全風化千枚巖圍巖

1、1 1 引言引言 近年來，隨著國家對交通基礎建設投入不斷加大，各地近年來，隨著國家對交通基礎建設投入不斷加大，各地建設項目陸續(xù)展開，施工單位在建設實踐過程中積累了很多建設項目陸續(xù)展開，施工單位在建設實踐過程中積累了很多經驗，在常規(guī)地質條件下，雙向六車道雙連拱隧道施工技術經驗，在常規(guī)地質條件下，雙向六車道雙連拱隧道施工技術日益成熟，而對于處在全風化千枚巖、滑坡體上、地表水豐日益成熟，而對于處在全風化千枚巖、滑坡體上、地表水豐富等特殊地質、水文條件下的雙連拱隧道，若按照常規(guī)方法富等特殊地質、水文條件下的雙連拱隧道，若按照常規(guī)方法施工，工序復雜并且施工安全風險極大，嚴重影響工期和成施工，工序復雜并且

2、施工安全風險極大，嚴重影響工期和成本控制，因此完善特殊地質條件下雙連拱隧道的施工工藝，本控制，因此完善特殊地質條件下雙連拱隧道的施工工藝，對縮短工期、節(jié)約建設投資和確保隧道施工安全具有非常重對縮短工期、節(jié)約建設投資和確保隧道施工安全具有非常重要的實際意義。本文借助西北地區(qū)市政隧道的施工作為平臺要的實際意義。本文借助西北地區(qū)市政隧道的施工作為平臺，對全風化千枚巖隧道變形控制技術作簡要介紹。，對全風化千枚巖隧道變形控制技術作簡要介紹。2 2 工程概況工程概況 香溪洞隧道是安康市環(huán)城主干道控制性工程。該隧道屬雙向六車道雙連拱隧道，全長190米，最大埋深28m，開挖高度9.818m，寬度達33.834

3、m，隧道圍巖為級全風化千枚巖圍巖，隧道襯砌結構設計采用“新奧法”復合式襯砌。中墻采用曲中墻形式。 隧址區(qū)屬于低谷丘陵地帶，該隧道構成場地的地層由下志留統(tǒng)的千枚巖組成，全風化千枚巖呈灰黃色、極破碎、呈土狀、性軟、無自穩(wěn)能力、物理力學性能差，用手可輕易捏成碎沫，沖擊可鉆進，鎬鍬能直接開挖，風化節(jié)理裂隙十分發(fā)育。 施工揭示圍巖均為全風化千枚巖，無自穩(wěn)能力，強度受含水量影響變化大。隧道地質地形條件十分復雜：跨度大、埋深淺、偏壓嚴重，且隧道位于滑坡體上。3 3 變形情況變形情況中導洞開挖后收斂變形非常大，圍巖初期支護后在開始觀測的30天內沒有出現(xiàn)穩(wěn)定跡象，收斂和沉降累計值均達到30cm以上，導致施工難度

4、和安全風險很大。正洞開挖時，由于變形過大，很容易就侵入了設計凈空，經觀測正洞10天累計值最大沉降達到435.26mm，收斂值達到466mm。洞身開挖支護后，當天即達到5cm左右，15天內的變形量很大，變形速率較穩(wěn)定，隨著時間的推移，變形速率會相應減小，但累計變形值越來越大，無穩(wěn)定跡象，開挖預留變形量為50cm。根據施工情況來看,一般來說15天內不進行二次襯砌施工，初期支護即有侵入設計凈空的風險，累計變形量非常大。因山體滑移的推擠作用，靠山側的左側壁導坑開挖后，立即在拱腰和拱腳位置采用I20a縱向按50cm間距進行橫向臨時支撐，按原設計進行支護時，強大的壓力會造成橫向支撐全部壓彎，初期支護噴射混

