武都西隧道大变形机理和处治技术探究

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1、武都西隧道大变形机理和处治技术探究　　【摘要】武都西隧道为成武高速公路建设中的一个重点和难点项目，隧址区地质条件差，软弱围岩段较多，该隧道在施工过程中产生强烈变形和严重破坏，极大的威胁了施工安全。本文通过理论分析方法研究了其大变形的形成机理，在此基础上提出了相应的防治措施，并结合现场监测结果分析了其处治效果，为类似工程提供了参考依据。【关键词】武都西隧道软弱围岩大变形防治技术随着我国高速公路建设事业的不断发展，长大隧道、深埋隧道越来越多，穿越软弱围岩段的情况也越来越多。在隧道埋深大、围岩软弱地段，其地应力较高，地下水丰富，断层发育，岩体软

2、弱破碎，隧道自稳能力差。在隧道施工过程中，极易产生大变形和严重破坏，主要表现为拱顶沉降、周边收敛、混凝土剥落、钢拱架扭曲、底鼓及仰拱开裂翘起、衬砌开裂等病害，给施工安全带来极大的威胁。因此，针对隧道软弱围岩大变形采用有效合理的处治措施是十分紧迫和必要的。本文结合武都西隧道大变形的工程实例，分析了隧道大变形形成机理及其处治措施，并通过对隧道大变形处治前后现场监测数据的分析，验证了其处治效果，为类似软弱围岩隧道施工大变形的防治提供了参考。1工程概况11武都西隧道为分离式特长隧道，隧道位于成武高速ZK83+810～ZK87+573、YK83+8

3、31～YK87+612处，左线全长3763m，右线全长3781m。隧道净宽10.25m，隧道净高5.0m；采用双向四车道高速公路标准建设，设计速度采用80Km/h。1.1地形地貌隧址区位于剥蚀中山地貌区，地面标高1036～2074m，山体地形较陡，呈中间高两侧低，进口自然坡度约40°，出口自然坡度约50°。进口段位于省道S205右侧上部，与北峪河12号大桥相接，穿越上没水山后以互通型式上跨国道G212、白龙江后与武罐高速相接。1.2地质构造隧址区构造发育主要有大院—殿沟里断层（F5），为志留系内部逆冲断层，志留系上部硅质条带白云质灰岩逆冲

4、在志留系碳质千枚岩之上，属武都山字形构造体系白龙江大断裂次生断裂。倾向北，倾角50～70°，下盘为白龙江群下部千枚岩，岩体破碎，强度低；上盘为中薄层灰岩、千枚岩互层。断层处发育有2处次生断层。1.3地层岩性11隧址区地层由第四系中上更新统黄土、粉质粘土和中-上志留统-白龙江群（S2+3bl）组成。其中中-上志留统-白龙江群的岩性为泥灰岩、千枚岩，千枚岩变质较深，片理及小型褶曲十分发育，表层风化程度高，强度较低，极破碎，属软岩类。泥灰岩为较软岩，岩层产状110°∠60°为主。1.4水文地质特征隧址区地下水主要为孔隙潜水、基岩裂隙水及断层裂隙

5、水，水位、水量受大气降水影响而变化。断层带内岩体破碎，胶结极差，富水性较好，对洞室的稳定性不利。隧道出口左线部分处与F5断层次生断层斜交，断层内岩体破碎，水量丰富，在山体下部冲沟处出露成泉，地下水标高为1037.34m。1.5初支变形开裂情况武都西隧道左线ZK86+837～ZK86+834段于2012年4月25日发现初支顶部变形开裂，此时左线已进入F5断层96m。4月28日，开裂段迅速扩大，喷射混凝土剥落，钢拱架严重扭曲、内鼓侵限，支护结构受到严重破坏。112012年4月15日，右线进入F5断层100m，离掌子面10米位置已施工完成的YK

6、86+865-813段初衬混凝土出现了环向开裂、掉皮现象，最终混凝土脱落、钢拱架扭曲变形。2012年7月21日，右洞YK86+736处由于受左洞掌子面爆破震动扰动，右侧拱腰钢支撑变形，严重内鼓侵限，受隧道围岩皱褶隆挤压力影响。7月24日，在YK86+736处右侧上方出现了2米见方的空洞。8月4日，在对YK86+736处准备进行换拱作业的时候右侧又发生了塌方，塌方量有130～150m3。10月26日，在YK86+672～YK86+659段右侧初衬发生剧烈收敛，YK86+659处拱顶右侧拱架被剪切破坏，发生局部塌方，塌方量约120m3。具体情

7、况如图1，2所示。2大变形形成机理分析围岩的变形破坏机制主要有应力释放与围岩回弹、塑性楔体、流动变形、围岩膨胀、扩容挠曲等。就软岩而言，则主要有围岩流动挤出和围岩膨胀挤出两种观点。围岩流动挤出即隧道开挖引起应力重分布，部分围岩区达到屈服，发生塑性变形，塑性区重分布，最终形成剪切滑移；围岩膨胀挤出即部分软弱围岩含有大量膨胀性矿物，在地下水或地应力的影响下发生膨胀变形。武都西隧道地质条件复杂，埋深大，围岩软弱，多次发生衬砌变形开裂、塌方，严重影响施工进度，威胁施工安全。为此，应深入分析其大变形的形成机理，指导隧道开挖及后期处治。2.1岩性软岩

8、中含有大量的蒙脱石、绿泥岩、高岭石等，在地表水及地下水的影响下，往往产生较大膨胀变形，最大体积增加达到60%。武都西隧道隧址区围岩为泥灰岩、千枚岩，属于膨胀性软弱围岩，且穿过断层带，岩体破碎，