【中铁】广昆铁路秀宁隧道施工关键技术（共50页）

1、广昆铁路秀宁隧道施工关键技术中铁十六局集团有限公司2014年9月 一、工程概况二、施工关键技术 三、体会 一、工程概况1. 工程概况 秀宁隧道为广昆铁路（成昆铁路广通至昆明段）扩能改造工程中的双线单洞隧道，全长13187m，设计行车速度160km/h（预留200km/h），是全线的控制性工程。隧道位于楚雄禄丰南车站与昆明安宁双湄村车站之间，出口段位于半径为5000m的左偏曲线上，其余位于直线上。线路为单坡设计，进口端11727m坡度为11，出口端1460m为9。 秀宁隧道13187m 一、工程概况 秀宁隧道地处云贵高原东南部，属中高山构造侵蚀、溶蚀地貌，地形陡峻、起伏较大，最大埋深565m。隧

2、址区地质构造复杂，主要通过强构造带千枚岩、泥岩、板岩和灰岩地层；隧道穿越5个褶曲构造和8个富水断层带，其中罗茨易门断裂带宽1000余米，属于川滇南北向构造体系中的系列大断层，隧道出口段穿越该断裂带核部550m，为糜棱岩，围岩为VI级。 一、工程概况隧道穿越糜棱岩地层550m 一、工程概况罗茨易门断层秀宁隧道 一、工程概况 隧址区属金沙江水系，水文地质条件非常复杂，区内各类型地下水的埋藏、分布、富水性受地质构造、地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制。隧道穿越近5km 的富水区，地下水主要为岩溶及构造裂隙水，岩溶较为发育，在褶皱带、断裂带、可溶岩与非可溶岩接触带，极易发生突水、突泥等危害。预测隧道最大

3、涌水量为140,000m3/d，地表水主要为溪水、沟水，隧道进口附近有大官田水库，出口段下穿龙潭水库，库底到隧道顶不足10m。隧址区水文地质单元划分（深蓝为单元边界，箭头为地下水流向，红线为隧道线）隧道出口隧道进口龙潭水库大官田水库 一、工程概况 秀宁隧道为双线大跨隧道，按照：隧道进口、隧道出口、进口平导、1#4#斜井进行施工组织。由于受突水、突泥影响，开挖受阻，1#A斜井废弃，改为1#B斜井，3#斜井废弃。 一、工程概况2. 隧道施工难点 （1）隧道出口段550m 位于罗茨易门断裂带核部，地层为糜棱化的断层角砾岩，即糜棱岩，富水，围岩为VI级，埋深463m，最大开挖跨度15.2m，最小覆跨比

4、只有0.26。富水糜棱岩围岩的稳定性极差，隧道开挖后自稳时间不足1个小时，极易发生溜坍、涌泥现象，糜棱岩地层的围岩稳定和变形控制是秀宁隧道施工的最大难题。掌子面溜坍掌子面涌泥 一、工程概况 （2）隧道下穿龙潭水库段长60m，地层软弱破碎，VI级围岩，水库水深5.4m，库底到隧道拱顶9.8m（含淤泥层2.5m），水库水向隧道排泄的径流途径很短，在水压的作用下，产生渗漏和涌水的可能性很大。施工稍有不慎发生坍塌冒顶、水库内的蓄水会瞬时涌入洞内，造成重大施工灾害。 掌子面涌水龙潭水库 一、工程概况 （3）隧道洞身穿越由八条断层破碎带及岩溶发育区组成的三个大型高压富水区，总长达5km，最大涌水量14万m

5、3 /天，最大水压2MPa，隧道开挖遇到富水断层、暗河和溶洞时防治突水、突泥危害极为困难。此外，隧道施工排水将对区域内的地下水环境造成影响，引起地表水的漏失、井泉干枯等环境问题。 1#A斜井淹后废弃溶洞填充物隧道底突水大排量排水 一、工程概况 （4）隧道穿越炭质板岩地层约4km，占全隧的30%，其中1/3埋深大于400m，属高地应力地层。炭质板岩呈薄层状、层间基本无胶结，由于受到构造应力作用，板岩节理扭曲，大部分呈破碎、断裂状态，结构松散。遇水后强度低、极易失稳，隧道施工极易产生滑坍、严重超挖、大变形、初支侵限等问题，围岩稳定性及其变形控制十分困难。 掌子面滑坍隧道严重超挖大变形超限 二、施工

