矿业114发表时间：2020-06-02T01:39:36.053Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年4期作者：赖航迟学新
[导读] 在成昆铁路复线小相岭隧道施工过程中，T3b地层（三叠系白果湾组）出现大变形工程实例，对其变形现状、支护破坏特征及变形原因进行分析。结合现场变形监控量测数据及变形控制效果，优化支护措施参数，为类似工程提供借鉴。
赖航迟学新
中铁二院(成都)建设发展有限责任公司
摘要：在成昆铁路复线小相岭隧道施工过程中，T3b地层（三叠系白果湾组）出现大变形工程实例，对其变形现状、支护破坏特征及变形原因进行分析。结合现场变形监控量测数据及变形控制效果，优化支护措施参数，为类似工程提供借鉴。
关键词：大变形；隧道支护；参数优化
1工程概况
小相岭隧道位于成昆铁路复线峨眉-米攀段，全长21775m，为单洞双线隧道。洞身主要通过8套地层，10条断层、1处向斜/背斜等构造。隧道最大埋深约1300m。全隧设2座斜井、1座横洞及1座贯通平导。施工现场不良地质现象发育，高地应力区分布广泛，隧道在施工过程中，极易出现严重的大变形。 2工程地质条件
根据施工开挖揭示，大变形段落为上三叠系白果湾组(T3b) 砂岩、页岩、粉砂岩夹薄层炭质页岩及煤线，灰～灰黑，薄层状，夹一层厚层粉砂岩，砂（泥）质结构，夹薄层页岩，质软，遇水易软化，层间结合较差；岩层倾角10～22°，倾向掌子面左侧，为缓倾岩层；切层节理发育，间距0.06～0.2m，延伸性好，张开无充填，岩体破碎，拱顶易坍塌掉块，有渗水，地下水弱发育，该段岩性判识为IV级围岩。该段典型掌子面形态如图1所示。 两脚离合器
图1 典型掌子面形态
3 T3b地层大变形现状
由于T3b地层大变形，引起小相岭隧道平导变形开裂显著，如左侧初支脱落，最大面积1.7m2，厚度5cm，拱顶下沉累计值最大达到153.5mm，边收敛值累计值最大达到97.6mm。此外，平导底板上拱明显，出现纵向裂纹，最宽76mm；底板单日上拱最大隆起值为6.6mm，累计最大达到254mm。现场情况如图2所示。同时，小相岭隧道正洞也出现了变形开裂现象，如左侧拱腰初支局部小面积混凝土崩落掉块，最大面积0.6 m2，厚度为4cm，拱顶下沉累计最大为235.6mm，周边收敛累计最大83.5mm。现场变形如图3所示。
图3 正洞变形 4 大变形原因分析引起隧道软质岩大变形影响因素主要包括地应力条件、岩体强度、地质构造影响。
4.1 地应力条件根据正洞围岩应力测试，底板损伤区在0～
5.4m，建议围岩松动圈范围为5m；最大应力为水平主应力，为1
6.5MPa。由于区段地应力大，隧道开挖卸荷之后，触发了大变形的出现。
4.2岩体强度根据实测剖面信息，三叠系白果湾组(T3b)地层以泥、页岩为主，开挖揭示围岩主要为灰-灰黑砂岩、粉砂岩，薄-中厚层状，夹薄层页岩，炭质页岩层厚1～10cm。这些岩石岩质较软，遇水易软化或泥化。由于这些岩石强度低，尤其是施工扰动之后，强度进一步降低，在
释放强大的地应力之后，发生了大的塑性变形。
4.3地质构造影响
根据区域地质资料，该段开挖揭示岩层构造为单斜构造，倾角约10°～22°的缓倾岩层，节理间距0.06～0.2m，微张无充填，节理切割严重，局部段节理贯穿从拱顶至隧底，致使围岩破碎，自稳力差。在该岩层构造下，隧道拱顶和底面岩层易发生拱顶下沉、底鼓等向着临空面正方向的弯折变形现象，两
侧壁部位岩层倾向与侧壁临空面正方向平行或小角度相交，在高地应力情况下，两侧壁岩层易向隧道内滑移变形。
5 大变形段落支护参数优化
基于该T3b地层，围岩级别判识为IV级，大变形等级划为I级大变形（轻微大变形）的前提下，本着安全、经济、高效的原则，对原设计各支护参数进行优化，具体措施如下：1）优化仰拱矢跨比，对于大变形段落，通过加深仰拱，增大仰拱矢跨比，可有效改善受力状况；仰拱矢跨比由原设计的1/7.9优化为1/5.7。2）增大预留变形量，容许初期支护和围岩有一定的变形，可充分发挥围岩自稳作用；将预留变形量由原设计的8-10cm优化为15-20cm。3）优化初支钢架，钢架封闭成环，能有效增强初期支护抵抗围岩应力的作用，另外，利用工字钢钢架受力较快，支撑强度大、刚度大的特点，可承受较大初期围岩压力；对初支钢架进行优化，原设计支护参数采用拱墙设置格栅钢架，间距1.2m，优化为设置全环I18型钢钢架，并将钢架间距加密至0.8m。4）增设长锚杆，锚杆在其长度范围内形成一个加固的“承载环”，在约束围岩变形的过程中，对围岩产生径向约束力，在其全长范围内约束围岩变形；对该大变形段落锚杆设计参数进行优化，原设计参数为：拱部Φ22中空锚杆，边墙Φ22砂浆锚杆，锚杆长度为3m，锚杆间距为1.2m×1.2m（纵×环），在此基础上，仰拱增设6m长Φ22中空锚杆，锚杆间距为1.0m×1.0m（纵×环），长锚杆结合现场工序与作业空间等情况在初期支护完成后及时施作。
6.结语
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通过对小相岭隧道进口工区T3b地层大变形原因的分析，针对该大变形段落，在考虑施工安全的前提下，采取经济有效的控制措施，及时优化隧道支护参数，如适当增大仰拱矢跨比、增大预留变形量、采用全环型钢钢架、增设长锚杆，该地层已发生大变形段落的变形得到有效控制，未施工段落，在后续的施工过程中，也未出现大变形迹象，优化效果显著。
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