隧道围岩大变形机理及处治技术研究.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date隧道围岩大变形机理及处治技术研究隧道围岩大变形机理及处治技术研究隧道围岩大变形机理及处治技术研究 【摘要】本文结合工程实例，对公路隧道围岩产生大变形的原因进行分析，并提出合理的处治措施。 【关键词】隧道围岩 大变形 原因 处治 一、隧道围岩大变形机理分析及工程实例 1、隧道围岩产生大变形的原因 各类围岩在正常施工条件下都会产生一定的变形，不同国家、不同行业对各级围岩岩

2、及各种支护结构都规定有不同的预留变形量以容纳这些变形。大变形是相对正常变形而言，目前还没有统一的定义和判别标准。产生大变形主要有客观和主观两方面原因，地质条件是客观原因，技术措施不当是主观原因，前者是根本原因。 2、工程实例 某公路隧道进口斜井位于沟谷地带，地形呈左高右低现状，地形起伏较大。该斜井设计平长140m，开挖范围上部岩层为粉质粘土，下部为强-全风化页岩夹砂岩，围岩分级为V级。本工程地下水为上层滞水、基岩风化裂隙水及构造裂隙水。隧道净空断面尺寸为4.7（宽）5.75（高）m，开挖断面尺寸为5.82（宽）m7.62（高）m。 在斜井施工至掌子面里程XK0+113时，通过观察发现XK0+1

3、13+122.5段初期支护喷射混凝土有开裂剥落现象。此时，仰拱施工至XK0+122.5；加强二衬施工至XK0+125.5。大变形段里程为XK0+113+122.5，长9.5m，该段右侧钢拱架失稳内敛约60cm，初支砼严重剥落，变形过程+115+118右侧拱脚处、+118+122右侧墙角处分别流出黄色、黑色泥浆；地表沉陷深约1.7m，面积约70m2。通过对本段隧道所处地质环境综合分析，围岩大变形的主要原因有： （1）地质因素。隧道围岩经过多年地质构造运动，围岩应力处于平衡状态，一经开挖，潜在应力释放，应力重新分布，在原生应力已遭破坏，新生应力场尚未稳定前提下，围岩承受压大、极易失稳导致坍塌；当通

4、过各种堆积体是，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起坍塌；在挤压破碎带，岩脉穿插带、节理密集带等裂结构地层中，岩块间互相挤压钳制，一经开挖则失稳，常见岩块掉落、坍塌；在软弱围岩节理发育的情况下，或泥质充填物过多，均易产生较大的坍塌；在构造运动作用下，薄层岩体形成的笑摺曲、节理发育地段，施工中常常发生坍塌；岩层软硬相间，或有软弱风化夹层的岩，在裂隙水的作用下，软弱面强度大大降低，因而发生坍塌；裂隙水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍塌。 （2）结构支护原因。由于围岩应力变化具有不确定性，结构支护承载应力很难进行精确计算，设计支护强度、刚度是否能够满足承载应力的要求是很难进

5、行精确的判断的，因此，支护参数的偏小，往往也是导致隧道坍塌的主要原因之一，且造成的危害性极大。 （3）施工原因。施工方法与地质条件不相适应，地质条件发生变化，没有及时改变施工方法；施工支护不及时；地层暴露过久，引起围岩松动、风化；忽略了围岩的变形规律，围岩的变形同时具有连续变形和突然变形的特征。当开挖距离小于D（D为隧道开挖宽度）时，围岩两端由于受到二次衬砌砼和开挖掌子面支撑的约束作用，连续变形很小，主要是爆破后的受震动影响的突然变形，而且在这个距离范围内由于衬砌和开挖面支承的“空间效应”的影响，即使初期支护抗力不足围岩滑移力亦不至于失稳，当这个距离为1.5D3D时，“空间效应”的影响完全消失

