浅谈隧道软岩变形防治措施的实际应用

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1、浅谈隧道软岩变形防治措施的实际应用摘要：葫芦口水电站引水隧道地质情况复杂，围岩软弱富水，埋深大，位于高地应力区域。隧道在开挖过程中初期支护出现较大变形。根据隧道现场实际情况综合其分析成因，针对成因寻求解决方案，从优化设计和施工两方面对变形进行防治，实际运用后取得了良好效果。关键词：隧道；富水软岩；变形；优化设计；加强支护引言：研究隧道开挖后围岩能否稳定，中国矿业大学董方庭教授提出了松动圈理论，主要观点是：围岩松动圈的范围越大，围岩的收敛变形就越大，支护难度也越大。支护目的在于防止围岩松动圈发展过程中的有害变形。以软岩工程地质特性和软岩变形力学机制为切入点，从软岩支护理论、设计研究、技术研

2、究进行分析探讨。通过围岩监控量测来检验优化设计后施工技术措施的实际效果。1工程简介葫芦口水电站位于云南省德宏州梁河县境内，承压式引水隧道是该水电站的控制性工程，全长2213米。其中K1+220~K1+325段设计为高地应力软岩变形地段。最大埋深575米，开挖洞径7.5米。该隧道地质复杂，围岩软弱、破碎、富水。断层普遍发育，且与隧道洞轴线平行走向。岩体多为强风化松散泥质砂岩和硬化粘土，软弱围岩在地下水的作用下，很容易发生大变形和大坍方。2出现大变形地段的原设计施工措施和实际施工情况2.1原设计初期支护施工措施原设计开挖断面为直径7.5米的圆形，开挖采用两台阶法，隧道贯通后进行铺底。开挖断面

3、预留沉降量20厘米。预支护采用措施是在掌子面开挖线外侧打设3米长超前小导管，间距0.5米，在以拱顶为中心的120度开挖线范围布置，控制外插角15度以内。初期支护采用18号工字钢架，间距1.2米，在钢架两侧拱脚各布置长度3米的φ20锁脚锚杆一对，每个断面两台阶共四对。钢架间采用φ20钢筋满焊连接，间距0.5米。钢筋网片采用8钢筋，间距15*15厘米。喷射混凝土采用C20混凝土，厚度22厘米。洞身布置长3米的φ20径向锚杆，间距1.5米，梅花形布置。62.2实际施工情况2008年6月，隧道施工到K1+215就开始进入强风化松散型泥质砂岩和硬化粘土地段。泥质砂岩松散破碎，主要分布在右侧拱腰及拱

4、顶；硬化粘土位于左侧拱腰和底部，外观呈灰黑色，有光泽，无水时有一定强度，遇水快速软化，失去强度。掌子面有大量渗水，部分区域出现有压力涌水。开挖过程中，遇到拱顶有集中出水点，在掌子面前方很快形成空腔，不及时采取措施就会出现塌方。已经完成的初期支护，由于软弱围岩加地下水的双重压力，支护断面也很快出现很大的收敛。日均收敛值接近5厘米。K0+215~K0+236段平均收敛值达到65厘米，最大的水平收敛出现在K0+230左侧拱腰及拱脚处，达到120厘米；最大拱顶下沉出现在K0+218处，达到82厘米。喷射混凝土严重开裂掉块，部分段落甚至有围岩破碎块下漏。钢架和连接钢筋全部扭曲变形，锁脚锚杆也连带被

5、扭曲的钢架拔出。初期支护侵入二衬净空。由于该段长度有21米，围岩破碎。拱顶上堆积松动岩体高度估计也很高，出水量很大。监控量测发现初期支护变形仍在继续，且变形速率很高。如果出现大塌方，将很难处理，费时费力。为了避免发生坍方，紧急在该段抢立护拱，间距50厘米，连接钢筋采用φ22钢筋，间距20厘米。经过两天的抢险，共立护拱55榀，初期支护的变形得到有效控制。虽然初期支护变形控制住了，但是仍然严重侵入二衬净空，有些地段已经没有二衬的位置，只有进行扩挖换拱，如何进行换拱以及恢复开挖后如何防治大变形问题亟待解决。3软弱围岩发生大变形的原因分析3.1高地应力的影响如果隧道处于大埋深地段而且围岩软弱，就

6、处于高地应力区域。高地应力对隧道的变形影响最大，是首要因素。该隧道处于破碎砂岩和硬化粘土组成的挤压断层构造带上。3.2地下水的影响地下水的存在对软弱围岩进一步起到弱化作用，导致岩体强度降低，空隙率加大。地下水对岩体产生静力与动力两方面的作用。如果隧道局部存在囊状地下水，施工中出现压力涌水，尤其是开挖过程中拱顶出现较大涌水，极易形成坍方。3.3围岩强度的影响6由于泥质砂岩和硬化粘土的岩体强度比较低，围岩的压力超过岩体的抗压强度，岩体就会产生变形破坏。3.4设计和施工的影响原设计没有考虑到在埋深500米的地层中还有如此软弱的围岩。地层加固措施不强，造成围岩变形加剧。超前预支护不满足要求，掌子

7、面拱顶出现围岩破碎松散体在涌水冲击下，从超前小导管之间的空隙中向外滑落。拱顶一旦形成较大塌腔后就会马上出现大塌方。初期支护强度和刚度不够，从监控量测数据和现场变形情况就可以看出初期支护的强度不足以抵抗围岩压力。降低围岩压力的主要措施就是径向锚杆，但径向锚杆长度要达到围岩松动圈范围的1.5倍。采用WSD-Ⅰ型岩土工程质量检测仪钻孔声波测试，经SSSN声波系统处理，可知泥质砂岩松动圈范围为2.5到3.5米；硬化粘土的松动圈范围为2到2.