6、关键技术 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术 2. 大断面隧道下穿水库施工风险控制技术 3. 高压富水断裂带隧道施工防突涌技术 4. 薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术（1）糜棱岩工程特性研究 糜棱岩是韧性变形条件下形成的断层岩，由基质和碎斑构成。它是强烈破碎塑变作用所形成的岩石，往往分布于断裂带两侧，因为压扭应力的作用，使得岩石发生错动、颗粒破碎。糜棱岩在我国主要分布在四川和云南两省。 1885年，英国学者Lapwroth在研究苏格兰高地莫因（Moine）断裂带时，第一次提出了糜棱岩（Mylonite）这个科学术语。他认为，糜棱岩是一种细粒的、具有强烈理化作用、在脆性破碎及研磨作用下形成

7、的岩石，形成过程中不伴有组分的重结晶作用。 1968年，Turner重新定义糜棱岩为“粗粒岩石的极端粒化，没有明显的化学再造，一种细粒碎石样粘固带状或条带状岩石。未破裂的母岩呈眼球状或透镜体，常包含在粒化的基质中”。 对糜棱岩的认识和研究已超过百年，在其组成和变形机制方面已有了较多的了解。但由于糜棱岩构造和组成的复杂性，对它的组构和工程特性（如受力变形特性、水稳性、渗透性等）知道的还不多，还需要做进一步的研究。 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术 糜棱岩基本物理性质指标：物性指标名称单 位范 围平 均 值基本指标含水量w%5.9 11.48.20密度g/cm32.20 2.322.25比重

8、Gs-2.65 2.702.67换算指标湿重度kN/m321.56 22.7422.07孔隙比e-0.21 0.370.28孔隙率n%17.4 27.021.9饱和度Sr%43.2 10078.6干重度dkN/m319.37 21.4920.46饱和重度satkN/m320.68 24.5422.61浮重度kN/m310.87 14.7312.80 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术 隧道出口段糜棱岩开挖揭示：掌子面及侧壁围岩层理、片理清晰，层厚小于2cm，压碎严重，扭曲，岩体呈角砾碎石夹土状镶嵌。而且局部富水呈饱和状，其中有不规则的泥囊分布。 施工中，与院校合作，现场采集糜棱岩试样，采用

9、微观结构分析、矿物和化学组成分析、物理和力学试验等多种方法，对罗茨易门大断裂核部糜棱岩的组构特征、物理和力学及渗透特性进行全面分析，明确了糜棱岩的组构特征（粒度成分、孔隙特征和矿物成分），获得了糜棱岩的基本物理性质、抗剪强度和渗透性指标及其变化规律，确定了糜棱岩抗剪强度的水稳性，为研发富水糜棱岩地层VI级围岩的超前注浆加固技术奠定了基础。 组成特征：级配曲线糜棱岩试样颗粒的能谱分析图SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOKa2ONa2O烧失量61.2283.9810.3818.722.517.331.574.340.452.231.853.401.922.183.155.56矿物组成 1.

10、富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术 微观结构特征： 扫描电镜下可见碎屑矿物具波状消光、解理和双晶纹弯曲、颗粒边部碎裂等现象。韧性基质是一些细粒矿物的集合体，变形残核是经受韧性变形的矿物，显透镜状或带状。孔隙组成及分布100倍1000倍10000倍 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术糜棱岩试样的扫描电镜照片 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术抗剪强度的水稳定性 渗透特性 从左上图可以看出，当含水量4.0%增加到12.0%时，其粘聚力从14.97kPa增加到62.64kPa，增加了约3.2倍；而内摩擦角从34.57减小到5.95，减少了82.8% 。说明含水量变化对糜棱岩的抗剪强度影响非常大

11、，利用糜棱岩强度的这一特性，可在注浆时通过设置排水孔加速富水糜棱岩地层的排水固结，使糜棱岩的强度在短时间内得到了较大的提升，从而提高围岩的稳定性。 从右上图可看出，当干密度为1.8g/cm3时的渗透系数为2.30cm/s，而干密度增加到2.3g/cm3时，其渗透系数减小到0.066cm/s，即密度只增加了27.8%，但渗透系数减少了97% 。这说明糜棱岩的密度对其渗透系数有很大影响，这一渗透特性对于糜棱岩地层的注浆加固具有双重影响，一方面由于渗透性迅速减小糜棱岩地层不易形成渗透注浆，只能以劈裂挤密注浆为主；另一方面，渗透性降低有利于实现地层的注浆堵水。（2）富水糜棱岩地层注浆堵水加固技术 基于

