全風(fēng)化千枚巖圍巖

全～強(qiáng)風(fēng)化千枚巖圍巖雙連拱隧道變形控制1引言近年來，隨著國家對交通基礎(chǔ)建設(shè)投入不斷加大，各地建設(shè)項(xiàng)目陸續(xù)展開，施工單位在建設(shè)實(shí)踐過程中積累了很多經(jīng)驗(yàn)，在常規(guī)地質(zhì)條件下，雙向六車道雙連拱隧道施工技術(shù)日益成熟，而對于處在全風(fēng)化千枚巖、滑坡體上、地表水豐富等特殊地質(zhì)、水文條件下的雙連拱隧道，若按照常規(guī)方法施工，工序復(fù)雜并且施工安全風(fēng)險(xiǎn)極大，嚴(yán)重影響工期和成本控制，因此完善特殊地質(zhì)條件下雙連拱隧道的施工工藝，對縮短工期、節(jié)約建設(shè)投資和確保隧道施工安全具有非常重要的實(shí)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(fēng)化千枚巖隧道變形控制技術(shù)作簡要介紹。2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(dá)33.834m，隧道圍巖為Ⅴ級全風(fēng)化千枚巖圍巖，隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用“新奧法”復(fù)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(gòu)成場地的地層由下志留統(tǒng)的千枚巖組成，全風(fēng)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(xué)性能差，用手可輕易捏成碎沫，沖擊可鉆進(jìn)，鎬鍬能直接開挖，風(fēng)化節(jié)理裂隙十分發(fā)育。施工揭示圍巖均為全風(fēng)化千枚巖，無自穩(wěn)能力，強(qiáng)度受含水量影響變化大。隧道地質(zhì)地形條件十分復(fù)雜：跨度大、埋深淺、偏壓嚴(yán)重，且隧道位于滑坡體上。3變形情況中導(dǎo)洞開挖后收斂變形非常大，圍巖初期支護(hù)后在開始觀測的30天內(nèi)沒有出現(xiàn)穩(wěn)定跡象，收斂和沉降累計(jì)值均達(dá)到30cm以上，導(dǎo)致施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)很大。正洞開挖時(shí)，由于變形過大，很容易就侵入了設(shè)計(jì)凈空，經(jīng)觀測正洞10天累計(jì)值最大沉降達(dá)到435.26mm，收斂值達(dá)到466mm。洞身開挖支護(hù)后，當(dāng)天即達(dá)到5cm左右，15天內(nèi)的變形量很大，變形速率較穩(wěn)定，隨著時(shí)間的推移，變形速率會相應(yīng)減小，但累計(jì)變形值越來越大，無穩(wěn)定跡象，開挖預(yù)留變形量為50cm。根據(jù)施工情況來看,一般來說15天內(nèi)不進(jìn)行二次襯砌施工，初期支護(hù)即有侵入設(shè)計(jì)凈空的風(fēng)險(xiǎn)，累計(jì)變形量非常大。因山體滑移的推擠作用，靠山側(cè)的左側(cè)壁導(dǎo)坑開挖后，立即在拱腰和拱腳位置采用I20a縱向按50cm間距進(jìn)行橫向臨時(shí)支撐，按原設(shè)計(jì)進(jìn)行支護(hù)時(shí)，強(qiáng)大的壓力會造成橫向支撐全部壓彎，初期支護(hù)噴射混凝土?xí)霈F(xiàn)掉塊現(xiàn)象，以及拱架與噴射混凝土產(chǎn)生開裂，甚至出現(xiàn)分離現(xiàn)象，特別是在陰雨天尤為嚴(yán)重。中導(dǎo)洞斷面調(diào)整前后中導(dǎo)洞變形后上下兩排臨時(shí)支撐，下排已壓彎相應(yīng)的變形量對比4全風(fēng)化千枚巖的特性分析

全風(fēng)化千枚巖按堅(jiān)硬程度劃分屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為V級，具細(xì)粒鱗片變晶結(jié)構(gòu)，千枚狀構(gòu)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(shí)呈團(tuán)塊狀，含水量少時(shí)為鱗片狀，失水后變成粉末狀，片理極其發(fā)育，層厚0.01~2mm，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(zhì)巖，主要由沉積巖中的頁巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成，主要礦物成分是絹云母、石英、綠泥石等，基本已全部重結(jié)晶，軟弱礦物成分較多，因而千枚巖硬度小，單軸抗壓強(qiáng)度小于1MPa，膨脹率13%以上，圍巖暴露后風(fēng)化非常迅速。擠壓緊密的炭質(zhì)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全風(fēng)化千枚巖的特性分析

