毛羽山隧道高地应力软岩大变形施工控制技术

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1、毛羽山隧道高地应力软岩大变形施工控制技术李廷春（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）摘要兰渝铁路毛羽山隧道出口段穿越薄层状碳质板岩地层，区域原岩应力较大且以水平构造应力为主，隧道开挖过程中出现严重的大变形情况。通过分析，认为高地应力、最大水平主应力与隧道轴线呈大角度相交是大变形的主要因素。隧道施工过程中，通过采取提高支护体系刚度、合理预留变形量，以及采用长锚杆、多重支护和超短台阶法等常规措施控制了围岩变形；基于对围岩动态演化机制的认识，提出了高地应力隧道超前导洞法应力控制释放技术，开展了

2、大型工程试验。阶段性试验成果表明，采用超前导洞有效地降低了正洞施工时的变形速率，对上中台阶影响尤为显著。通过对应力控制释放技术研究的进一步深化，有望探索出安全、高效的高地应力软岩施工新技术。关键词毛羽山隧道薄层碳质板岩高地应力超前导洞应力释放变形控制中图分类号：TU456.3文献标识码：A严重影响区，区域原岩应力较大且以水平构造应力为主，隧道开挖过程中出现严重的大变形情况。本文结合毛羽山隧道出口高地应力软岩大变形工程实例，研究薄层状碳质板岩地层大变形的发展规律及其力学机理，以期在施工过程中探求合理的治

3、理措施，达到有效控制围岩变形以及快速掘进的目标，从而保证工程的顺利开挖施工；同时，进一步深化并丰富软岩隧道大变形研究，为该类隧道工程设计与施工控制提供理论依据。引言1随着我国铁路、公路建设的不断发展，隧道工程已经向长大、深埋方向发展，建设穿越高地应力且地质环境恶劣的软弱围岩区的长大隧道工程已不可避免[1]。例如南昆铁路家竹箐隧道、二郎山公路隧道、木寨岭公路隧道、宜万铁路堡镇隧道、兰新复线乌鞘岭隧道等均存在高地应力软岩大变形。软岩的基本特征是强度低、孔隙率高、容重小、渗水、吸水性好、易风化、易崩解，具有

4、显著的膨胀性和明显的时效特工程概况兰渝铁路毛羽山隧道长8503m，最大埋深约700m。隧道出口段通过的地层主要为三叠系下统2性[2]。在高地应力区修建地下工程，最大的难题就是软岩大变形的控制问题[3]。目前，关于围岩大变形还没有一个明确的和清晰的定义，在理论上缺乏系统研究，在工程实践中，围岩大变形至今亦未列入设计规范。国内外许多专家对高地应力软岩隧道修建技术进行了大量研究，分别从结构断面形状设计、支护措施的设置以及开挖方法等方面提出相应观点与解决办法。然而，地下工程自身具备的特殊性使得没有任何一个理论

5、或治理措施能够应对地质复杂多变的实际情况。新建兰渝铁路毛羽山隧道位于“5.12汶川地震”Sl板岩（T）：薄层板状构造（层厚≤5cm），青灰—灰1黑色，局部夹白色条带，变淤泥质、钙质结构，层间结合力较差，密闭节理裂隙较发育，弱风化，岩质较软，岩体较完整—较破碎，呈层状、块状结构，裂隙水较大。岩层走向基本与隧道平行，倾角70°~90°。隧道区域最大水平主应力近22MPa，围岩强度应力比为=1.41，属于极高地应力状态。孙钧等[4]采用与R/σbh，max修改稿返回日期：2011-03-04作者简介：李廷春

6、（1971-），男，高级工程师，主要从事隧道施工技术管理工作，E-mail：yfone143433@qq.com.第48卷第2期(总第337期)2011年4月出版59Vol.48，No.2，Total.No.337Apr.2011图1K285+178断面（埋深429.59m）拱顶下沉监测曲线Fig.1CurveofcrownsubsidenceatK285+178section(withoverburdenof429.59m)图2K285+168断面（埋深435.11m）水平收敛监测曲线Fig.2Cu

7、rveofmeasuredhorizontalconvergencesatK285+168sectioin(withoverburdenof435.11m)图3隧道不同断面变形曲线Fig.3Curvesofdeformationsofdifferenttunnelcross-sections现代隧道技术MODERNTUNNELLINGTECHNOLOGY毛羽山隧道高地应力软岩大变形施工控制技术《工程岩体分级标准》基本一致的强度应力比Rb/σh，max，即挤压潜能系数，预测高地应力软岩挤压程度，据此初步

8、判断毛羽山隧道出口段围岩为极高应力下的严重—中度挤压性岩体。隧道采用三台阶弧形导洞预留核心土法开挖，初期支护钢架采用I22b型钢（1榀/0.5m）。支护后围岩变形较大，变形速率较快，拱顶沉降达540mm，收敛最大达1200mm，变形速率最高为140mm/d。隧道大变形造成初期支护混凝土开裂、剥落，钢拱架发生严重扭曲、断裂，需要大面积换拱，造成重大经济损失并严重困扰施工安全。面最大收敛速率可达116mm/d（图2）。DK285+188断面量测结果显示，上台