中铁隧道集团二处有限公司 河北省三河市燕郊 065201
摘要：木寨岭公路隧道洞身主要为炭质板岩，最大埋深629.1m，最大地应力12.14MPa～18.76MPa，是大断面极高地应力软岩大变形隧道。施工中即发生即出现初期支护变形大，初期支护侵入净空，支护结构失稳等工程问题。为提高双层支护在大断面软岩支护的适应性，在隧道Ⅴ级围岩变形段采用三台阶法的基础上，增加了一层支护径向注浆措施、二层支护放在滞后3至5榀施工早强混凝土。双层支护共同承担围岩变形，提升了支护强度，改变了施工衬砌前变形的情况，保障了施工过程的安全，减少了使用更强三层支护与预应力锚索支护措施，相较于单层支护可显著加快施工进度且成本相对较低，施工工艺简单，适应范围更大，是木寨岭公路隧道大断面软岩隧道施工的补充。
关键词：隧道；大断面；高地应力；双层支护；径向注浆；适用性；提升
0引言
随着我国科学技术的发展进步以及国家对高速公路的重视，我国高速公路建设迈上了新的台阶，同时也面临着更复杂的环境和不良地质施工安全的挑战，其中对控制软岩隧道大断面大变形的技术要求更是不断提高。木寨岭公路隧道地处秦岭构造带，南侧以库玛断裂、迭部—略阳断裂与松潘甘孜褶皱系为界。自北向南又可分为北秦岭加里东褶皱带、礼县-柞水华力西褶皱带和南秦岭印支褶皱带。秦岭褶皱系是由北向南在不同时代，多旋回形成的地槽系，其主要沉积层是上古生界至三叠系。此褶皱系西部为青藏高原内部构造，而东部为中朝准地台与扬子地台的缝合构造。隧道施工面临着构造交汇部位地应力高度集中、活动断层、强震活动、深埋非均质软岩大变形等各类风险，被称为“隧道工程的禁区”。 木寨岭公路隧道围岩类型有砾岩、断层压碎岩、炭质板岩、千枚化炭质板岩、砂岩等，主要以软质炭质板岩为主，岩性软弱，稳定性差，变形大、持续时间长，施工中多处发生围岩挤压变形，拱架扭曲变形、断裂，初期支护不稳、侵入净空等现象，使施工进度滞后，施工安全面临挑战。本文针对在施工过程中多次出现的变形，造成初期支护侵入净空，拱架扭曲变形、断裂等严重问题，开展了双层支护的试验研究，为隧道支护提供实践依据。但对于更为复杂地质条件下长大隧道工程的安全和快速施工，在地应力影响特征、支护变形控制和施工方法上仍有待进一步研究。
.png)
图1 三台阶双层支护断面图
1工程概况
兰州至海口国家高速公路(G75)渭源至武都段木寨岭隧道位于甘肃省定西市境内，隧道横跨漳县、岷县两县。隧道设计采用分离式设计，其中左线进口里程ZK210+635，出口里程ZK225+856，全长15231m；右线进口里程K210+635，出口里程K225+798，全长15173m。洞身最大埋深约629.1m。隧道进口洞门形式采用削竹式，出口采用端墙式。全隧均为Ⅴ级围岩，斜井作为永久性通风斜井，施工期间作为正洞的出碴通道及运输通道，正洞完工后施作通风隔板用于正洞的送排风道。
木寨岭隧道岩性为砾岩、断层压碎岩、炭质板岩、千枚化炭质板岩、砂岩等，主要以软质炭质板岩为主。隧址区工程地质问题有构造交汇部位地应力高度集中、褶皱带活动强烈、近东西走向断层发育等，地质构造极为复杂，类型多样。
2施工准备
根据围岩监控量测数据，绘制外层拱架时间收敛曲线，同时根据内层拱架施工间隔，合理选择预留变形量，力求在外侧初期支护达到设定的预留变形量前，完成内层初期支护的施做。最终做到内、外层初期支护同时承受围岩压力，降低围岩收敛的速率，将围岩收敛速度控制在合理范围内，为后续施工争取必要的施工时间。
