软岩大变形隧道长短锚杆施工控制技术研究

发表时间：2020-11-24T07:29:39.357Z 来源：《防护工程》2020年22期 作者： 张志民

[导读] 软岩大变形是目前国内隧道施工中一个常见且重要的地质问题。根据成兰铁路榴桐寨隧道3号横洞软岩大变形的施工经验，对长短锚杆在大变形隧道施工过程中的作用机理、设计参数、锚杆注浆材料选择等内容进行了分析，得出在不同的变形条件下，隧道施工采用不同的长短锚杆组合方式，可以有效控制隧道初期支护结构变形。本研究涉及软岩大变形隧道长短锚杆施工控制技术的研究。张志民

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摘要：软岩大变形是目前国内隧道施工中一个常见且重要的地质问题。根据成兰铁路榴桐寨隧道3号横洞软岩大变形的施工经验，对长短锚杆在大变形隧道施工过程中的作用机理、设计参数、锚杆注浆材料选择等内容进行了分析，得出在不同的变形条件下，隧道施工采用不同的长短锚杆组合方式，可以有效控制隧道初期支护结构变形。本研究涉及软岩大变形隧道长短锚杆施工控制技术的研究。 关键词：铁路隧道；软岩大变形；长短锚杆组合；施工控制

我国的铁路建设正在高速发展，铁路标准也在不断提高，越来越多的隧道被挖得很深。在隧道施工过程中，软岩大变形是一种严重的地质灾害，隧道开挖后一旦发生软岩大变形，会导致支护破坏，甚至坍塌，严重影响了施工的安全和进度，并且会造成施工成本增加。 根据研究和施工经验发现，在软岩大变形隧道施工中长短锚杆组合支护方式是一种比较好的支护形式，此支护方式中，短锚杆加固浅部围岩以迅速形成承载结构，长锚杆穿过较深的塑性变形区，锚固在稳定的围岩中，充分发挥锚杆的支护作用。 1 工程概况

榴桐寨隧道全长16262米，位于薛城～卧龙“S”型构造带北东段与石大关弧形构造带东段复合部位，岷江断裂带南段。受区域构造影响，断层、褶皱发育。隧道总体穿越由永顶倒转向斜和火烧坡向斜、火烧坡倒转背斜组成的复式褶皱构造，中间被大岐山断层所切断。榴桐寨隧道3号横洞管段的正线施工任务穿越火烧坡向斜，岩石主要为千枚岩和炭质千枚岩，受地质构造岩体节理裂隙发育，完整性差。 2 大变形隧道锚杆施工技术 2.1 长短锚杆组合支护机理

长短锚杆组合支护方式中，短锚杆的作用机理主要有：

⑴短锚杆与浅部围岩共同作用，组成具有一定承载能力的加固结构； ⑵短锚杆提供支护反力，浅部破碎围岩进一步破坏，减少其膨胀变形；

⑶短锚杆锚入塑性区，与中间破碎区围岩形成整体结构，共同承载塑性区围岩的变形，并降低长锚杆在浅部围岩的剪应力。 长锚杆的作用机理主要有： ⑴控制深部围岩的变形；

⑵将短锚杆形成的浅部加固结构锚固在稳定岩层上，使浅部围岩与深部围岩共同作用，协调变形。

软岩大变形隧道施工中采用长短锚杆合理设计组合，可以有效控制隧道支护结构的变形，保证隧道施工安全和进度。 2.2 长短锚杆施工措施

软岩大变形隧道施工方法和支护措施的选择对控制围岩变形是非常重要的，施工过程中应根据地质条件的变化及时调整施工方案，施工方案的合理选择会直接影响到施工的安全、进度和效益。

通过对大变形段初期支护围岩监控量测数据的分析得出，隧道变形主要以边墙变形为主，拱顶沉降量相对较小，这主要与隧道岩层的产状有关系。由此确定大变形段隧道锚杆施工原则：长短锚杆相结合、长短锚杆分开施作相结合；轻微和中等大变形段落拱部采用短锚杆，边墙采用长锚杆，长短锚杆同时施作；严重大变形段落拱部90°以外及边墙采用短锚杆，初期支护施作完成后拱墙采用长锚杆。 榴桐寨隧道3号横洞在施工过程中存在轻微大变形、中等大变形和严重大变形3种大变形形式。3种大变形形式下所采用的长短锚杆组合支护方式和施工顺序如下：

⑴轻微大变形：隧道开挖初喷后，长短锚杆同时施作，拱部120°范围内采用3m长φ22组合中空锚杆，边墙采用6m长Φ22砂浆锚杆，间距1.2×1.0m（环×纵）；全环I20b型钢钢架，间距0.8m。

