰渝铁路玄真观隧道施工中受到高地应力影响，造成初期支护喷射砼开裂掉块、钢架扭曲变形、仰拱填充砼隆起等破坏现象。该隧道区域原岩应力较大且以水平构造应力为主，施工过程中通过超前地质预报与监控量测工作、超短台阶开挖、减少对围岩的施工扰动、合理预留变形量、让应力充分释放、加强支护、提高仰拱衬砌刚度等措施，有效控制了围岩大变形。本文主要介绍了玄真观隧道高地应力变形原因分析与控制施工技术，并对高地应力引起大变形施工技术进行探索与实践，确保了工程顺利推进。　　关键字：隧道工程；高地应力；软岩；大变形；控制措施　　1、引言

2、　　目前我国铁路飞速发展，隧道比例大且铁路标准不断提高，穿越高地应力等各种复杂地质情况的长大隧道工程越来越多。隧道施工中会发生大变形，导至支护系统开裂、发生塌方、结构破坏等情况，严重影响施工进度与安全，增加施工成本。玄真观隧道斜井工区进入正洞施工以来，受高地应力影响，多处围岩和初期支护喷射砼片状错裂、崩块掉落、钢架扭曲、仰拱填充砼隆起等破坏现象，严重影响施工。施工中对地应力变形原因进行了深入分析，结合现场实际地质情况制定有效控制变形的技术措施，通过现场施工实践对控制地应力变形的难题得出了一些结论，可为同类隧道工程设计与施工控制提供理论依据，并有待继续

3、研究和完善。　　2、工程概况　　兰渝铁路玄真观双线隧道全长7447m，为高瓦斯隧道。位于构造侵蚀低山区，单面山跌岭山貌；洞身地形起伏较大，坡面覆盖2～8m坡崩积粉质粘土；地面坡度15°～35°，局部呈陡崖状，地面标高570m～975m，相对高差405m。隧道区覆盖层主要为第四系全新统坡洪积层、残破积层、崩坡积层，下覆基岩为白垩系剑阁组、剑门关组砂岩、泥岩，呈中厚层状。　　从2011年9月开始，玄真观隧道DK626+180（顺线路大里方向）开始出现掌子面及上台阶围岩开裂、初期支护喷射砼开裂崩块掉落、型钢扭曲变形、仰拱填充砼隆起等破坏现象。在临近的仲家山

4、、四方山、肖家梁隧道施工时同样存在该现象，严重影响兰渝铁路隧道施工。经过玄真观隧道现场地质补勘和地应力测试，该隧道地应力最大主应力为11.9～18.9MPa，方位角为81～199°，最大主应力与水平面夹角（仰角）为13°～26°，与隧道轴线夹角40°～90°。从地应力绝对值看，地应力偏高，相对于岩石单轴抗压强度岩体处在极高地应力状态。　　3、原设计及施工出现的问题　　3.1、原设计情况。　　玄真观隧道DK626+180～DK627+230段原设计为Ⅲ级围岩，泥岩夹砂岩，岩层平缓。设计采用Ⅲ级加强一般锚段复合衬砌，拱部设Φ22mm超前砂浆锚杆支护（长度

5、3.5m）及系统Φ22mm砂浆锚杆，拱部设三肢格栅2m/榀，拱部挂网喷射砼厚23cm，边墙喷射素砼厚7cm。仰拱C30砼厚度45cm，仰拱填充C20砼，拱墙C30砼厚40cm（下锚段采用C35钢筋混凝土）。　　3.2、施工中出现的问题。　　DK626+180～DK626+846段施工中，喷射砼后约24h开裂，1-2d三肢格栅开始变形，2d后钢格栅扭曲变形，大多呈麻花状，初支砼开裂掉块。仰拱填充隆起1-445mm，中心水沟挤压严重，局部位置中心水沟侧壁开裂。经量测数据分析：开挖后8d内围岩收敛速率较大，最大水平收敛速率达191mm/d，最大拱顶下沉速率

6、达103mm/d；最大水平累计收敛值为673mm，最大拱顶累计下沉值为462mm。在临近的仲家山、四方山、肖家梁隧道同样存在上台阶初期支护开裂、仰供填充上翘现象，严重困扰施工安全。结构破坏图片如下：　　4、隧道变形原因分析　　玄真观隧道围岩变形严重影响施工进度、危及施工安全，个别地段导致了二衬结构破坏。虽多次采取加强初支措施，但未能有效阻止玄真观隧道强烈变形与严重破坏，甚至愈演愈烈。其根本原因是对围岩变形破坏机制的认识不够、原因分析不彻底、针对性控制变形措施不强，必须认真分析变形破坏根本原因，正确制定各项措施指导开挖、支护和返修等工作，方可保证工程顺

7、利推进。　　4.1、高地应力、软岩是变形的内因。　　（1）地应力特征：玄真观隧道位于“5.12汶川地震”严重影响区，地处龙门山支褶皱带东部，四川中坳陷斜燕山褶皱带中之川北凹斜东部，侏罗系、白垩系地层广泛分布，形成缓而开阔的背向斜，成孤立的鼻状弯穹构造。隧道于DK627+220穿越梓潼向斜核部，向斜走向N20°W，为宽缓向斜；向斜核部宽2～3Km，北东翼岩层产状N15～80°E/2～7°S，南西翼产状近E-W/2～8°N，最大埋深405m，褶皱核部的残余构造应力长期积累，岩体中存储了较高的应力。从DK626+840现场实测原岩地应力值较高，最大主应力值

8、达18.9MPa，实测最大主应力从绝对值上反映了隧道区测量段具有较高的地应力。最大主应力以近水平为主，最大主