木寨岭隧道7#斜井大变形试验分析

摘要：以实际隧道为研究对象，兰渝铁路木寨岭隧道,穿越地质为碳质板岩和碳质页岩,存在高地应力,施工中出现较大收敛变形, 将地层高地应力提前可控制性释放，使正洞开挖时处于可接受的相对低应力状态，减少正洞支护刚度，达到正洞钢架不拆换、不套拱，确保兰渝铁路高地应力隧道安全快速施工，合理造价，建立高地应力隧道修建技术体系。

关键词: 隧道;斜井;碳质板岩;高地应力;大变形.

Mu zhai ling tunnel 7# slant hole war ditch slant hole big deformation testing analysis（保留英文摘要）

Author :qin chun long

(1.Unit of work : Beijing iron becomes the construction overseeing Limited liability company(Chengdu Subsidiary company), Chengdu 610015;2. Chongqing Communications school, Chongqing40039)

Abstract :Take the actual tunnel as the object of study, the blue Chongqing railroad wooden stronghold range tunnel, the traversing geology for the carbonaceous slate and the carbonaceous shale, has the high crustal stress, in the construction presents big restraining to distort, the stratum high crustal stress the controllability release, causes opens wide digs when to be at the acceptable relatively low stress condition ahead of time, reduces the hole supports and protections rigidity, achieves the hole steel frame not to open trades, does not wrap the arch, guaranteed that the blue Chongqing railroad high crustal stress tunnel safe high-geared operation, the reasonable construction cost, establishes the high crustal stress tunnel construction technology system.

Key word :

Tunnel; Slant hole; Carbonaceous slate; High crustal stress; Big distortion

0 引言

工程试验项目和目的

通过在隧道正洞断面内设置超前小导洞，超前导洞设计：超前洞室长度暂定为40m，开挖尺寸4.5m×4.5m（直墙拱形断面）,现场测试内容：超前洞室主要监测周边位移和岩移，洞除周边位移和岩移外，增加塑性区范围、锚杆轴力、初期支护和二次衬砌受力等项目的监测。同时，开展地质物理力学参数测试;将地层高地应力提前可控制性释放，正洞开挖时处于可接受的相对低应力状态，减少正洞支护刚度，达到正洞钢架不拆换、不套拱，确保兰渝铁路高地应力隧道安全快速施工，合理造价，建立高地应力隧道修建技术体系，推广应用。

一、工程地质和支护变形概述

1.木寨岭隧道7#斜井开挖揭示地质情况，斜井掌子面为全断面炭质板岩，薄层状，层厚1～30cm不等，节理发育，围岩破碎，自稳能力差，开挖后易掉块、坍塌；局部有渗水和涌水存在;在空气和水中易分解小块状并随时间进一步分解,该隧道采用矿山法开挖，上、中、下微台阶法施工。隧道支护完成后，通过净空变形监测显示，净空变形很大，局部地段20天内水平最大收敛值累计达到560mm，连续出现5天收敛速率大于15mm的数值，日收敛最大值达12cm，且不断增大,未出现回归迹象;并且两侧边墙出现纵、环向裂缝，缝宽5～30mm，裂缝长1～3米不等，经加固处理后，继续加强监控量测，数据显示加固后断面变形趋缓，但变形速率仍然未出现回归迹象;由于变形太大，隧道边墙局部鼓出严重，初支混凝土大面积开裂，不得不停止施工，加强支护、控制变形;DYK187+876横通道与正洞交叉处出现大面积开裂掉块, 横通道内同样出现开裂,H175钢架挤压出内净空界面20cm―80cm,造成重新更换钢架施工;重庆方向DYK187+960―DYK187+994由于初支累计水平收验值较大,施工单位采用临时仰拱横撑作用,增强结构稳定性,利于控制变形,地质情况下附隧道围岩图片。

09-7-912：40上台阶导坑开挖导坑应力释放,斜03+68～65段拱腰开裂情况

斜00+68～62段右侧边墙发生大变形 正洞DYK187+930―940钢架变形扭曲、砼块脱落

二、监测数据与曲线原因分析

根据斜井小导洞科研数据分析.

拱顶下沉每10m埋设一组测点，净空收敛每5m埋设一组测点，内力量测埋设了两组断面，分别为原施工段斜803.77和小导坑试验段斜778.71。

（1）拱顶下沉量测

斜800处，拱顶下沉为35mm；斜780处，拱顶下沉为29mm。

（2）净空收敛量测

斜800处，净空收敛为195.09mm；斜805处，净空收敛为187.86mm；斜780处，净空收敛为146.82mm。

（3）围岩压力量测

斜803.77处，围岩压力单点最大为1.605Mpa，位于左侧拱腰，其余大都在0.55以内；斜778.71处，围岩压力单点最大为1.778Mpa，位于右侧边墙下部位置，其余大都在0.50以内。

