九道河隧洞软岩大变形施工技术探讨

九道河隧洞软岩大变形施工技术探讨

田奇

中国水利水电第一工程局有限公司 吉林 长春 130000

摘要:就软岩大变形隧洞施工技术进行研究，了解软岩大变形发展历程，并分析软岩大变形隧洞的变形特点及变形原因，最后阐述变形控制技术要求，从而更好地提高软岩大变形隧洞的施工质量。

关键词:软岩大变形;隧洞工程;施工技术

1.软岩大变形隧洞施工发展历程

早在九五计划期间，我国就已经开始面临软岩大变形隧洞的工程修建，且在建设能源基地期间也先后出现了软岩大变形而影响工程建设的问题。软岩大变形促使我国在道路修建方面遭遇困难，也影响国家能源基地建设工作，阻碍国家矿产事业发展。随着经济水平的不断提升和科学技术的不断进步，我国已经有了很多成功修建软岩大变形工程的实践案例，这些案例当中所采用的各种控制变形技术成功解决了软岩变形的问题，为后续其他工程的开展提供了诸多经验借鉴。从理论角度考虑，软岩大变形的施工理论一直是世界建筑领域所讨论的难点话题。而事实上，在浅埋软弱围岩隧洞工程施工期间，很难避免出现大变形的问题，只有合理评估支护参数，并完成支护结构设计，才能够改善软岩变形的状态，对软岩大变形进行控制。

2.软岩大变形的实例探讨

2.1隧洞理论要求

云南地形较为复杂，地跨横断山脉、云贵高原、等几大地貌单元，云南地形极为复杂，

大体上西北部是高山深谷的横断山区，东部和南部是云贵高原。最高峰是西北部迪庆藏族自治州德钦县的梅里雪山，其主峰卡瓦格博峰海拔6740米。最低点是河口县的元江河谷，海拔仅有76.4米。整个云南西北高、东南低，有84%多的面积是山地，高原、丘陵占10%，仅有不到6%是坝子、湖泊之类。九道河隧洞总体方向东偏北25°，全长7276.33m，设计断面尺寸8.26m×8.96m，马蹄形断面，为无压洞。出口底板高程1924.689m，设计引用流量100m3/s。隧洞穿越地段属低中山地貌，主要山脊、河流NNE向，沿线地面高程2067m～2193m，谷底高程一般1770m～1820m，最大山顶高程2354m，位于隧洞中段葫芦德附近。该段隧洞埋深较大、沟谷部位及出口段埋深较小，埋深多在100m～300m之间，最大埋深约380m，穿越冲沟部位埋深一般100m～150m。

九道河隧洞穿越的地层除第四系覆盖层、白垩系普昌河组（K1p）、马头山组（K1m）、江底河组第一段（K2j1）地层为主，地层岩性主要为为泥岩、粉砂质泥岩、泥灰岩、泥质粉砂岩及砂岩等。隧洞穿越的断层带及影响带累计长度约911m，约占该段隧洞总长的12.5%，以泥岩、粉砂质泥岩为主的软岩（5MPa＜Rb≤15MPa）洞段累计长度约4921m，约占67.6%，以泥质粉砂岩、泥灰岩、钙质泥岩夹粉砂岩为主的较软岩（15MPa＜Rb≤30MPa）累计长度约661m，约占9.1%，以砂岩为主的硬质岩洞段累计长度约783m，约占10.8%。隧洞中段（JDHT3+913～JDHT4+823）K2j1、K1m2地层中夹有薄层状灰白色石膏，在ZK1048钻孔5.6m～1144.49m段中揭露，泥钙质泥岩、粉砂质泥岩夹砂岩沿节理面充填有厚度约0.2cm～0.8cm白色膏岩，线比例＜1%。

九道河隧洞断层构造发育，发育1条宽缓背斜和多条断层，褶皱、断层构造线方向为NNW～NNE向，与隧洞轴向中等～大角度相交。共发现了15条Ⅱ级、Ⅲ级断层，其中宽度≥5.0m的Ⅱ级断层4条，宽度＜5m的Ⅲ级断层11条。断层走向以近SN向、NNE向为主，东倾、陡倾角为主。节理裂隙较发育，以层面裂隙为主，其次为平行于断层的构造裂隙。褶皱核部岩层缓倾。