12、试验得到的糜棱岩物理、力学和渗透特性，制定了针对性的注浆堵水加固措施：上部先外后内逐层劈裂注浆挤水，下部根据含水量分布动态设置引水导管，以加速糜棱岩排水固结。另外，拱部施作超长大管棚（30 40m）支护,以进一步改善糜棱岩围岩的稳定性、提高其承载能力。 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术注浆方案 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术序号参数名称参数值1加固范围纵向25m径向工作面及开挖轮廓线外5 m2浆液外圈采用水泥-水玻璃双液浆，内圈采用水泥浆3浆液扩散半径1.8 / 2.0 m4终孔间距2.8 m(3m)5注浆终压4 8 MPa6注浆孔径90 mm7注浆速度10 L /min8注浆方

13、式前进式分段注浆,先外圈后内圈9注浆孔数量141个注浆参数上部注浆孔下部排水孔开挖揭示的浆液 围岩注浆加固按照先外圈后内圈、间隔跳孔的顺序进行操作。具体顺序：第六环 第五环第四环第一环第二环第三环。 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术注浆材料性能参数上部注浆孔下部注注排水孔注开挖揭示的浆液 注浆材料以普通硅酸盐水泥单液浆为主，快硬硫铝酸盐水泥、普通水泥水玻璃双液浆为辅。序号浆液种类浆液配比参数凝胶时间3d抗压强度（MPa）W:C1快硬硫铝酸盐水泥0.6:134 min19.10.8:11h20 min12.01:11h35 min8.52普通水泥单液浆0.8:115h56 min3.43普

14、通水泥水玻璃双液浆0.8:156 sec1.8 注浆效果检查： 注浆后钻设7个检查孔（占注浆孔总数的5%），其中2个为取芯孔，另外5个为非取芯检查孔。 检查孔出水量均小于0.2L/(mmin)，达到了注浆加固围岩的设计要求。 两个检查孔芯样含水量的平均值为5.44%，与注浆前相比减少33.7%，说明在注浆压力作用下，糜棱岩地层受压产生排水固结，糜棱岩的含水量大为减小。 芯样平均比重为23.48 kN/m3与注浆前相比提高6.4%，而内摩擦角提高近20%, 说明在注浆压力作用下，糜棱岩地层排水固结后密度有所增加。5#检查孔中取出的部分芯样（3）扩大拱脚短四台阶九步开挖法 针对级围岩富水断层糜棱岩

15、地层易涌泥溜坍的特性，在掌子面超前预注浆+108大管棚支护条件下，在采用常规三台阶预留核心土七步开挖法的基础上优化为扩大拱脚四台阶九步开挖法，人工配合挖掘机作业。 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术 循环进尺0.61.4m，开挖中台阶时扩大拱脚，各开挖台阶钢架接头处设置锁脚锚管，每处3根，锚管斜向下方，每根锚管角度相差20。锚管与钢架焊接牢固，确保钢架基础稳定。 仰拱一次开挖长度23m，初期支护及时封闭成环，二衬紧跟仰拱施工。控制仰拱封闭距离掌子面小于25m、时间小于20天。 开挖过程中根据围岩和支护变形情况及时调整支护参数，必要时采取加设临时支撑、预留一定的初期支护补强空间等措施。 1.

16、 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术开挖监控量测： 首先，通过观察洞内注浆和开挖施工时的情况，对注浆加固效果进行初步评判；其次，通过对洞内拱顶下沉、周边位移、围岩和衬砌受力等监测数据的整理分析，进一步了解隧道结构和围岩的受力变形状态，并判定其稳定性。序号量测项目量测目的量测断面间距量测频率仪器1洞内、外目测观察了解开挖面自稳及支护变形开裂、地表沉降和裂缝情况1次/天地质罗盘等2初支拱顶及拱脚沉降了解施工过程支护结构拱顶及拱脚沉降，判断围岩及初期支护的稳定性。间隔5m布置1个监测断面仰拱封闭前1次/天，封闭后到衬砌施做时1次/2天全站仪等3初支水平收敛及水平

