匯報稿-蘭渝鐵路

軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究二○一一年五月蘭渝鐵路隧道大變形軟巖支護參數(shù)專家研討會1匯報內(nèi)容一、軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究二、軟巖雙線隧道理論分析三、軟巖雙線隧道施工變形管理研究四、軟巖雙線隧道二襯施作時機及結(jié)構(gòu)平安分析五、軟巖雙線隧道科研指導(dǎo)設(shè)計施工情況2軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究一3一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究拱頂下沉拱腳水平收斂墻中水平收斂墻腳水平收斂圖1-1變形量測測點布置掌子面滑動變形計每米一個測點30~40m測孔圖1-2掌子面內(nèi)部位移測點布置軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究地應(yīng)力測孔4一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究5一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究1.2現(xiàn)場試驗主要結(jié)論1.2.1現(xiàn)場揭露地層主要工程地質(zhì)特征開挖揭露的炭質(zhì)千枚巖6一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究開挖擾動后呈粉末狀7一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究①結(jié)構(gòu)破碎松散開挖洞室后，巖體極不穩(wěn)定，易坍塌。②圍巖強度低、遇水易軟化開挖暴露后易風(fēng)化、遇水易軟化，尤其是存在滲水區(qū)段容易發(fā)生大變形。③巖體結(jié)構(gòu)面傾斜、層面光滑薄層巖體在隧道面傾斜、層面光滑，開挖后周邊巖體極易沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生松弛、滑移和墜落等變形破壞現(xiàn)象。8一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究④傾斜巖層構(gòu)造偏壓嚴(yán)重。從現(xiàn)場地質(zhì)素描及圍巖壓力量測結(jié)果，傾斜巖層構(gòu)造偏壓嚴(yán)重，最大圍巖壓力均出現(xiàn)在垂直層面方向。

軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究9一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究1.2.2地應(yīng)力特征①兩水隧道現(xiàn)場水壓致裂法地應(yīng)力測試結(jié)果說明隧道巖體應(yīng)力量級為極高應(yīng)力水平。②通過宏觀地應(yīng)力場拓展分析得出隧道橫向側(cè)壓力系數(shù)均大于1，構(gòu)造地應(yīng)力作用明顯。10一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究隧道軸線位置三個方向的應(yīng)力隨里程變化曲線隧道軸線位置橫向側(cè)壓力系數(shù)隨里程變化曲線11一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究1.2.3隧道變形特征①隧道掌子面的擠出位移大、掌子面穩(wěn)定性差隧道掌子面實測縱向位移明顯，這種位移難以進行控制，易導(dǎo)致掌子面滑坍、擠出變形導(dǎo)致隧道隧道整體變形過大。掌子面內(nèi)部縱向位移6天量測結(jié)果127mm，內(nèi)部沉降99.8mm(量測因測管間變形脫節(jié)而無法繼續(xù)測量)，根據(jù)理論計算結(jié)果掌子面最大縱向位移可達500-600mm。兩水斜井洞周支護最大縱向位移153.3mm，平均62.1mm。軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究12一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究13一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究14一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究②變形量大。兩水隧道斜井工區(qū)實測最大拱頂下沉達761.9mm，最大水平收斂達498.85mm。軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究③變形速率高。兩水隧道斜井工區(qū)最大變形速率達76.5mm/d。④變形持續(xù)時間長。二次襯砌后仍有一定變形。15一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究1.2.4圍巖壓力和支護結(jié)構(gòu)應(yīng)力特征兩水隧道①圍巖壓力及接觸壓力大，接觸壓力承擔(dān)圍巖壓力比例大。兩水斜井最大圍巖壓力0.546MPa，平均0.267MPa；最大接觸壓力達0.489MPa，平均0.210；接觸壓力承擔(dān)圍巖壓力比例達78.65%。②支護應(yīng)力較大。兩水斜井最大噴層應(yīng)力20.88MPa，最大鋼架應(yīng)力達235.53MPa，最大混凝土應(yīng)力8.98MPa；軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究16一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究東扎溝及后山坪隧道后山坪出口試驗段〔IV級變更IV級加強(噴15，I18@1000)〕東扎溝斜井試驗段〔III級變更IV級加強(噴15，I18@1000)〕從試驗段測試情況總體來看，支護結(jié)構(gòu)受力大，建議本區(qū)段及時進行支護補強(邊墻加長錨桿或徑向注漿)，后續(xù)區(qū)段建議采用I20型鋼鋼架，0.8m/榀，噴層適當(dāng)加強，仰拱采用鋼架封閉。17一軟巖雙線隧道現(xiàn)場試驗研究1.2.5支護破壞形式由于圍巖具有顯著各向異性，初期支護常常不均勻受力，破壞形式也是多樣的。噴層開裂、剝落先在垂直巖層層面、背后空洞等支護受力較大的部位發(fā)生。型鋼拱架發(fā)生扭曲，坍塌隨即發(fā)生。襯砌做好后，持續(xù)變形常使襯砌嚴(yán)重開裂，甚至侵入凈空。

