高地應(yīng)力高海拔渭武公路木寨嶺隧道處置技術(shù)

工程概況隧道施工重點難點針對變形采取的處置措施提綱201 工程概況3（一）項目概況①

項目名稱：蘭州至?？趪腋咚俟?G75)②

線路情況：左線全長15231m；右線全長15173m。③

地質(zhì)情況：全隧均為Ⅴ級圍巖。④

施工方法：采用三臺階施工工法，斜井作為永久性通風(fēng)斜井。⑤

渭武六標(biāo)：2#斜井全長1813米，主洞長3920米（單幅），合同工期55個月。01 項目概況401 項目概況鉆孔

S-SK03K214+085鉆孔

S-SK05K218+400（二）不良地質(zhì)及地應(yīng)力情況①圍巖巖性——軟質(zhì)炭質(zhì)板巖為主，V級圍巖；②地質(zhì)構(gòu)造——褶皺帶活動強烈,

近東西走向斷層發(fā)育；③3個背斜、3個向斜構(gòu)造；6處褶皺、12條斷層①地應(yīng)力——最大水平主應(yīng)力24.95MPa。Rc/σmax

值均小于4，屬極高應(yīng)力區(qū)501 項目概況（三）工程進展情況木寨嶺隧道2#

斜井，自2

0

1

6

年5

月份開始施工，

截止2019年11月，斜井累計掘進1813m（已完成），

正洞左線290m、右線800m

。截止11月，開累完成29200萬元，占合同總價96709萬的30%。目前已施工工期43月，占合同總工期55個月的78%602 隧道施工重難點7線路長——15.2km，特長公路隧道；構(gòu)造復(fù)雜 圍巖軟

———褶皺 —

以軟質(zhì)、斷層影 炭質(zhì)板巖響大； 為主；埋深大

——

629.1m；地應(yīng)力水平高自重應(yīng)力15.7MPa最大水平主應(yīng)力24.95MPa；蘭渝鐵路木寨嶺隧道建設(shè)歷時九年。02 隧道施工重難點802 隧道施工重難點2#

斜井掌子面圍巖902 隧道施工重難點2#

斜井初支開裂變形情況1003 針對變形采取的處置措施1103 針對變形采取的處置措施一．

常規(guī)處治措施1.雙層支護措施①

雙層方案為雙層H175型鋼或一層H175型鋼和一層20工字鋼。②

缺點1為：第二層支護施做時間不好確定；③

缺點2為：施工第二層支護時，掌子面需要停工，造成每月只有三分之二時間能進行掌子面掘進。雙層支護變形段1203 針對變形采取的處置措施2.

將常規(guī)系統(tǒng)錨桿變?yōu)楹笞{導(dǎo)管調(diào)整為Φ42小導(dǎo)管后，在初期支護施工后進行施做，并根據(jù)圍巖變形量及變形速率適時進行注漿，加固圍巖效果好，有效抑制了圍巖變形。邊墻徑向注漿1303 針對變形采取的處置措施3.

不對稱施工圍巖左右側(cè)變形不均衡，對初支系統(tǒng)進行了不對稱施工，并對地下水發(fā)育、變形量較大的部位設(shè)置了Φ89cm的管棚。左側(cè)注漿導(dǎo)管加強1403 針對變形采取的處置措施4.

現(xiàn)場采用早強快硬水泥漿液注漿采用了初凝時間15min的早強快硬硫鋁酸鹽水泥漿液注漿，對變形速率大、變形快的圍巖加固效果明顯。缺點為造價高，且初凝時間快，容易造成堵管現(xiàn)象。硫鋁酸鹽水泥1503 針對變形采取的處置措施5.

探索采用機械開挖采用機械破碎開挖，降低圍巖的擾動。并將破碎錘改為破碎鉤，施工效率得到了提高。該措施缺點為效率低，不適合圍巖堅硬地段。破碎鉤1603 針對變形采取的處置措施6.

三縫合一隧道拱墻部位變形較大，仰拱部位承載力相對偏弱，容易造成二襯混凝土不規(guī)則裂縫。將二襯、仰拱及填充施工縫調(diào)整到同一橫斷面，有效的降低了二襯混凝土開裂。三縫合一17（二）引進以何滿朝院士為首的新工藝（NPR錨索施工）以上處置措施對常規(guī)的一些變形起到了一定的控制作用，但無法有效應(yīng)對大變形段落的處置。業(yè)主于2018年9月成立了院士工作站，聘請了孫鈞院士和何滿潮院士作為首批駐站院士。2018年10月在2#斜井開展了5m、10m錨索施工試驗段，取得了階段性成果，對大變形起到了很好的控制效果。03 針對變形采取的處置措施院士工作站成立181.