綜上所述，全風(fēng)化千枚巖有三大工程特性：①抗壓強(qiáng)度低，屬極軟巖，巖體破碎，力學(xué)性能極差，很容易失穩(wěn)，易發(fā)生滑移；②節(jié)理裂隙發(fā)育，易風(fēng)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(qiáng)度，整體性差；③弱透水性。有臨空面即易失穩(wěn)和滑移極軟，風(fēng)鎬即可開挖圍巖整體性差易造成掉塊易風(fēng)化，失水成粉末1）全風(fēng)化千枚巖圍巖整體性差，無自穩(wěn)能力，開挖后，風(fēng)化迅速，松動區(qū)迅速擴(kuò)大，塑性區(qū)很大，對圍巖原有結(jié)構(gòu)的破壞很大，喪失原有強(qiáng)度和承載力，隧道周邊巖體失去原有支撐，徑向應(yīng)力降低，圍巖向洞內(nèi)位移，產(chǎn)生相互擠壓，切向應(yīng)力升高，局部可能會產(chǎn)生拉應(yīng)力，圍巖應(yīng)力狀態(tài)會迅速惡化，對支護(hù)形成很大壓力，在很短的時(shí)間內(nèi)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(chǎn)生坍塌掉塊。由于塑性區(qū)擴(kuò)展迅速，應(yīng)力快速釋放，非常容易造成應(yīng)力集中破壞支護(hù)承力結(jié)構(gòu)，造成支護(hù)變形、開裂、直至破壞，危害性非常大。開挖后塑性區(qū)發(fā)展快、范圍大，無法達(dá)到新奧法施工所倡導(dǎo)的充分發(fā)揮圍巖的自承能力。5變形原因分析、變形特征及規(guī)律5.1變形原因分析2）全風(fēng)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(hù)變形會迅速加劇。據(jù)國外資料介紹，當(dāng)覆蓋層厚度與隧道內(nèi)徑比小于0.6時(shí)，地表可能會隨著隧道拱頂一起下沉，產(chǎn)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(shè)計(jì)為沿山體坡腳平行于山脊走向，且全風(fēng)化千枚巖一旦有臨空面即風(fēng)化和蠕變迅速，開挖坡腳引起蠕變造成本是傾倒體的山坡滑坡復(fù)活。5.1變形原因分析5變形原因分析、變形特征及規(guī)律特殊地質(zhì)條件下全風(fēng)化千枚巖隧道變形，具有變形量大、變形速率高、變形持續(xù)時(shí)間長的變形特征。變形過程中，以徐變?yōu)橹饕卣?，一般不會出現(xiàn)突然坍塌現(xiàn)象。發(fā)生的變形主要是塑性和流變性變形，開挖后應(yīng)力重分布持續(xù)時(shí)間長，變形收斂持續(xù)時(shí)間也很長，一般在2~4個(gè)月左右。換拱后的初支，由于圍巖應(yīng)力已得到了充分釋放，一般較為穩(wěn)定，再次產(chǎn)生的變形量也較小。5.2變形特征及規(guī)律5變形原因分析、變形特征及規(guī)律6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(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上采取了一系列措施，通過減小圍巖壓力、增強(qiáng)圍巖自穩(wěn)和承載能力、優(yōu)化開挖方案、提高初期支護(hù)強(qiáng)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(yīng)以“新奧法”基本原理為依據(jù)，隧道施工過程中，應(yīng)遵循“少擾動、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的施工原則，具體措施有：（1）少擾動（2）短進(jìn)尺（3）強(qiáng)支護(hù)（4）快封閉（5）勤量測（6）抗偏壓6.1控制隧道收斂的施工措施（1）少擾動開挖過程中，應(yīng)盡量減少對圍巖的擾動，縮小松動圈和塑性區(qū)，降低地應(yīng)力作用影響，達(dá)到充分保護(hù)圍巖結(jié)構(gòu)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(yù)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(shí)間過長，出現(xiàn)失穩(wěn)。因圍巖是全風(fēng)化容易開挖，全部使用人工掏槽，初期支護(hù)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(hù)應(yīng)立即施作緊跟掌子面，控制圍巖因卸載產(chǎn)生的位移變形，提高施工效率。開挖時(shí)同一循環(huán)內(nèi)減少開挖次數(shù)：側(cè)壁導(dǎo)坑采取兩臺階法開挖，正洞采用三臺階法施工，根據(jù)現(xiàn)場驗(yàn)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(hù)閉合成環(huán)時(shí)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(hù)最快時(shí)間封閉成環(huán)，增強(qiáng)圍巖的整體性，約束圍巖產(chǎn)生有害變形和局部破壞，使初期支護(hù)和圍巖成為一個(gè)強(qiáng)力的承重整體，發(fā)揮最佳的支護(hù)效能。6.1控制隧道收斂的施工措施分臺階環(huán)形開挖臨時(shí)橫向支撐預(yù)留核心土