5、凝土會出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，以及拱架與噴射混凝土產生開裂，甚至出現(xiàn)分離現(xiàn)象，特別是在陰雨天尤為嚴重。中導洞斷面調整前后中導洞變形后上下兩排臨時支撐，下排已壓彎相應的變形量對比4 4 全風化千枚巖的特性分析全風化千枚巖的特性分析 全風化千枚巖按堅硬程度劃分屬極軟巖，巖體基本質量等級為V級，具細粒鱗片變晶結構，千枚狀構造，上部為灰黃色，下部為青灰色，性軟，用手捏極易成碎末。含水量大時呈團塊狀，含水量少時為鱗片狀，失水后變成粉末狀，片理極其發(fā)育，層厚0.012mm，巖體完整性指數(shù)=0.14，巖體屬極破碎，片理面手感光滑，有絲絹光澤。千枚巖屬副變質巖，主要由沉積巖中的頁巖經區(qū)域變質作用形成，主要礦物成分是絹云

6、母、石英、綠泥石等，基本已全部重結晶，軟弱礦物成分較多，因而千枚巖硬度小，單軸抗壓強度小于1MPa，膨脹率13%以上，圍巖暴露后風化非常迅速。擠壓緊密的炭質千枚巖層具有弱透水性。開挖后呈碎石、角礫狀，掌子面無明顯滲水，但開挖后有滲漏水、滴狀及面狀淋濕，拱部有掉塊、坍塌現(xiàn)象。圍巖整體穩(wěn)定性較差。 4 4 全風化千枚巖的特性分析全風化千枚巖的特性分析 綜上所述，全風化千枚巖有三大工程特性：抗壓強度低，屬極軟巖，巖體破碎，力學性能極差，很容易失穩(wěn)，易發(fā)生滑移；節(jié)理裂隙發(fā)育，易風化，遇水泥化，多沿裂隙面形成泥化夾層，有膨脹性，失水成粉末狀，喪失強度，整體性差；弱透水性。有臨空面即易失穩(wěn)和滑移有臨空面即

7、易失穩(wěn)和滑移極軟，風鎬即可開挖極軟，風鎬即可開挖圍巖整體性差易造成掉塊圍巖整體性差易造成掉塊易風化，失水成粉末易風化，失水成粉末1）全風化千枚巖圍巖整體性差，無自穩(wěn)能力，開挖后，風化迅速，松動區(qū)迅速擴大，塑性區(qū)很大，對圍巖原有結構的破壞很大，喪失原有強度和承載力，隧道周邊巖體失去原有支撐，徑向應力降低，圍巖向洞內位移，產生相互擠壓，切向應力升高，局部可能會產生拉應力，圍巖應力狀態(tài)會迅速惡化，對支護形成很大壓力，在很短的時間內即出現(xiàn)大變形，若不采取有效措施加以抑制，則造成圍巖松弛卸載，極易產生坍塌掉塊。由于塑性區(qū)擴展迅速，應力快速釋放，非常容易造成應力集中破壞支護承力結構，造成支護變形、開裂、直

8、至破壞，危害性非常大。開挖后塑性區(qū)發(fā)展快、范圍大，無法達到新奧法施工所倡導的充分發(fā)揮圍巖的自承能力。5 5 變形原因分析、變形特征及規(guī)律變形原因分析、變形特征及規(guī)律5.1 5.1 變形原因分析變形原因分析2）全風化千枚巖遇水即泥化，喪失自穩(wěn)能力，地表降水后滑坡體蠕動加劇，加之遇水圍巖自穩(wěn)能力變差，初期支護變形會迅速加劇。據國外資料介紹，當覆蓋層厚度與隧道內徑比小于0.6時，地表可能會隨著隧道拱頂一起下沉，產生急劇的較大的變形量。3）處在滑坡體上也是發(fā)生大變形的主要影響因素，由于隧道走向設計為沿山體坡腳平行于山脊走向，且全風化千枚巖一旦有臨空面即風化和蠕變迅速，開挖坡腳引起蠕變造成本是傾倒體的山