17、位移了解施工过程支护结构水平收敛及水平位移绝对值，判断围岩及初期支护的稳定性。间隔5m布置1个监测断面仰拱封闭前1次/天，封闭后到衬砌施做时1次/2天收敛仪、全站仪等4围岩压力及接触压力了解围岩压力及接触压力分布规律及围岩、初支的稳定性每一注浆循环中部布置1个监测断面仰拱封闭前1次/天，封闭后到衬砌施做时1次/2天土压力盒频率读数仪5初支钢架内力及衬砌受力了解初支钢架内力及衬砌内力分布规律，分析初支稳定性每一注浆循环中部布置1个监测断面仰拱封闭前1次/天，封闭后到衬砌施做时1次/2天钢筋计、压力盒、频率读数仪 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术 DK1006+145断面拱顶下沉历时曲线D1

18、006+145断面洞周收敛历时曲线 监测结果表明： （注：GD拱顶沉降测点；SL1、SL2净空收敛基线） 拱顶下沉及周边收敛测点布置示意图 隧道开挖时，拱顶最终累计沉降在25mm 55mm之间，洞内收敛位移约在30mm 80mm之间，变形量在允许范围之内，符合正常施工要求。 隧道拱顶沉降和洞周收敛速率在上台阶导坑开挖后10天内，变化较大，速率较快，约为26mm/d（收敛28mm/d），该阶段拱顶沉降、洞周收敛累计值占总量的50%以上；随着时间的推移和掌子面的向前掘进，拱顶沉降、洞周收敛速率变缓，减小到约1mm/d（ 收敛0.10.6mm/d ）；开挖约25d35d后，隧道拱顶沉降、洞周收敛趋于

19、稳定。 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术DK1006+120断面钢拱架翼缘轴力时间关系图（内翼缘)）从初支钢拱架翼缘轴力时间曲线可以看出：（1）钢拱架翼缘轴力以拉力为主，拱顶和拱肩处受力较大，拱腰和拱脚处受力较小，初期有压力出现； （2）由于隧道采用分部开挖，每部开挖对围岩均有一定扰动，造成钢拱架翼缘轴力时间曲线波动较大，随着时间的推移和掌子面的前进，量测值逐渐稳定，一般稳定时间约为1015d。DK1006+120断面喷射混凝土应力时间曲线图从喷射混凝土应力时间曲线图可以看出：（1）在初期支护施作前期，混凝土应力随时间变化较大，随着时间的推移和掌子面的开挖前进，量测值逐渐稳定，一般稳定时

20、间为1015d。（2）喷射混凝土应力主要承受压应力，且在拱部压力最大。测点布置示意图(图中负值代表拉力，正值代表压力)(图中负值代表压力，正值代表拉应力) 1. 富水糜棱岩地层大断面隧道施工技术DK1006+140断面初支与围岩接触压力时间曲线图 DK1006+140断面二衬钢筋轴力时间曲线图在二次衬砌浇筑初期，受混凝土水化热的影响，初支与围岩间的接触压力变化较大，约45d后量测值开始稳定。二衬混凝土浇注初期，受混凝土水化热的影响二衬内钢筋轴力变化较大，约45d后，轴力值开始稳定。(图中负值表示受拉，正值表示受压）（图中负值表示受拉，正值表示受压） 2. 大断面隧道下穿水库施工风险控制技术 秀

21、宁隧道出口段下穿龙潭水库的库尾部分，水库与隧道斜交。水库库容约9.4104m3，最大水深10.8m，最小水深2.5m，隧道下穿水库处水深5.4m，拱顶以上埋深9.8m（含淤泥层2.5m），实际隧道埋深约6.8米。（1）洞顶隔水围堰降低水位 隧道下穿龙潭水库，为了防止施工时发生上覆地层坍塌冒顶，水库水突然涌入洞内，以及降低地层内的渗透水压，在隧道两侧（约50m）分别筑坝，同时抽干坝内存水。拦水坝按坝顶高出水面1m、坝顶宽度1m修筑，筑坝材料为编织袋内装渗透性小的粘性土，外部用防水材料包裹。9.8m5.4m 2. 大断面隧道下穿水库施工风险控制技术（2）洞内注浆封堵围岩导水通道及加固地层 为防止坍