NPR錨索加固機理全斷面NPR長錨索（10米）+鋼帶

——

調(diào)動深部圍巖強度，起到懸吊作用。。全斷面NPR短錨索（5米）+防護網(wǎng)——

控制層理，形成厚板。高預(yù)應(yīng)力NPR長、短錨索——

支護圍巖共同作用，保證圍巖穩(wěn)定。03 針對變形采取的處置措施191.

NPR錨索加固機理03 針對變形采取的處置措施2003 針對變形采取的處置措施2.人員配置①三臺階作業(yè)人員共計19人，負責(zé)鉆孔、安裝、張拉等現(xiàn)場施工工作。3.設(shè)備配置①MQT-130/3.2錨桿鉆機共計5臺，負責(zé)上臺階錨索鉆孔。②YT-28風(fēng)動鉆機共計2臺，主要負責(zé)中、下臺階錨索鉆孔。③MQ15-29錨索張拉機具共計1臺，負責(zé)錨索張拉工作。4.月進度指標(biāo)①按照拱架間距0.6米布置，施做錨索后施做一榀拱架月平均進尺為30*24/20*0.6=21.6米，施做兩榀拱架月平均進尺為30*24/24*1.2=36米。5.開挖兩榀拱架保障措施①采用φ42mm超前小導(dǎo)管進行支護，環(huán)相間距40cm，根據(jù)現(xiàn)場實際情況可以調(diào)整為局部加密。拱架1.2米間距，小導(dǎo)管每環(huán)搭接1.5米21左右，小導(dǎo)管長度應(yīng)為3米；或采用木垛或鋼管頂托進行臨時支撐。6

.

NPR

錨索施工工藝平整場地并對巖面進行處理→鉆孔→擴孔→放置錨固劑→安裝錨索→W

型鋼帶及防護網(wǎng)安裝→安裝托盤、恒阻器、錨具→張拉1

）

平整場地并對巖面進行處理采用挖機對爆破后的掌子面進行平整，對開挖后的巖面進行危石清理，并對危險部位采用木垛或鋼管頂托進行支撐。以便錨索施工。03 針對變形采取的處置措施鋼管拖頂222

）鉆孔采用氣動錨索鉆機，鉆孔直徑為Φ32mm，

孔深為5米和10米兩種，遇到卡鉆或塌孔情況需在廢孔旁邊重新打設(shè)。03 針對變形采取的處置措施錨索鉆孔233

）擴孔采用Φ95mm鉆頭擴孔，擴孔深度為600mm。擴孔時應(yīng)注意孔口中心與首次打孔的孔口中心對齊，不可偏斜。03 針對變形采取的處置措施Φ9

5

m

m

鉆頭擴孔244

）放置錨固劑錨索采用樹脂藥卷端頭錨固，每根錨索采用3卷樹脂錨固劑。項目用樹脂錨固藥卷的凝結(jié)時間在17-18秒。03 針對變形采取的處置措施放置錨固劑255

）安裝錨索錨索采用防腐錨索，錨索外漏長度為15-30cm，采用手持式鉆機旋轉(zhuǎn)錨索，將樹脂膠卷高速攪拌，約20-

30秒后停止攪拌03 針對變形采取的處置措施放置錨索266

）

W型鋼帶及防護網(wǎng)安裝W

型鋼帶在廠家定制，安裝時，將W

型鋼帶上孔洞與圍巖上鉆孔對齊，其余鉆孔位置在空洞中心進行，安裝W

型鋼帶同時將聚酯纖維增強塑料防護網(wǎng)安裝完畢03 針對變形采取的處置措施W

型鋼帶及防護網(wǎng)277

）

安裝托盤、恒阻器、錨具依次安裝托盤、恒阻器、錨具03 針對變形采取的處置措施托盤及恒阻器安裝288

）張拉張拉力為40t

，一次張拉到位。如達不到要求，應(yīng)及時補打03 針對變形采取的處置措施張拉施工完成297

. 施工過程中恒阻器工作情況觀察在錨索施工過程中預(yù)留了觀察孔，對恒阻器滑移情況進行觀察，控制變形較好地段，從現(xiàn)場觀察來看，恒阻器未發(fā)生滑移。03 針對變形采取的處置措施恒阻器觀察照片30?施工過程中部分施工錨索段落發(fā)生了變形侵限。拆換拱過程中，噴射混凝土破開后錨索完整性較好，