9、坡滑坡復活。 5.1 5.1 變形原因分析變形原因分析5 5 變形原因分析、變形特征及規(guī)律變形原因分析、變形特征及規(guī)律5.2 5.2 變形特征及規(guī)律變形特征及規(guī)律5 5 變形原因分析、變形特征及規(guī)律變形原因分析、變形特征及規(guī)律6 6 控制變形的措施控制變形的措施針對出現(xiàn)大變形的情況和變形發(fā)展的規(guī)律，我們在原設計的基礎上采取了一系列措施，通過減小圍巖壓力、增強圍巖自穩(wěn)和承載能力、優(yōu)化開挖方案、提高初期支護強度等手段來成功的控制住了圍巖的有害變形，確保了施工安全和工期，總之，控制隧道收斂應以“新奧法”基本原理為依據，隧道施工過程中，應遵循“少擾動、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”的施工原則，具體措

10、施有：（1）少擾動（2）短進尺（3）強支護（4）快封閉（5）勤量測（6）抗偏壓6.1 6.1 控制隧道收斂的施工措施控制隧道收斂的施工措施（1）少擾動開挖過程中，應盡量減少對圍巖的擾動，縮小松動圈和塑性區(qū)，降低地應力作用影響，達到充分保護圍巖結構發(fā)揮圍巖自承能力的目的。從開挖方法選取上，為安全起見，減小掌子面的臨空面，我們采用環(huán)形開挖預留核心土的方法開挖，有利于掌子面圍巖穩(wěn)定，防止因暴露時間過長，出現(xiàn)失穩(wěn)。因圍巖是全風化容易開挖，全部使用人工掏槽，初期支護完成后，核心土才降為臺階，臺階高度控制在能為下一循環(huán)開挖留夠施做空間即可，初期支護應立即施作緊跟掌子面，控制圍巖因卸載產生的位移變形，提高施

11、工效率。開挖時同一循環(huán)內減少開挖次數(shù)：側壁導坑采取兩臺階法開挖，正洞采用三臺階法施工，根據現(xiàn)場驗證，臺階長度控制在3m左右比較合適，能夠保證核心土體穩(wěn)定，這樣既可以保證初期支護閉合成環(huán)時間最短又能確保掌子面核心土體穩(wěn)定，確保了安全，簡化了施工工序，避免了 “微臺階法”的多步序開挖，初期支護最快時間封閉成環(huán)，增強圍巖的整體性，約束圍巖產生有害變形和局部破壞，使初期支護和圍巖成為一個強力的承重整體，發(fā)揮最佳的支護效能。6.1 6.1 控制隧道收斂的施工措施控制隧道收斂的施工措施 分臺階環(huán)形開挖分臺階環(huán)形開挖臨時橫向支撐臨時橫向支撐預留核心土預留核心土 穩(wěn)固掌子面穩(wěn)固掌子面圍巖，有效控制收斂圍巖，有

12、效控制收斂核心土上的豎向臨核心土上的豎向臨時支撐時支撐環(huán)形開挖預留核心土環(huán)形開挖預留核心土（2）短進尺控制圍巖變形重要手段之一，就是控制支護結構封閉成環(huán)的時間，避免圍巖長時間暴露和失穩(wěn)。施工過程中通過控制臺階長度和二次襯砌至掌子面距離來實現(xiàn)。從開挖進尺控制上，每次只開挖0.7m即兩榀拱架的間距，減小了每循環(huán)進尺，縮短工序轉換時間，從而縮短圍巖暴露時間。6.1 6.1 控制隧道收斂的施工措施控制隧道收斂的施工措施控制二襯距離掌子面距離控制二襯距離掌子面距離未拆除的中導洞未拆除的中導洞已施工的二襯已施工的二襯縮短循環(huán)進尺至每循環(huán)進尺0.5米二次襯砌最小縮短至3米每循環(huán)，以達到緊跟掌子面的目的（3）