⑵中等大变形：隧道开挖初喷后，长短锚杆同时施作，拱部120°范围内采用3m长φ22组合中空锚杆，边墙采用6m长Φ22砂浆锚杆，间距1.2×0.8m（环×纵）；全环HW175型钢钢架，间距0.8m。 轻微、中等大变形段落锚杆布置形式如图1：

图1 轻微、中等变形段落锚杆布置

⑶严重大变形：隧道开挖初喷后，拱部90°以外及边墙采用4m长φ25涨壳式中空锚杆，间距1.2×1.2m（环×纵）；初期支护施工完成后施作长锚杆，拱部90°采用6m长φ25中空锚杆，其余拱部及边墙采用8m长φ32自进式锚杆，间距1.2×1.2m（环×纵）；全环HW200型钢钢架，间距0.6m。

严重大变形段落锚杆布置形式如图2：

图2 严重变形段落锚杆布置 2.3 软岩大变形隧道施工工艺

在软岩大变形隧道施工方法选择时，需根据围岩的地质情况、受力状态、机械设备能力、施工安全等因素综合考虑，施工过程中应遵循以下原则：

⑴采用弱爆破，尽量减少开挖对围岩的扰动，有条件的可以采用机械开挖；

⑵短开挖、多循环、快封闭，减少开挖面围岩的暴露时间，保证初支快速封闭成环，以改善支护结构的受力状态； ⑶严重大变形段初支施作完成后尽快施作长锚杆，使钢架和锚杆尽快形成加固组合结构，以控制围岩变形； ⑷采用锚杆钻机施作锚杆，确保锚杆的长度和方向。

软岩大变形隧道施工的核心理念是保护围岩，提高围岩的自稳性和承载能力，初期支护结构快速封闭，减少围岩的暴露时间，因此，施工过程中尽量采用机械作业，提高工作效率。 2.4 锚杆注浆材料选择与对比

为了比较不同锚杆注浆材料对隧道结构变形的影响，选取两个试验段对中空锚杆注浆材料的性能进行比较。试验段1：D8K146+250～D8K146+230（严重大变形）采用水泥浆作为中空锚杆注浆材料。试验段2：D8K146+230～D8K146+205（严重大变形）采用快凝早强浆液（由成品早强水泥和双快水泥按一定比例混合制成）作为中空锚杆注浆材料。试验段1设置5个监控断面，试验段2设置5个监控断面。通过

对两个试验段隧道初期支护结构变形监控量测，分析隧道拱顶沉降和周边收敛变形规律，研究锚杆注浆材料对加固围岩、控制隧道初期支护结构变形的影响，量测数据见表1和表2。 表1 水泥浆锚杆隧道初期支护结构变形量测数据

表2 快凝早强浆液锚杆隧道初期支护结构变形量测数据

试验1中，隧道初期支护结构变形收敛时间为62天，由表1监控量测数据得出：拱顶下沉累计平均值为115.3mm，拱顶下沉最大值为121.3mm，边墙收敛变形平均值最大为294.4mm，边墙收敛变形最大值为302.9mm。

试验2中，隧道初期支护结构变形收敛时间为38天，由表2监控量测数据得出：拱顶下沉累计平均值为65.4mm，拱顶下沉最大值为71.4mm，边墙收敛变形平均值最大为187.5mm，边墙收敛变形最大值为200.6mm。

通过对比两个试验段隧道初期支护结构的变形值，可以发现采用快凝早强浆液作为注浆材料的中空锚杆对隧道初期支护结构变形的控制优于采用水泥浆作为注浆材料的中空锚杆。对采用快凝早强浆液作为注浆材料的锚杆进行了抗拉拔试验，试验结果表明：锚杆的抗拔力满足设计和规范要求；同时，进行了锚杆长度和注浆密实度检测，检测结果表明：锚杆长度和注浆密实度符合设计和规范要求。 3 结论

通过对成兰铁路榴桐寨隧道3号横洞软岩大变形段施工过程中长短锚杆组合设计、锚杆注浆材料试验及监控量测数据等进行分析，得出以下结论：

⑴长短锚杆组合是软岩大变形隧道控制初期支护结构变形的有效方法，应根据开挖地质情况及时调整施工方案，选择不同的长短锚杆组合方式。

⑵软岩大变形隧道施工过程中应尽量采用机械作业，提高工作效率，使初期支护结构尽快封闭，以改善初期支护结构的受力状态。 参考文献：

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