（4）钢支撑应力量测

斜803.77处，型钢最大压应力为右侧拱腰位置，达到83.780Mpa；斜778.71处，型钢最大压应力为右侧拱腰位置，达到122.447Mpa。

三、监测数据分析

导坑开挖时间为09年7月10日8：00开始，于7月11日6：00开挖结束。通过数据对比，导坑试验段拱顶下沉值、净空收敛值比原施工段分别小6mm、40~50mm，拱顶下沉目前都还不稳定。导坑试验段围岩压力单点最大值比原施工段单点最大值大0.173Mpa，其余测点压力大都在0.50Mpa范围以内。

导坑试验段型钢最大压应力比原施工段增大，增值近40Mpa，二者型钢压应力最大值都位于右侧拱腰位置。

通过变形和内力比较分析可看出，导坑试验段的各项监测数值与原施工段基本相差不大，个别测点的测值还大于原施工段的测值，说明导坑试验进行应力释放没有达到预期的效果。

1、单洞施工应力释放效应分析

在现场地应力量测和现场围岩应力、变形量测的基础上，结合现场节理裂隙的调查和室内试验结果，合理确定隧道围岩力学参数。根据围岩屈服、松散发展规律，围岩应力释放与变形规律、围岩与支护及衬砌系统相互作用规律，研究应力释放效果，并根据预留变形量、围岩应力释放与支护抗力规律、支护刚度特性等，确定单洞应力单洞应力释放效应。

2、后行对先行隧道（洞室）应力释放效应分析

两单隧道施工过程中，先行洞围岩由于后行洞施工而出现松弛，增大了作用在支护上的围岩荷载，后行洞也由于先行洞造成的凌空面而产生较大变形，因此两单施工相互影响，施工引起的地层应力释放、洞周收敛、地层变形具有它本身的特点。本部分根据地应力量测和现场围岩应力、变形量测的基础上，建立隧道围岩与支护共同作用数值分析模型，研究高地应力和大变形条件下隧道施工所产生的应力效应，研究先后性隧道所引起的围岩的应力和变形特点，讨论围岩的稳定性，特别是先行隧道施工对地层应力释放效应，并提出相应的应力释放的效果基准。

3、超前小导洞应力释放效应分析

根据隧道埋深、原始地应力、围岩基本物理力学指标、断面形式、支护参数、施工方法等原始资料，正洞小导洞超前及左侧小导洞等施工方案，本部分在小导洞先行应力释放的条件下，加强对小导洞及正洞的现场测试的基础上，如洞周位移、深层位移、锚杆内力量测等，利用数值模拟手段，研究小导洞对地层应力的影响，并对于其影响程度作出评价。

五、控制变形基本措施

根据大战沟斜井净空收敛纵向曲线图及支护参数总结以下几种措施

1、应力释放措施

(1)超前大钻孔,水平钻孔直径200mm,深15米,孔距50cm,钻孔时间为7天,静止释放时间24小时后开挖.该措施目前没有采用

(2) 超前小导洞,即本次试验项目,施工任务重,时间紧故该试验项目方法没有采用

2、施工工艺控制措施

(1)、加大支护强度,加强型钢拱架,同时缩小拱架间距,根据监控量测结果和隧道地质条件选择,对已施工完成地段出现较大变形情况,可以通过加设套拱钢架注浆加固处理.目前采用措施

(2)优化设计断面形式:将断面形式由直墙式结构调整为有利于变形控制的圆形或近圆结构,加大边墙曲率.

(3)提高支护体系整体受力性能: ①通过锚杆注浆等方式加强支护结构与围岩紧密联系,②钢架之间设双层连接钢筋、双层钢筋网片,③加长锚杆施工,初支后回填注浆处理,目前采用

(4)加强施工过程控制及动态调整

3、建议措施;调整施工工艺.根据监控量测变形量和变形时间,加快仰拱、二次衬砌施工速度,缩短二衬与开挖面的距离,做到围岩开挖、仰拱、二衬匀速施工,减少初支变形的临界空间,可以有效避免隧道突然塌方工人伤亡事故出现,节省成本,建议二衬与开挖面的距离40米范围内, 仰拱与开挖面的距离在30米范围内.

六、结论:根据上述实验数据分析，坚持加大预留变形量和确定适合预留变形量,让围岩适当变形失放应力,减少对支护的挤压变形;坚持“短进尺、少扰动、强支护、早封闭”的原则，通过较强的支护结构控制变形，减少套拱和拆换拱架；对此，现场分别进行了大钻孔、超前导洞应力释放试验、断面优化、I20、H150及H175型钢拱架、深孔锚杆以及早高强喷射混凝土等试验，确定了变形控制基准、加大支护刚度等变形控制办法，变形情况得到了有效控制。但随着隧道埋深的加大以及地下水、断层等地质条件的频繁变化，施工过程中局部仍出现较大变形，结合现场科研及试验，对设计支护措施进行了逐步细化与优化，从而应对地质条件的不断变化，提高变形控制效果。

参考文献:

[1]李国良、朱永全.乌鞘岭隧道高地应力软弱围岩大变形控制技术[J].铁道工程学报,2008(3)：56-61

[2]东.木寨岭隧道高地应力大变形施工技术[J].现代隧道技术,2004(Z3):250-253

[3]王水善.堡镇隧道软岩高地应力底层大变形控制关键技术[J].隧道建设,2009.29(2):227-231

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。