13、強支護增設臨時橫支撐和豎支撐提高鋼拱架型鋼規(guī)格，縮短每循環(huán)支護間距，采用雙層、雙排支護加密連接鋼筋或拱架內外雙層連接使用長錨桿鋼纖維混凝土和雙層鋼筋網超前小導管或大管棚進行注漿預加固臨時仰拱或臨時橫、豎支撐，對初期支護進行加強初期支護完成后，可對周邊圍巖進行注漿加固，填充支護與圍巖之間和圍巖松弛產生的空隙，提高整體承重能力。該隧道正洞淺埋段初期支護加強后，收斂和沉降由原來的最大值達到50cm以上，到控制在20cm以內即基本穩(wěn)定6.1 6.1 控制隧道收斂的施工措施控制隧道收斂的施工措施雙層超前小導管進行強支護雙層超前小導管進行強支護 臨時橫撐進行強支護臨時橫撐進行強支護上下兩層小導管6.1 6

14、.1 控制隧道收斂的施工措施控制隧道收斂的施工措施項目項目原設計斷面支護參數(shù)原設計斷面支護參數(shù)加強支護參數(shù)加強支護參數(shù)鋼拱永久支護采用I22b型工字鋼，臨時支護采用I20a型工字鋼，鋼拱間距=75cm。永久支護采用I22b型工字鋼，臨時支護采用I22a型工字鋼，鋼拱間距=50cm。C25噴射砼永久支護砼厚28cm，臨時支護砼厚15cm。永久支護砼厚28cm，臨時支護砼厚26cm。82020鋼筋網片單層鋼筋網片。雙層鋼筋網片。鎖腳錨桿每榀鋼拱每側施作兩根鎖腳錨桿,單根長300cm。每榀鋼拱每側施作兩根鎖腳小導管，單根長500cm。22砂漿錨桿拱部永久支護拱部錨桿間距100cm50cm，單根長46

15、0cm，伸入拱架內緣60cm,呈梅花型布置。拱部永久支護拱部錨桿間距100cm50cm，單根長460cm，伸入拱架內緣60cm,呈梅花型布置。20連接鋼筋間距150cm。間距150cm。505徑向小導管無每榀鋼拱增加注漿型徑向小導管，環(huán)向間距為150cm，單根長500cm，梅花型布置。505超前小導管無增加注漿小導管，每250cm施作一環(huán)，單根長500cm，環(huán)向間距30cm。支護加強前后支護加強前后級圍巖段支護參數(shù)對比表級圍巖段支護參數(shù)對比表（4）快封閉開挖輪廓面：初噴能確保3小時內掌子面和周邊圍巖不會失穩(wěn)和風化掉塊，為初支施工爭取時間（失水收縮變形，圍巖掉塊或坍塌）鋼拱架：緊貼圍巖(控制圍巖

16、變形，防止圍巖卸載和松弛)“快封閉”：初支完成要快，仰拱緊跟，必要時增加臨時仰拱，快速閉合成環(huán)（5）勤量測量測是指導隧道施工的關鍵，特別是大變形隧道，根據量測情況，才能更真實的摸索出圍巖特性和變形規(guī)律，才能有針對性的指導初支和二襯施工，確定具體可行的施工方案。陰雨天和支護初期及變形異常時應該加大頻率，配備專門的量測小組，量測數(shù)據及時群發(fā)至各級管理人員的手機上，發(fā)揮聯(lián)動作用6.1 6.1 控制隧道收斂的施工措施控制隧道收斂的施工措施（6）抗偏壓（偏壓嚴重造成圍巖應力收斂明顯增大）在隧道右側即山體坡腳一側進行反壓回填，在隧道進口洞門左右兩側設置抗滑擋墻，洞門墻也按抗滑擋墻設計。反壓回填材料采用碎石

17、土等力學性能較好的材料，壓實度不低于90%，回填后坡比在1：4.5至1：5之間。對隧道周邊圍巖進行注漿加固處理，注漿范圍：漿液向下擴散至隧道底部以下2m，向隧道正洞左右兩側擴散10m，鉆孔孔距為2x2m，梅花形布置，注漿壓力2Mpa，以提高不良圍巖的穩(wěn)定性和斷裂帶的抗滑能力。在偏壓側，還可考慮增設或加密超前大管棚。施工中力求中隔墻頂部回填密實，對中隔墻上部圍巖進行重點注漿加固處理，以提高隧道支護結構的抗力作用。中隔墻澆注時，頂部應預埋注漿管，中隔墻施工完畢后，對頂部與巖體交界處進行注漿填塞密實，防止頂部圍巖脫空。6.1 6.1 控制隧道收斂的施工措施控制隧道收斂的施工措施 隧道地表防排水處理，

