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牡绥铁路兴源隧道软岩大变形控制技术

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第36卷第851 攫遁建设 Tunnel Construction Vo1.36 No.8 Aug.2016 2016年8月 牡绥铁路兴源隧道软岩大变形控制技术 徐松 100044) (中国铁建二十二局集团有限公司,北京摘要:为解决东北地区高地应力软岩隧道产生的大变形问题,针对薄层状炭质泥岩夹砂岩,从台阶长度高度、主要的技术措施以及 施工组织措施等方面进行研究。主要研究结论如下:1)在开挖和支护技术上,上台阶高度为3.5 m,采用单层I25b工字钢、689洞 身管棚,锁脚采用 89大直径长锁脚,增加纵向型钢连接及全环径向注浆加固等支护措施;2)施工组织措施上,采取快挖快支快封 闭、仰拱二次衬砌适时跟进的施工原则。采用以上软岩隧道施工方法,有效地控制了围岩变形,确保了施工安全,加快了施工进度。 关键词:牡绥铁路;兴源隧道;高地应力;软岩;大变形隧道;控制技术 DOI:10.3973/j.issn.1672—741X.2016.08.016 中图分类号:U 45 文献标志码:B 文章编号:1672—741X(2016)08—0997—07 Large Deformation Control Technologies for Soft Rock of Xingyuan Tunnel on Mudanjiang-Suifenhe Railway XU Song (China Railway 22nd Bureau Group Co.,Ltd.,Beijing 100044,China) Abstract:Study is made on large deformation of soft rock tunnel with high ground stress located in thin bedded carbonaceous mudstone interbedded sandstone in Northeast China in terms of bench height and length,construction technologies and constuctrion organization.Some conclusions are drawn as follows:1)The height of top heading is 3.5 m;and single—layer H·steel I25b, 89 mm pipe roof,longitudinal shaped steel and radial grouting are adopted.2)The constuctrion principle of rapid excavation,rapid support,rapid close and invert lining timely is adopted.Finally,the deformation of surrounding rocks has been brou【ght under effective control;the constuctrion safety has been guaranteed and the construction schedule has been shortened. Keywords:Mudanjiang—Sui ̄nhe Railway;Xingyuan Tunnel;high ground stress;soft rock;large deformation; control technology 0 引言 软岩大变形隧道的施工问题自20世纪60年代起 就作为世界性难题被提出,是困扰隧道建设者的突出 问题,也是国内外隧道工程界普遍关注的焦点和难点 问题之一。如何才能有针对性地研究控制技术,发挥 支护的最佳效果,国内外专家从理论到实践在各个领 闭、底部加强、改善结构、地质预报”的快速施工原则 和总体方案;邹狲¨。。通过调研兰渝铁路,得到控制软 岩隧道变形的施工方法;赵福善 在保证安全施工的 基础上,提出了软岩隧道大变形分级标准及其对应的 支护参数;唐绍武 认为针对大变形软岩隧道应放抗 结合,先让发生较大变形,后提高其刚性支撑。以上这 些研究大多都是针对某个特殊的工程案例,研究成果 有一定的局限性。 域都做了许多探索和研究。研究方向主要体现在软岩 的变形机制¨-3l、支护结构与软弱围岩相互作用规律 等方面、软岩流变的本构关系E4-s J、软岩支护原则 以 兴源隧道处于大顶山东南翼兴源复向斜西北翼, 及最佳支护时机 j。如孙伟亮 J、王水善 基于隧道 施工力学行为分析,制定了“超前支护、初期支护加 强、合理变形、先放后抗、先柔后刚、刚柔并济、及时封 收稿日期:2015—06—20;修回日期:2016—06—24 地质条件复杂,断层发育,岩层褶皱扭曲变形严重,岩 体软弱破碎,地下水丰富,地质构造造成地应力高且存 在偏压等影响,与以往发生变形隧道相比,兴源隧道变 作者简介:徐松(1984~),男,云南昭通人,2010年毕业于jE京交通大学,土木工程专业,本科,工程师,现从事隧道工程施工管理工作。