22、塌冒顶、水库水倒灌，采取全断面帷幕注浆堵水及围岩加固措施，最外圈采用硫铝酸盐水泥单液浆，大角度注浆孔注浆，封堵导水通道，切断水库水与地下水的水力联系。其余内圈采用水泥单液浆加固围岩，加固范围为开挖线外6m。浆液充满裂隙 2. 大断面隧道下穿水库施工风险控制技术（3）大管棚双排小导管超前支护 在全断面注浆加固结束后，沿拱部开挖轮廓线布设超前大管棚+双排小导管超前支护，大管棚长40m、外径108mm，小导管选用长4m的钢花管，间距40cm，以保证隧道开挖及结构安全。隧道开挖采用四台阶九步开挖法。无工作室大管棚施做小导管施做 2. 大断面隧道下穿水库施工风险控制技术（4）风险监控措施 在隧道施工期间

23、，特别加强洞内外的安全监控。在洞外定期对隧道上方水库及附近地表进行观察，监控地表变形和水库水位变化；在洞内，监控围岩和初支变形以及掌子面稳定，如有异常情况发生，立刻报警。 灾害的预防和应急措施： 1）防坍塌、涌水预防措施； 2）大量涌水、涌泥的应急措施； 3）围岩坍塌的应急措施； 4）充足的应急物资设备准备； 5）定期进行逃生和抢险演练。 通过采用以上风险控制综合技术，洞内和洞外的施工风险得到较好地控制，隧道施工没有出现渗漏水事故，水库也没有降低水位而影响当地村民的生产生活用水，实现了隧道出口顺利穿过水库段的预定目标。 3. 高压富水断裂带隧道施工防突涌技术 秀宁隧道的地下水具有涌水量大、涌水

24、集中的特点，平常期涌水量达64,000m3/d，雨期最大涌水量达140,000m3/d，地下水对隧道施工及运营带来较大的影响。 （1）地下水处理原则 地下水处理原则：在裂隙水分布较广地段，或水文环境有严格要求的，防排水设计采用以堵为主，限量排放的原则，采取超前帷幕注浆和开挖后径向注浆等形式，将大面积淋水或局部股流封堵，以减少地下水流失。 注浆启动判识标准： (1) 地表无环境要求的地段 超前探孔单孔出水量大于3m3/h，判定有局部突水可能，则采取超前局部注浆；超前探孔有2/3孔满孔且总出水量大于15m3/h，判定全断面有突泥涌水可能，则采取超前帷幕注浆；地下水主要沿岩层层面渗流、且水压不高的地

25、段，则采取开挖后径向注浆的方式堵水。 (2) 对地表有环境要求的地段 超前探孔单孔出水量大于3m3/h，判定有局部突水，则采取全环径向注浆；超前探孔有2/3孔满孔且总出水量大于15m3/h，判定有全断面突泥涌水可能，则采取超前帷幕注浆。 虽然达不到的标准，但洞内探测有出水，且对地表出露泉眼的监测结果分析，平导或隧道的开挖引起地表泉眼水量有明显下降时，立即采取注浆堵水。 3. 高压富水断裂带隧道施工防突涌技术 根据岩体裂隙发育情况（走向、密度、深度、分布等）确定局部径向注浆孔的位置和注浆参数。对裂隙股状水，局部径向注浆孔距离裂隙横向1.5m，沿裂隙走向距离1.5m；对裂隙面状水，局部径向注浆孔环

26、向间距1.0m 1.5m。径向注浆堵水在前方开挖支护完成后平行作业，以单液水泥浆或水泥水玻璃双液浆堵塞岩层溶隙和岩溶径流管道，达到堵水目的。 全断面径向注浆布置示意图裂隙股状出水注浆封堵示意图超前局部注浆示意图 3. 高压富水断裂带隧道施工防突涌技术（2）富水断层地质预报 隧道施工过程中，在地质分析的前提下，以TSP203探测为主作长期宏观预报，富水地段辅以红外探水连续施作，地质雷达作为补充，加强常规地质素描、地质综合分析和超前水平钻孔等综合手段进行超前地质预报，重点查明掌子面前方构造特征及赋水情况。 基于TSP探测技术，结合秀宁隧道水文地质情况将地下水划分为“无水”“含水较少”、“含水较多”