3施工流程
施工顺序为：拱部超前支护→上、中、下台阶第一次开挖、支护→径向注浆加固→上、中、下台阶第二层支护→仰拱开挖、支护→衬砌施工，施工断面图如图1所示。
3.1超前支护
超前支护采用超前小导管配合钢架，利用上一循环架立的钢架，施作隧道超前支护，拱部120°范围设Φ42超前注浆小导管，环向间距0.4m，每环设置37根；小导管每根长3.3m，纵向搭接长度＞1m，每2榀钢架施作1循环；外插角控制在10°～15°，可根据实际情况调整。
3.2开挖
围岩软弱破碎，隧道开挖断面相对较大，遵循“少扰动、强支护”的原则，对开挖施工工艺进行调整和优化，采用三台阶开挖，开挖采用弱爆破，必要时采用机械开挖，如图2，同时配合人工手持风镐进行开挖。开挖上台阶开挖高度3.5m，中台阶高度3.0m，下台阶高度3.1m。
.png)
图2 隧道机械开挖
3.3一层初期支护
第一层初期支护拱墙设H175型钢钢架，间距为0.6m；纵向连接采用Φ22钢筋，环向间距1.0m，每台阶钢架衔接处采用I14工钢代替、“M”字型连接；上中、中下台阶钢架连接处各设2根锁脚锚管，下台阶与仰拱连接处各设2根锁脚锚管，采用Φ42注浆导管，长3.5m，每榀钢架共12根；拱墙设置双层φ8钢筋网片，网格间距15cm×15cm；拱墙喷C25早强混凝土，厚度28cm。
3.4径向注浆加固
在第一层支护完成后，拱墙设置Φ42小导管径向注浆，小导管长5.0m，间距1.0m×0.6m，注水泥浆液。径向注浆小导管（图3）可在第一层支护封闭前进行，和锁脚锚管等一起施做。从而提高增强围岩的密贴程度、提高围岩的自稳力和承载力从而有效改善隧道初期支护结构的稳定性，控制沉降和变形，达到施工安全，改善施工环境。
.png)
图3 径向注浆导管
3.5二层初期支护
为做到抗放结合，给予第一层支护前期有效变形空间，第二层支护滞后第一层支护3-5榀进行施做，全环设Ⅰ20a工字钢钢架，间距为0.6m，与第一层钢架叠加布置；纵向连接采用Φ22钢筋，环向间距1.0m；每榀钢架设12根Φ42锁脚锚管，长3.5m；拱墙设置φ8钢筋网片，网格间距15cm×15cm；根据岩土类型、围岩级别、地形条件、地应力大小等拟定采用全环喷C25早强混凝土，厚度25cm。双层支护施工图如图4所示。
.png)
图4 双层支护施工图
3.6仰拱开挖支护
仰拱开挖应在边墙锁脚锚管施作完成后进行，开挖采用人工配合挖掘机全断面施工，每循环开挖进尺寸控制在3m以内，开挖完成后及时施做支护，仰拱钢架与第二层支护钢架连接，钢架采用H175型钢钢架，间距为0.6m；纵向连接采用Φ22钢筋，环向间距1.0m；喷C25早强混凝土，厚度30cm。
4工序循环
双层支护工序循环时间横道图见图5。
.png)
图5 双层支护工序循环时间横道图
5抗变形效果
开挖揭示地层岩性为压碎岩，原岩以炭质板岩为主，夹有板岩及砂岩，炭质板岩多为泥质结构，岩体破碎、岩质极软，围岩受地质构造影响严重，挤压变形现象明显。施工采用双层H175型钢拱架/0.6m、Φ42径向注浆导管为主的支护参数，第一层支护施做后收敛变形大，最大收敛和变形速率达387mm、43mm/d，变形导致喷砼开裂、拱架严重扭曲。为控制变形，及时进行径向注浆加固，随后施工第二层支护，进一步加强支护措施后，变形有所减小，后期初支变形有缓慢趋势，初支表面未出现开裂、掉块。围岩收敛的速率降低，围岩收敛速度控制在了合理范围内，为后续施工争取了必要的施工时间。
6结论