E—mail 921773927@qq.corn。 1002 隧道建设 第36卷 2)围岩压力和接触压力结果均表明右拱腰部位承 生的接触压力也随之增长,且在二次衬砌施作后8 d 受很大的围岩变形荷载,结合围岩地层岩性综合分析表 明,受围岩流变挣l生及岩层走向、倾向的影响,围岩主要 变形破坏向右拱腰临空面发展,因此对右拱腰的支护结 构产生极大的荷载作用,现场采用不对称支护措施,右 侧拱腰增加4根N32自进式锚杆,锚杆长8 m。 3)拱架受力满足横截面正应力分布特征,且表现 出整体受压,拱架受力对各部分开挖表现敏感,随着开 挖拱脚约束解除,其受力迅速发生变化,待下部拱架设 立重新建立约束,其受力重新迅速建立平衡。整体上 看,上部拱架受力明显大于下部,说明大变形主要发生 在拱顶及拱腰部位,监测图如图18和图19所示。 ~拱顶—._左拱腰 +右拱腰—一左拱腰 — 右拱脚—._左墙腰—+_右墙腰 图18 DK41l+414里程断面钢支撑应力时程曲线 Fig.1 8 Time—history curves of steel arch suppo ̄at cross—section DK411+414 ^ —●—●—., 、 —●—●一一 { / 内基本达到平稳阶段,此后围岩变形较小,二次衬砌受 力缓慢增大,最终达到0.2 MPa左右,隧道围岩变形与 支护受力之间的相互作用基本达到平衡。 6结论与建议 我国铁路的高速发展促使高地应力软岩隧道越来 越常见,因此很有必要去总结像兴源隧道这样具有代 表高地应力软岩隧道的施工工法和整套的支护参数, 为以后的工程实际提供合理安全的施工方案。本文以 兴源隧道为背景,对其变形特征、变形规律和支护技术 进行分析,得出结论如下。 1)隧道的构造应力造成了高地应力,地层岩性、 地层构造、软弱夹层和地下水是围岩产生大变形的重 要影响因素。变形速率总量大部分表现为4+4+2 (上台阶开挖后变形总量+中台阶开挖后变形总量+ 下台阶开挖后变形总量)或3+3+3+1(上台阶开挖 后变形总量+中台阶开挖后变形总量+下台阶开挖后 变形总量+仰拱开挖后变形总量)。施工过程中确定 每个台阶开挖后确保各项加强措施如689锁脚、径向 注浆及R32N高强锚杆需要在3~5 d施工完成,通过 措施参与达到控制围岩变形的目的。 2)大变形隧道支护的过程中要根据围岩的变形 速率、变形总量灵活运用各项措施,确保支护时间的合 理性。及时调整和修正支护措施,根据现场实际情况 来选择针对性和适应性的施工技术方案。 3)通过对已完成段的量测数据结合地质情况进 行综合分析,预判前方需要预留变形量的大小,围岩变 形稳定的时间周期需要多久,从而确定仰拱、二次衬砌 的合理施工时间,以此为基准加快现场的施工组织,以 达到工序良性循环的目的。为防止二次衬砌受力开裂 影响运营期间的安全,应在施工过程中积极研究加强 二次衬砌的配筋及厚度。 参考文献(References): [1]何满潮,景海河,孙晓明.软岩工程力学[M].北京:科 第8期 ]J]J徐松: 牡绥铁路兴源隧道软岩大变形控制技术 ]j]J]j]j卜ll  1003 学出版社,2002:11—12.(HE Manchao,JING Haihe,SUN 700.(ZHANG Zhiqiang,GUAN Baoshu.Research on the deformation rule of weak rock mass tunnel under high initial Xiaoming.Engineeirng mechanics of soft rock[M].Beijing: Science Press,2002:11—12.(in Chinese)) geostress[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2000,22(6):696—700.(in Chinese)) [8] 孙伟亮.堡镇隧道高地应力顺层偏压软岩大变形段的快 何满潮,景海河,孙晓明.软岩工程地质力学研究进展 [J].工程地质学报,2000,8(1):46—62.(HE Manchao, JING Haihe,SUN Xiaoming.Research progress of soft rock 速施工技术[J].隧道建设,2009,29(1):79—81.(SUN Weiliang.Rapid constuctiron technology for Baozhen Tunnel in heavily deforming soft rock stratum with high ground stress engineering geomechanics in Chinese coal mines[J]. 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