27、和“富水”四个等级，将溶洞分为碎石填充型、软塑或流塑性软土填充型 、地下水填充型和无填充型四种溶洞，在此基础上，根据超前地质预报与工程地质勘探资料和实际开挖结果对比情况，将对不同赋水地层、不同类型不溶洞预报的准确程度分为“准确”、“较准确”、“较不准确”和“不准确”四个等级，同时提出了相应的划分标准和判断方法。 从图中可以看出：虽然TSP探测预报技术可以探测和预报隧道掌子面前方地层含水情况，但随着地层中含水量的增加，预报准确度在降低。而且TSP探测技术对岩溶的探测准确率不高，尤其对无填充型溶洞预报结果对隧道施工只有一定的参考意义。地层含水量不同时TSP预报准确程度的比较 地层包含溶洞时TSP预

28、报结果评估比例图 3. 高压富水断裂带隧道施工防突涌技术（3）平导分水降压 高压富水区主要位于隧道进口段，为了减小隧道施工突涌水风险，增设了4095m的平行导坑，平导为顺坡排水，平导排水对正洞起到分水降压的作用，并可通过横通道加大正洞的排水能力。 3. 高压富水断裂带隧道施工防突涌技术PDK995+009PDK995+121PDK995+400PDK995+600PDK995+690PDK995+883 开挖过程中，平导超前正洞600 900m左右，以提前判断含水体位置和导水路径。地下水主要从平导内涌出，正洞开挖后基本无水，局部出水呈渗透湿渍，故正洞未进行注浆堵水，仅在大龙潭断层带施作抗水压衬

29、砌，以利于地表水的恢复。 平导施工涌水情况： 3. 高压富水断裂带隧道施工防突涌技术（4）上堵下排超前注浆 在秀宁隧道的富水断层构造带中，可溶岩裂隙多以条带状交错密布出现，为了减少钻孔注浆量，减小掌子面水压，采用了掌子面上堵下排超前注浆技术。 3. 高压富水断裂带隧道施工防突涌技术 具体实施方法： a. 在计划堵水区段内对隧道上半断面及其开挖轮廓线外围岩进行注浆，封堵上半断面地下水，同时切断上半断面开挖轮廓线外地下水流向隧道的导水通道。 b. 上半断面周边注浆完成后，按注浆孔数的5%设置检查孔进行效果检查，注浆效果满足预定标准后在下半断面钻设5个排水检查孔，分别位于隧道左、中和右侧。 c. 当

30、单孔最大涌水量小于预定标准时，隧道上半断面进行开挖支护，而下半断面快速开挖通过，隧道初期支护及时封闭成环。 d. 当隧道通过富水断层破碎带后，若初期支护渗漏水量大于隧道渗漏水量预定标准，可根据渗漏水情况实施径向注浆堵水，保证隧道无渗漏。 3. 高压富水断裂带隧道施工防突涌技术（5）高扬程大排量斜井排水 斜井均位于高压富水区，最大长度1580m，设置3级泵站进行高扬程大排量排水，其中：1#B 4#斜井均设置12台潜污泵，9台使用，3台备用，单台流量为85m3/h。 4. 薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术 秀宁隧道炭质板岩地层主要分布在DK993+173DK994+350、DK999+540DK

31、1000+840和DK1006+000DK1006+360这三个地段， 约占秀宁隧道全长的21.5%，主要为IV、 V级围岩。 炭质板岩主要呈灰黑色，薄层状、局部中厚层状，层厚310mm，很少超过30mm。岩层整体破碎、个别局部较完整。岩层层面、节理面手摸污手，局部泥化、手捏易碎，遇水易软化。在富水区，可见地下水沿炭质板岩层面和节理层面渗出。 水平位移（ = 60）秀宁隧道隧址区典型炭质板岩 4. 薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术 现场观察表明，炭质板岩围岩的稳定性一般与其结构面倾角和层间粘结力大小相关，结构面受力后易发生剪切破坏和顺层面滑移破坏。另外，根据现场观察，炭质板岩浸水后强度降低可

32、达50%以上。 炭质板岩地层隧道施工的主要难点：施工时围岩极易发生大变形和溜坍，导致钢架变形、初支侵限或破裂、掌子面塌方和（或）冒顶等。 水平位移（ = 60）DK1004+791掌子面炭质板岩溜坍 4. 薄层炭质板岩大断面隧道变形控制技术（1）板岩地层隧道施工围岩变形与破坏模式分析 采用非连续介质数值模拟软件GDEM对炭质板岩地层的隧道开挖进行分析，得到不同结构面倾角炭质板岩破坏模式和变形规律。 竖向位移（ = 30）竖向位移（ = 60）竖向位移（ = 90）水平位移（ = 30）水平位移（ = 60）水平位移（ = 90） 隧道开挖后围岩位移特征云图 4. 薄层炭质板岩大断面隧道变形控制