穩(wěn)固掌子面圍巖，有效控制收斂核心土上的豎向臨時(shí)支撐環(huán)形開挖預(yù)留核心土（2）短進(jìn)尺控制圍巖變形重要手段之一，就是控制支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)的時(shí)間，避免圍巖長時(shí)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(shí)現(xiàn)。從開挖進(jìn)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(jìn)尺，縮短工序轉(zhuǎn)換時(shí)間，從而縮短圍巖暴露時(shí)間。6.1控制隧道收斂的施工措施控制二襯距離掌子面距離未拆除的中導(dǎo)洞已施工的二襯縮短循環(huán)進(jìn)尺至每循環(huán)進(jìn)尺0.5米二次襯砌最小縮短至3米每循環(huán)，以達(dá)到緊跟掌子面的目的（3）強(qiáng)支護(hù)增設(shè)臨時(shí)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(hù)間距，采用雙層、雙排支護(hù)加密連接鋼筋或拱架內(nèi)外雙層連接使用長錨桿鋼纖維混凝土和雙層鋼筋網(wǎng)超前小導(dǎo)管或大管棚進(jìn)行注漿預(yù)加固臨時(shí)仰拱或臨時(shí)橫、豎支撐，對初期支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)初期支護(hù)完成后，可對周邊圍巖進(jìn)行注漿加固，填充支護(hù)與圍巖之間和圍巖松弛產(chǎn)生的空隙，提高整體承重能力。該隧道正洞淺埋段初期支護(hù)加強(qiáng)后，收斂和沉降由原來的最大值達(dá)到50cm以上，到控制在20cm以內(nèi)即基本穩(wěn)定6.1控制隧道收斂的施工措施雙層超前小導(dǎo)管進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)臨時(shí)橫撐進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)上下兩層小導(dǎo)管6.1控制隧道收斂的施工措施項(xiàng)目原設(shè)計(jì)斷面支護(hù)參數(shù)加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)鋼拱永久支護(hù)采用I22b型工字鋼，臨時(shí)支護(hù)采用I20a型工字鋼，鋼拱間距@=75cm。永久支護(hù)采用I22b型工字鋼，臨時(shí)支護(hù)采用I22a型工字鋼，鋼拱間距@=50cm。C25噴射砼永久支護(hù)砼厚28cm，臨時(shí)支護(hù)砼厚15cm。永久支護(hù)砼厚28cm，臨時(shí)支護(hù)砼厚26cm?！?×20×20鋼筋網(wǎng)片單層鋼筋網(wǎng)片。雙層鋼筋網(wǎng)片。鎖腳錨桿每榀鋼拱每側(cè)施作兩根鎖腳錨桿,單根長300cm。每榀鋼拱每側(cè)施作兩根鎖腳小導(dǎo)管，單根長500cm。Φ22砂漿錨桿拱部永久支護(hù)拱部錨桿間距100cm×50cm，單根長460cm，伸入拱架內(nèi)緣60cm,呈梅花型布置。拱部永久支護(hù)拱部錨桿間距100cm×50cm，單根長460cm，伸入拱架內(nèi)緣60cm,呈梅花型布置。Φ20連接鋼筋間距150cm。間距150cm。Φ50×5徑向小導(dǎo)管無每榀鋼拱增加注漿型徑向小導(dǎo)管，環(huán)向間距為150cm，單根長500cm，梅花型布置。Φ50×5超前小導(dǎo)管無增加注漿小導(dǎo)管，每250cm施作一環(huán)，單根長500cm，環(huán)向間距30cm。支護(hù)加強(qiáng)前后Ⅴ級圍巖段支護(hù)參數(shù)對比表（4）快封閉開挖輪廓面：初噴能確保3小時(shí)內(nèi)掌子面和周邊圍巖不會失穩(wěn)和風(fēng)化掉塊，為初支施工爭取時(shí)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(shí)增加臨時(shí)仰拱，快速閉合成環(huán)（5）勤量測量測是指導(dǎo)隧道施工的關(guān)鍵，特別是大變形隧道，根據(jù)量測情況，才能更真實(shí)的摸索出圍巖特性和變形規(guī)律，才能有針對性的指導(dǎo)初支和二襯施工，確定具體可行的施工方案。陰雨天和支護(hù)初期及變形異常時(shí)應(yīng)該加大頻率，配備專門的量測小組，量測數(shù)據(jù)及時(shí)群發(fā)至各級管理人員的手機(jī)上，發(fā)揮聯(lián)動作用6.1控制隧道收斂的施工措施（6）抗偏壓（偏壓嚴(yán)重造成圍巖應(yīng)力收斂明顯增大）①在隧道右側(cè)即山體坡腳一側(cè)進(jìn)行反壓回填，在隧道進(jìn)口洞門左右兩側(cè)設(shè)置抗滑擋墻，洞門墻也按抗滑擋墻設(shè)計(jì)。