6、，初期支护抗力小于滑移力的问题即刻暴露出来，围岩急剧变形，极易引起塌方。 二、隧道大变形段施工处治措施 1、垂直锚杆加挂网喷浆施工 本工程洞外处理措施采用全长粘结型早强垂直锚杆加挂网喷射混凝土。 （1）主要设计参数：锚杆孔深度、孔径由设计决定，锚杆长度根据隧道埋深深度来确定，设计锚杆22螺纹钢筋组成，间距1.51.5m梅花形布置，每根长4m；设置6钢筋网，网格间距20cm20cm。插入钢筋束后压浆机进行灌注1：1.5的水泥砂浆。孔口表面用砂浆护面，砂浆厚度1015cm。 （2）施工技术要点。 清除地表植被地表大致整平：人工清除地表植被，大致整平地表，经监理工程师检查合格后方可进行下一步工序施工

7、。 测量定孔：工程技术人员根据设计图纸测定孔位，并用木桩标出，其孔位误差不得大于10cm；同时对施工人员进行图纸及现场技术交底。 钻孔。露天钻机精确就位并固定，保证钻机钻杆线垂直以及钻机在钻进时不产生偏移和倾斜；钻孔顺序由里向外或由外向里，先钻高位孔。 制作锚杆钢筋及钢筋束。锚杆宜采用锰硅螺纹钢，直径为22mm。用钢筋切割机将钢筋按设计长度进行切割。 安装锚杆钢筋束。在安装钢筋前用高压风进行清孔，以清除孔内粉碴及杂物。安装钢筋束：可借助于简易钢管架，安装卷扬机对钢筋束进行垂直吊放。 灌注砂浆：安装好钢筋束后，堵塞孔口，用注浆机结合导管进行孔内灌注水泥砂浆，使孔内砂浆堵塞密实，保证地表锚杆的锚固

8、效果；注浆时，孔口压力0.4Mpa。 2、管棚超前支护施工 本工程洞内XK0+113+122.5大变形段采用DN65中管棚加固过渡。 （1）主要施工参数：管规格：内径65mm，外径76mm；管距：环向间距40cm；倾角：外插角13为宜，可根据实际情况作调整；注浆材料：M20水泥浆或水泥砂浆；设置范围：拱部120135范围；长度：15m。 （2）施工技术要点： 开挖管棚工作室。工作室分步开挖，分步施钻。即先在两边拱脚分别开挖两个工作室，进行钻孔、安管、注浆之后，再开挖工作室；当开挖工作室时，可弃碴于两拱脚工作室。这样既减少开挖工作量、减少搭拆平台，又便于移动钻机，有利于钻孔作业。 搭设平台、安装

9、钻机、测定孔位。搭设钻机平台，钻机平台尽量一次搭好。钻孔顺序，有高孔位向低孔位进行，可缩短移动钻机与搭设平台的时间，便于钻机定位、定向。 钻孔。钻孔为便于插管，管棚钢管钻孔直径应比管棚钢管设计直径大2030mm；若围岩注浆固结好或岩质较好，可以一次成孔；围岩局部注浆效果不好的，钻进时可能产生坍孔、卡钻，则需补注浆后再钻进。 安装管棚钢管。根据设计，管径如采用80180mm壁厚4mm以上碳素无缝钢管，每节管长46m；每节钢管用8mm厚的管箍连接；15m左右一次成孔的短孔，可用人工将钢管直接插入钻孔。管节与管箍的丝扣应提前在专用管床上按规定加工。 安装管棚钢筋笼及管外注浆。管棚钢管安装好后，放置钢

10、筋笼并注浆。管内设置的钢筋笼，由四根长4m的螺纹钢筋焊接在壁厚8mm、长8cm的管节上而成，钢筋直径、管节外径应根据管棚钢管直径大小而定。在钢管钢筋笼安好后，进行注浆。注浆用泥浆泵压注，根据所要求的凝固时间决定采用水泥浆或水泥水玻璃双液，分二次进行，第一次对二个工作室各个钻孔注浆；第二次对工作室各个钻孔注浆。 三、结束语 隧道围岩大变形施工处治关键在于弄清软弱围岩的变形规律特征，找出其变形原因，采用合理的施工方法和支护参数。该隧道施工中有效地控制了大变形，整个施工过程中未发生一起安全事故，而且质量均在控制要求范围内，表明软弱围岩采用的大变形施工处治技术是成功的可供同类工程施工参考。 参考文献： 1、孙剑峰，秦岭灞源隧道围岩大变形处理方法，中国科技博览2014年第19期-