33、技术 三种结构面下不同倾角时拱顶沉降值三种结构面下不同倾角时拱肩水平收敛值 从图中可以看出，炭质板岩围岩变形随结构面倾角的变化与结构面强度有密切的关系。 当块体和结构面的粘聚力分别为1.36MPa和0.1MPa时，拱顶沉降、水平收敛最大。当围岩结构面倾角为60时，隧道拱顶将在竖直方向产生较大的位移，施工时需要采取针对性的措施进行支护和加固，防止拱顶围岩因沉降过大产生坍塌而破坏。三种结构面下不同倾角时拱腰水平收敛值 薄层状炭质板岩隧道围岩失稳破坏的原因：隧道开挖使周边围岩应力释放，临空面岩体失去支撑产生向隧道内的位移，隧道开挖轮廓附近岩层内出现了明显的拉应力，由于层间节理粘结力弱，不能承受或只能

34、承受很小的拉应力，因此节理之间逐渐张开，岩层在拉和剪应力的共同作用下，开始产生滑移和破裂。（块体凝聚力1.36、3.0、5.0MPa；结构面凝聚力0.1、0.2、0.3MPa） 4. 薄层碳质板岩大断面隧道变形控制技术（2）炭质板岩开挖支护技术 炭质板岩段采用三台阶七步开挖法施工，采用了弱爆破松动开挖断面掏槽部分，然后人工配合小型挖掘机开挖，实现隧道断面的良好成型。 超前支护采用小角度双排42小导管，每环36根，间距0.4m，长3.5m，倾角为5 8，按纵向每1.2 1.6m设置一环。 初期支护采用型钢拱架（I18/I20b,间距0.6 1.0m）、钢筋网（8、2020mm）、喷混凝土（C25

35、、25cm）联合支护体系，钢架拱脚处采用6m长、60注浆锚管进行加固，每个接头处设置3根，有效控制沉降变形。锁脚锚管小型挖机双排小导管 4. 薄层碳质板岩大断面隧道变形控制技术DK1002+578.2监测断面拱顶下沉历时曲线DK1002+578.2监测断面水平收敛历时曲线隧道施工期监控量测结果： 隧道开挖时，拱顶最终累计最大沉降值为-38mm。在上台阶导坑开挖后7天内，受洞内施工及围岩变形影响，隧道拱顶沉降值较大，速率较快，约为6.7mm/d。在开挖7天后，拱顶沉降基本完成，沉降值趋于稳定。 开挖时，洞周向内收敛。上台阶外侧下部SL1基线处累计位移约- 8.44mm，中台阶外侧下部SL2基线处

36、累计位移约在-7.43mm。在上台阶导坑开挖和中台阶开挖后10天内，受洞内施工影响，隧道洞周收敛值较大，速率较快，约为0.73 0.84mm/d，此阶段收敛位移基本完成，几乎不再变化。 四、体会 秀宁隧道于2007年10月开工建设，2013年12月通车运营，在5年多的施工中，建设者们与科研单位密切配合，先后战胜多次大型涌水、围岩坍塌变形等地质灾害，克服了出口段近距离下穿水库和穿越VI级富水糜棱岩地层的巨大困难，实现了单洞双线铁路隧道万米以上施工安全质量无事故的目标。 四、体会 秀宁隧道出口段原按V级围岩设计，采用双侧壁导坑法施工。开挖后揭示围岩为断层糜棱岩，局部富水，施工过程中掌子面及拱部多次发生溜塌、涌泥、初期支护变形等险情，虽对初支参数进行了加强，但施工进展仍十分缓慢，严重影响了施工进度。后通过试验，对糜棱岩的工程特性进行较深入的研究，制定了“上堵下排”超前预注浆方法加固围岩和大管棚刚性支撑共同形成立体预支护措施，提高周边围岩及工作面稳定性，同时优化了开挖方法，改双侧壁为四台阶九步开挖，提高了施工效率，既保证了施工安全，又加快了施工进度，月施工进度由8m提高到20m。 秀宁隧道长距离穿越开挖支护困