18、做好坡面排水工作，重點放在山體裂縫和斷裂帶附近，防止地表水通過該薄弱部位滲入地下，進入隧道，達到穩(wěn)定山體圍巖和隧道支護結構安全的目的。 根據有關文獻，施工工序不管如何調整，中隔墻都要受到偏壓荷載的作用，向埋深較淺的一側傾斜，同時，研究表明，先開挖埋深較深一側時，中隔墻受力和傾斜較小，優(yōu)于采用先開挖埋深較淺一側的施工順序。在實際施工過程中，我們先開挖了埋深較深的左洞，后開挖了埋深較淺的右洞，左右洞施工間距應達到23倍的洞徑以上才能在施工過程中不互相影響，更有利于隧道的整體結構穩(wěn)定。除此之外，在正洞施工時，在隧道相互影響較大的23倍洞徑范圍內，對中隔墻左右兩側均采用20cm直徑原木和工20的工字鋼

19、以1米為間距進行了上中下三層橫向支撐，并在埋深較淺一側進行了加密支撐。 在中隔墻頂部和底部設置豎向抗傾覆錨桿，底部采用22早強砂漿錨桿L=4m，頂部L=5m，=100 x75，錨桿均埋入中隔墻60cm，以提高中隔墻與上下巖體交界處的抗剪能力，保證中隔墻在圍巖多次擾動應力重分布過程的穩(wěn)定性。6.2 6.2 控制隧道沉降的施工措施控制隧道沉降的施工措施（1）開挖方案、步距、預留變形量。三導洞的施工方法進行施工，開挖后各步序中均能達到快速封閉成環(huán)的目的，緩解了施工過程中的沉降的累積效應，對控制沉降起到至關重要的作用。在正洞開挖時，臺階總長度控制在6m左右，二次襯砌至掌子面距離不超過12m（兩個襯砌循

20、環(huán)）。為了保證掌子面圍巖穩(wěn)定性、防止沉降過大而坍塌和向外涌土，采用微臺階法反壓掌子面，上臺階預留核心土，對核心土注漿加固和噴錨封閉，還增加豎向臨時支撐。在充分考慮圍巖變形速率，結合實際施工循環(huán)時間的基礎上，將預留變形量在2550cm之間適時進行調整，防止因沉降過大而侵入設計凈空造成返工等不良后果。6.2 6.2 控制隧道沉降的施工措施控制隧道沉降的施工措施（2）臨時仰拱、臨時支撐及時施作仰拱和施工過程中增設臨時仰拱。側壁導洞超前于正洞施工，側壁導坑開挖范圍內的仰拱和正洞邊墻基礎也要緊跟側壁導坑開挖掌子面施工。若側壁導坑沉降和收斂變形過大，還應考慮在側壁導坑上下臺階法開挖時，增加臨時仰拱和橫向支撐，抑制隧道變形。仰拱施工時，拱底松碴應注意清理干凈，由于側壁導坑施工空間狹小且橫撐較多，施工困難，這項工作往往做不到位,但從抑制隧道沉降變形來講不容忽視。6.2 6.2 控制隧道沉降的施工措施控制隧道沉降的施工措施（3）穩(wěn)固基礎。確保拱腳穩(wěn)固，拱腳處加混凝土預制塊墊腳，用噴射混凝土噴實封死，保證拱腳坐實，同時加打鎖腳、鎖腰小導管，限制拱架位移。分部開挖時，上部開挖后也要墊設臨時墊塊，同時施工鎖腰錨桿起到臨時鎖腳作用。提高隧底承載能力。拱底注漿加固，加打豎向錨桿，采用22早強砂漿錨桿，錨頭埋入仰拱內并與拱架焊接牢固，改善軟弱基底承載能力從而提高隧道底部支撐能力。6.36.3隧道變形控制的原