反壓回填材料采用碎石土等力學(xué)性能較好的材料，壓實(shí)度不低于90%，回填后坡比在1：4.5至1：5之間。②對隧道周邊圍巖進(jìn)行注漿加固處理，注漿范圍：漿液向下擴(kuò)散至隧道底部以下2m，向隧道正洞左右兩側(cè)擴(kuò)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(cè)，還可考慮增設(shè)或加密超前大管棚。③施工中力求中隔墻頂部回填密實(shí)，對中隔墻上部圍巖進(jìn)行重點(diǎn)注漿加固處理，以提高隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗力作用。中隔墻澆注時(shí)，頂部應(yīng)預(yù)埋注漿管，中隔墻施工完畢后，對頂部與巖體交界處進(jìn)行注漿填塞密實(shí)，防止頂部圍巖脫空。6.1控制隧道收斂的施工措施④隧道地表防排水處理，做好坡面排水工作，重點(diǎn)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(jìn)入隧道，達(dá)到穩(wěn)定山體圍巖和隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)安全的目的。⑤根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，施工工序不管如何調(diào)整，中隔墻都要受到偏壓荷載的作用，向埋深較淺的一側(cè)傾斜，同時(shí)，研究表明，先開挖埋深較深一側(cè)時(shí)，中隔墻受力和傾斜較小，優(yōu)于采用先開挖埋深較淺一側(cè)的施工順序。在實(shí)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(yīng)達(dá)到2~3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(jié)構(gòu)穩(wěn)定。除此之外，在正洞施工時(shí)，在隧道相互影響較大的2~3倍洞徑范圍內(nèi)，對中隔墻左右兩側(cè)均采用20cm直徑原木和工20的工字鋼以1米為間距進(jìn)行了上中下三層橫向支撐，并在埋深較淺一側(cè)進(jìn)行了加密支撐。⑥在中隔墻頂部和底部設(shè)置豎向抗傾覆錨桿，底部采用Φ22早強(qiáng)砂漿錨桿L=4m，頂部L=5m，@=100x75，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(yīng)力重分布過程的穩(wěn)定性。6.2控制隧道沉降的施工措施（1）開挖方案、步距、預(yù)留變形量。三導(dǎo)洞的施工方法進(jìn)行施工，開挖后各步序中均能達(dá)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(yīng)，對控制沉降起到至關(guān)重要的作用。在正洞開挖時(shí)，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(gè)襯砌循環(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(yù)留核心土，對核心土注漿加固和噴錨封閉，還增加豎向臨時(shí)支撐。在充分考慮圍巖變形速率，結(jié)合實(shí)際施工循環(huán)時(shí)間的基礎(chǔ)上，將預(yù)留變形量在25～50cm之間適時(shí)進(jìn)行調(diào)整，防止因沉降過大而侵入設(shè)計(jì)凈空造成返工等不良后果。6.2控制隧道沉降的施工措施（2）臨時(shí)仰拱、臨時(shí)支撐及時(shí)施作仰拱和施工過程中增設(shè)臨時(shí)仰拱。側(cè)壁導(dǎo)洞超前于正洞施工，側(cè)壁導(dǎo)坑開挖范圍內(nèi)的仰拱和正洞邊墻基礎(chǔ)也要緊跟側(cè)壁導(dǎo)坑開挖掌子面施工。若側(cè)壁導(dǎo)坑沉降和收斂變形過大，還應(yīng)考慮在側(cè)壁導(dǎo)坑上下臺階法開挖時(shí)，增加臨時(shí)仰拱和橫向支撐，抑制隧道變形。仰拱施工時(shí)，拱底松碴應(yīng)注意清理干凈，由于側(cè)壁導(dǎo)坑施工空間狹小且橫撐較多，施工困難，這項(xiàng)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控制隧道沉降的施工措施（3）穩(wěn)固基礎(chǔ)。確保拱腳穩(wěn)固，拱腳處加混凝土預(yù)制塊墊腳，用噴射混凝土噴實(shí)封死，保證拱腳坐實(shí)，同時(shí)加打鎖腳、鎖腰小導(dǎo)管，限制拱架位移。分部開挖時(shí)，上部開挖后也要墊設(shè)臨時(shí)墊塊，同時(shí)施工鎖腰錨桿起到臨時(shí)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Φ22早強(qiáng)砂漿錨桿，錨頭埋入仰拱內(nèi)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。6.3隧道變形控制的原則上述措施，有效的控制、抑制了圍巖的有害變形，最終實(shí)現(xiàn)了確保施工安全和促進(jìn)施工進(jìn)度的目的。總之，對隧道變形控制