九道河隧洞埋深在100m~200m之间，最大埋深283m，穿越地层岩性以“滇中红层”泥岩为主，前段分布有少量昆阳群白云岩地层，隧洞工程地质条件较复杂，隧洞围岩稳定问题较突出。“滇中红层”是一种外观以红色为主色调的陆相碎屑沉积地层，中国红层大多数形成于晚三叠世至古近纪,通常由一套砂岩、粉砂岩、泥岩组成，偶有泥灰岩和砾岩。多为硬质岩与软质岩互层。红层中的软岩是指泥岩和泥质粉砂岩强度低、透水性弱、亲水性强、遇水易软化、塑变、抗风化能力弱、易崩解。由于红层特别是红层软岩特殊的工程性质,是典型易滑地层,工程建设中最易诱发地质灾害。

2.2九道河隧洞实际情况探究

九道河隧洞有着复杂的地质条件，隧洞在开挖过程中有严重的地形交叉问题。阶段性试验成果表明，采取超前的技术能够有效降低洞穴施工的成本，提高其施工速率，通过对应力控制释放技术研究，进一步探究安全有效的软岩施工技术。另外，还可以采用微台阶开挖工法。在三台阶七步法的基础上利用围岩变形控制，在开发过程中实行同步开发、同时进行的操作过程，我们需要加强对人力、物力、财力还有技术水平等多方面的要求。此外，随着计算机技术的发展，其计算能力、计算速度和计算的精准度都达到了世界前所未有的水平，可以根据计算机准确的衡量隧洞的一些精密数据。通过计算机将计算与道路建设相结合，预测和分析道路、隧洞还有矿洞中的细微变化，以及精准地测量和检测，推测出施工过程中可能发生的意外。对一些不可避免的事情，做好防御措施，积极地将隧洞岩洞建设当作一项工程和事业，也就是需要从细节和大局两方面把控。

3.隧洞工程变形控制技术

3.1控制施工损毁情况

施工时需要秉承着不破坏围岩的施工理念，施工期间尽量减少对周边岩石的破坏，避免对岩石变形产生不利干扰，控制岩石变形程度。首先，通过辅助施工的方法在开挖隧洞之前就做好超前支护，针对软弱岩石进行加固处理。其次，在岩石爆破环节控制好爆破力度，减少对周边岩石的扰动。最后，针对破碎状态的岩石尽量利用铁锨进行挖掘，不要促使其受到爆破的影响。

3.2管理开挖行为

在开挖环节需要注重对短进尺的管理，确保初步支护能够形成闭环，减少单循环开挖的长度，避免因为单循环开挖过程而对拱架承受压力产生影响。开挖行为的管理还要注重对单循环作业时间的控制，减少软岩变形的时间，在快速形成岩面闭环时，每当出现岩石碎渣，就立即通过喷射混凝土进行封闭，减少岩石在空气当中暴露的时间，避免岩石出现崩解的情况。在了解到软岩变形因素的情况下，需要在每个台阶挖掘完成以后都通过临时支护的方式来加强支护力量，形成完善的支护体系严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”十六字方针开挖支护。

3.3注重临时支护

在临时支护施工期间需要考虑到支护的注浆情况，采取径向注浆的方式，不断对松动圈进行加固。在每个支护循环完成以后，立刻向拱顶的位置进行注浆，设置好注浆参数，确定好注浆支护的间距，避免因为承载力不足而无法呈现出注浆支护的作用。

3.4使用径向注浆加固围岩

支护完成一次循环后，完成径向注浆加固工作，使岩石空隙被浆液全部填筑严实。径向注浆加固围岩可以使浆液与围岩连接在一起，改善岩体的受力结构，使围岩更稳定，塑性变形区域的厚度比径向加固的拱圈半径大。正常软岩变形段的径向保护拱圈半径长度设置4.5m，极软弱围岩、富水段的有效半径设置7m左右，根据不同地质情况酌情设定有效半径。

结语

总而言之，现阶段我国在隧洞建设方面已经取得了很大的进展，已经能够有效解决软岩大变形的情况。具体而言，在施工过程中应根据实际情况选择适合的支护参数和施工方法，进而对围岩变形情况进行有效控制，从根本上确保隧洞施工的质量和安全。

参考文献：

[1]金涛,李博融,董长松.松散地层隧洞防坍塌控制技术研究[J].灾害学,2019,34(S1):52-57.