兩水隧道支護及襯砌破壞形式主要有噴層環(huán)向開裂、拱頂及拱腳噴層剝落、拱頂、拱腳、墻腳鋼架縱向扭曲、鋼架斷裂、二次襯砌大面積剝落、二次襯砌鋼筋彎曲等。軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究18鋼架扭曲19鋼架斷裂20噴層開裂21噴層剝落22仰拱隆起及開裂23二襯開裂、剝落及鋼筋彎曲24二軟巖雙線隧道理論分析2.1主要理論分析內(nèi)容①不同臺階長度影響②不同臺階高度影響③錨桿不同施作時機比照分析④臨時仰拱作用效應(yīng)分析⑤掌子面內(nèi)部圍巖縱向位移模擬分析軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究25二軟巖雙線隧道理論分析軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究2.2理論分析主要結(jié)論

①軟巖隧道臺階法施工掌子面擠出變形明顯，說明軟巖隧道施工過程中掌子面的穩(wěn)定性不容無視，應(yīng)予以重視。②在臺階法施工中上臺階開挖后已有大部位移發(fā)生，加強對上臺階圍巖支護效果對大變形控制至關(guān)重要。③擴大拱腳支護形式與標(biāo)準(zhǔn)斷面相比更有利于控制隧道收斂變形和塑性區(qū)的開展。26二軟巖雙線隧道理論分析軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究④預(yù)留核心土法對掌子面縱向位移、周邊收斂以及塑性區(qū)的開展都具有一定的控制作用，施工中應(yīng)充分發(fā)揮其作用。⑤根據(jù)計算結(jié)果，采用臺階法施工的軟巖隧道，臺階長度對洞周位移影響顯著，雙線隧道上臺階長度不宜大于6m，落底滯后下臺階距離不宜大于15m。27二軟巖雙線隧道理論分析軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究⑥從薄層炭質(zhì)千枚巖開挖后先施作錨桿時極易剝落掉快、逐漸擴大導(dǎo)致局部失穩(wěn)的現(xiàn)狀考慮，建議先鋼架噴混凝土后再在核心土后施作系統(tǒng)錨桿和鎖腳錨桿。另外在核心土后施作系統(tǒng)錨桿和鎖腳錨桿有利于長錨桿施工，有利于錨桿數(shù)量與質(zhì)量檢查，也有利于施工平行作業(yè)。⑦臨時仰拱對隧道水平收斂抑制作用較為明顯，從薄層炭質(zhì)千枚巖開挖、支護后，隧道水平收斂逐漸擴大導(dǎo)致局部失穩(wěn)的現(xiàn)狀考慮，建議擬按照原設(shè)計支護參數(shù)，在上臺階拱腳處施作臨時仰拱。28三軟巖雙線隧道施工變形管理研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究3.1主要研究內(nèi)容及方法(1)不同等級大變形支護效果理論分析檢驗(2)不同等級大變形隧道穩(wěn)定性和極限位移基準(zhǔn)理論分析(3)以往類似工程經(jīng)驗提供參考依據(jù)(4)現(xiàn)場變形量測揭示隧道變形規(guī)律29三軟巖雙線隧道施工變形管理研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究3.2主要結(jié)論(1)不同級別大變形的圍巖地質(zhì)條件①常規(guī)變形：地應(yīng)力水平低，千枚巖夾板巖互層，以板巖為主。②Ⅰ級大變形：地應(yīng)力水平高，以千枚巖為主。等效圍巖彈性模量為大于1.0~1.5GPa。③Ⅱ級大變形：地應(yīng)力水平極高，以千枚巖為主，地質(zhì)構(gòu)造強烈。等效圍巖彈性模量為0.80-1.0GPa。④Ⅲ級大變形：地應(yīng)力水平極高，以千枚巖為主，地質(zhì)構(gòu)造強烈，伴有地下水出漏。等效圍巖彈性模量為小于0.8GPa。30三軟巖雙線隧道施工變形管理研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究(2)大變形分級及管理基準(zhǔn)①設(shè)計階段：參考烏鞘嶺隧道成果，采用綜合指標(biāo)判定法，根據(jù)圍巖地應(yīng)力、彈性模量及圍巖強度等參數(shù)，采用如表3-1所示指標(biāo)判別。31三軟巖雙線隧道施工變形管理研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究②施工階段：根據(jù)理論分析結(jié)果及以往類似工程經(jīng)驗，并結(jié)合蘭渝鐵路工程實際，提出適用于軟巖地段的大變形分級管理標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)兩水隧道現(xiàn)場實測變形情況，一般情況下，拱頂下沉均大于水平收斂，所以在變形控制時，以拱頂下沉控制為主。