與圍巖面緊貼，對原施工錨索進行張拉，錨索張拉力還在，但恒阻器未發(fā)生滑移。03 針對變形采取的處置措施拆除后恒阻器未發(fā)生滑移錨索鑿除后與圍巖緊貼3103 針對變形采取的處置措施錨索二次張拉數(shù)據(jù)統(tǒng)計表序號日期長度(m)測點1測點2測點3測點4測點5測點6測點7測點8測點912019.5.23（首次張拉）104337444240373739402019.7.11（二次張拉）2119未張拉未張拉2018未張拉19242019.7.2（變形情況）57cm51cm49cm50cm56cm59cm62cm48cm36cm22019.5.25（首次張拉）53640374241384437382019.7.12（二次張拉）未張拉未張拉1820192018未張拉202019.7.2（變形情況）63cm69cm63cm54cm50cm48cm39cm20cm4cm32019.5.25（首次張拉）103837403846363739402019.7.12（二次張拉）1817191919202220182019.7.2（變形情況）60cm66cm67cm64cm53cm43cm40cm38cm41cm42019.5.26（首次張拉）54043424442374039412019.7.13（二次張拉）201919未張拉19182019未張拉2019.7.2（變形情況）45cm67cm82cm86cm66cm52cm45cm40cm35cm3203 針對變形采取的處置措施科研進展：完成605米錨索試驗段（其中NPR錨索完成370米，普通錨索完成235米）。主要方案：

取消原設(shè)計系統(tǒng)錨桿，

替換為5米及10米錨索，間隔布置，環(huán)向間距為1米，

縱向間距與拱架一致，其他保持原設(shè)計參數(shù)不變。優(yōu)化情況：在施工初期對拱架間距進行了優(yōu)化，縱向間距有：

0.5米、0.6米、0.8米、1米、1.2米。在錨索施工后期，取消了恒阻器。建議間距：錨索縱向間距在0.6米及0.8米時對控制變形作用最佳8

. 科研進展及方案優(yōu)化情況3303 針對變形采取的處置措施. N

P

R

錨索施工目前存在的問題①

施工時間較長，每循環(huán)施工時間約10-12小時。②

目前鉆孔長度10米基本為極限，無法施工更深鉆孔。③

錨索施工時掌子面垮塌以及掉塊現(xiàn)象，造成人員受傷現(xiàn)象。④

中下臺階施工時，拱架長時間懸空，對初期支護變形不利。⑤

錨索鉆孔采用水鉆，若圍巖較破碎，造成超挖進一步加大。（三）

引進以孫鈞院士為首的新工藝（

讓壓錨索施工）截止目前，讓壓錨索在主洞施工完成80m，未發(fā)生變形侵限情況。.

主要支護方案5.3m

短預(yù)應(yīng)力讓壓錨索+10.3m長預(yù)應(yīng)力讓壓錨索+25cm*25cm*2cm

大墊板+W鋼帶+柔性網(wǎng)+噴射混凝土+鋼拱架。。3403 針對變形采取的處置措施2

. 施工控制關(guān)鍵參數(shù)錨索張拉力不小于250k

N

；讓壓錨索讓壓起始值300k

N

；錨索抗拔力不小于350k

N

。宜采用0.38~0.45水灰比普通硅酸鹽水泥漿，注漿壓力在0.

3

-

0.5Mpa

。讓壓錨索設(shè)計方案353

. 讓壓錨索工作原理0

3 針對變形采取的處置措施364.

讓壓錨索與NPR

錨索區(qū)別讓壓錨索全長采用48mm鉆頭，不需要擴孔。NPR錨索采用32mm鉆頭，頂端需要擴孔。讓壓錨索讓壓件在錨索尾端。NPR錨索壓件在錨索頂端讓壓錨索采用普通錨索，先采用樹脂藥卷錨固，后采用水泥漿錨固。NPR錨索采用防腐錨索，只采用樹脂藥卷端頭錨固。03 針對變形采取的處置措施讓壓錨索樣式37（四）

不同支護體系控制變形原理及效果03 針對變形采取的處置措施圍巖變形機理：構(gòu)造應(yīng)力、自重應(yīng)力及圍巖節(jié)理化