（1）采用双层初期支护技术，在第一层支护内层叠加施做第二层支护，并辅以加设边墙注浆导管等措施，可有效的改善大变形隧道初期支护结构的稳定性，能较好控制初期支护的变形。
（2）在给予第一层有效变形空间后，后续施工的第二层支护，采用喷射早强混凝土进一步快速提升初期支护的刚度，前期第一层支护在变形后进行拱墙注浆，通过注浆施工后，施做第二层变形相比第一次支护变形明显减小，并逐渐趋于稳定。
木寨岭隧道前期施工变形减小，实现了在埋深小、围岩整体性相对完整情况下采用此支护形式。
木寨岭隧道在地应力高、埋深大于500m地段采用加强刚度初期支护的方法，变形持续增大，无稳定趋势，尤其是中台阶极易发生突变，仍然无法完全避免初支变形侵限和拆换拱的发生。
采用加强刚度初期支护技术，长注浆管现场操作难度大，机械施工占用大量空间，影响工序衔接及运输通道，其他工序无法平行作业，施工进度缓慢。
参考文献
[1]司贤超.共和隧道特殊围岩段初期支护大变形处理技术[J].隧道建设，2015，(s1)：12-14
[2]周建春.某高速公路隧道施工初期支护参数分析与监测[J].广东公路交通，2014，(04)：45-47
[3]孙春森.隧道软弱围岩初期支护大变形的处理[J].西部探矿工程，2016，(11)：82-84
[4]刘志春,朱永全,李文江,等.挤压性围岩隧道大变形机理及分级标准研究[J].岩土工程学报，2008，(5)：690-697
[5]李国良,朱永全.乌鞘岭隧道高地应力软弱围岩大变形控制技术[J].铁道工程学报，2008，(3)：54-59
[6]邹翀,王超朋,张文新,等.兰渝铁路木寨岭隧道炭质板岩段应力控制试验研究[J].隧道建设，2010，(2)：120-124
[7]李廷春.毛羽山隧道高地应力软岩隧道大变形控制技术[J].现在隧道技术，2011，(2)：59-67
[8]吴广明,刘志春,吴晓辉.兰渝铁路两水隧道软岩大变形控制技术[J].铁道标准设计，2013，(12)：82-86
[9]王洪昌.双层初期支护在大变形隧道中的应用技术研究[D].西南交通大学，2013：1-82
[10]李华伟.双层初期支护技术在软岩大变形隧道施工中的应用[J].铁道建筑技术，2014，(2)：52-54
[11]张海洋,徐文杰,王永刚.各向异性软岩隧道围岩蠕变特征及支护方案对比分析[J].铁道建筑,2018,(8)
[12]宋超业,涂洪亮,乔春生.大连地铁2号线兴工街站浅埋大跨隧道双层初期支护组合形式及合理参数分析[J].隧道建设,2015,(6)
[13]张俊儒,欧小强,郑强,等.超大断面隧道在双层初期支护下的拆撑安全性研究[J].现代隧道技术,2018,(6)
[14]钟祺,王小龙,何金宝.大断面软岩隧道双层初期支护分部施工技术[J].施工技术,2016,(1)
[15]万继志.浅埋软弱围岩大跨度隧道双层初期支护施工技术[J].筑路机械与施工机械化,2015,(10)
[16]赵福善.兰渝铁路两水隧道高地应力软岩大变形控制技术[J].隧道建设,2014,34(6):546-553
[17]胡文涛.极高地应力软岩挤压变形特征及支护结构工作性态分析[J].国防交通工程与技术,2012,10(4):20-23
[18]郭波前.极高地应力区隧道地质特征及围岩变形机制研究[J].隧道建设,2017,37(5):586-592
[19]薛兴伟.高地应力强膨胀性泥灰岩隧道多层拱架支护施工应用研究[J]. 铁道建筑技术,2017,(8)