32三軟巖雙線隧道施工變形管理研究軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究(3)不同大變形條件下的支護參數(shù)33四軟巖雙線隧道二次襯砌施作時機及結(jié)構(gòu)平安分析軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究4.1蘭渝線軟巖雙線隧道二次襯砌施作時機確實定結(jié)合蘭渝線軟巖雙線隧道變形等級管理基準(zhǔn)和烏鞘嶺隧道二次襯砌施作時機中的v終/u測對于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級大變形分別取值為0.5%~1.0%、0.5%~1.5%、0.5%~2.0%，確定蘭渝線軟巖雙線隧道二次襯砌施作時機如表4-1所示。經(jīng)2023年3月4日專家會，確定的二襯施作時機為雙線2mm/d、單線1mm/d。34四軟巖雙線隧道二次襯砌施作時機及結(jié)構(gòu)平安分析軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究4.2初支變形速率2mm/d施作二次襯砌的可行性分析(1)不同圍巖條件下支護參數(shù)施工過程模擬35四軟巖雙線隧道二次襯砌施作時機及結(jié)構(gòu)平安分析軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究變形超過200mm后應(yīng)力釋放率超過90%，即結(jié)構(gòu)與圍巖共同承受的地層壓力小于0.6MPa。36四軟巖雙線隧道二次襯砌施作時機及結(jié)構(gòu)平安分析軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究(2)襯砌平安性檢算分別按標(biāo)準(zhǔn)荷載和實測荷載進行結(jié)構(gòu)平安性檢算。37四軟巖雙線隧道二次襯砌施作時機及結(jié)構(gòu)平安分析軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究①V級圍巖加強型支護結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下，襯砌承受100%圍巖荷載時截面最小平安系數(shù)3.2~3.9滿足要求，最大裂縫寬度偏大。②V級圍巖加強型支護結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下，襯砌承受70%圍巖荷載時截面最小平安系數(shù)4.4~5.4滿足要求，最大裂縫寬度滿足要求。③實測斷面圍巖壓力大于標(biāo)準(zhǔn)值，按實測襯砌最大圍巖壓力，截面最小平安系數(shù)3.25滿足要求，最大裂縫寬度偏大。38四軟巖雙線隧道二次襯砌施作時機及結(jié)構(gòu)平安分析軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究(3)不同變形速率時襯砌結(jié)構(gòu)受力分析根據(jù)兩水隧道埋深具體情況，以Ⅴ+級軟巖段為研究背景，研究Ⅲ級大變形圍巖參數(shù)下隧道圍巖和支護結(jié)構(gòu)的變形和受力情況。①拱頂下沉速率為3.84mm/步時施作襯砌

拱頂下沉速率為3.84mm/步時施作襯砌，襯砌距掌子面距離14m，拱頂下沉值為139.8mm，襯砌內(nèi)外表壓應(yīng)力25MPa，襯砌內(nèi)外表拉應(yīng)力1.3MPa，超過混凝土設(shè)計強度。39四軟巖雙線隧道二次襯砌施作時機及結(jié)構(gòu)平安分析軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究②拱頂下沉速率為1.82mm/步時施作襯砌拱頂下沉速率為1.82mm/步時施作襯砌，襯砌距掌子面距離30m，拱頂下沉值為143.6mm，襯砌內(nèi)外表壓應(yīng)力5MPa，襯砌內(nèi)外表拉應(yīng)力0.3MPa，低于混凝土設(shè)計強度。二襯施作時機為雙線2mm/d是合理、可行的。40五軟巖雙線隧道科研指導(dǎo)設(shè)計施工情況軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究5.1對軟巖大變形的認識不斷提高(1)炭質(zhì)千枚巖地層極破碎，加之地質(zhì)偏壓、局部滲水，開挖極不穩(wěn)定，施工過程中變形控制困難是必然結(jié)果。(2)初期對大變形認識缺乏，認為僅增加支護剛度就可抵抗隧道大變形，轉(zhuǎn)變?yōu)楹笃诩訌娬麄€支護體系抵御強大的地層壓力。變形控制不能僅依賴大剛度的型鋼支護，隧道支護是一個系統(tǒng)：噴射混凝土質(zhì)量、噴射混凝土與鋼架的連接密實性、鋼架縱向連接、鋼筋網(wǎng)焊接、系統(tǒng)錨桿注漿效果、鎖腳錨管注漿效果、初噴混凝土封閉、超前錨桿施工質(zhì)量等問題均不容無視，而且有時某一環(huán)節(jié)會起到關(guān)鍵作用。41五軟巖雙線隧道科研指導(dǎo)設(shè)計施工情況軟巖雙線隧道支護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)研究(3)系統(tǒng)注漿長錨桿、徑向注漿加固、鎖腳錨管、預(yù)留核心土、加強鋼架縱向連接等措施，是單層支護條件下使支護體系的強有力的保證措施。錨桿〔錨管〕注漿加固優(yōu)于加大支護剛度。(4)盡量采用“單層支護+補強措施〞解決問題。在適當(dāng)加強的支護條件下，變形不穩(wěn)定時適時施作支護補強(邊墻長注漿錨桿、網(wǎng)噴混