高地应力高海拔渭武公路木寨岭隧道处置技术

工程概况隧道施工重点难点针对变形采取的处置措施提纲201 工程概况3（一）项目概况①

项目名称：兰州至海口国家高速公路(G75)②

线路情况：左线全长15231m；右线全长15173m。③

地质情况：全隧均为Ⅴ级围岩。④

施工方法：采用三台阶施工工法，斜井作为永久性通风斜井。⑤

渭武六标：2#斜井全长1813米，主洞长3920米（单幅），合同工期55个月。01 项目概况401 项目概况钻孔

S-SK03K214+085钻孔

S-SK05K218+400（二）不良地质及地应力情况①围岩岩性——软质炭质板岩为主，V级围岩；②地质构造——褶皱带活动强烈,

近东西走向断层发育；③3个背斜、3个向斜构造；6处褶皱、12条断层①地应力——最大水平主应力24.95MPa。Rc/σmax

值均小于4，属极高应力区501 项目概况（三）工程进展情况木寨岭隧道2#

斜井，自2

0

1

6

年5

月份开始施工，

截止2019年11月，斜井累计掘进1813m（已完成），

正洞左线290m、右线800m

。截止11月，开累完成29200万元，占合同总价96709万的30%。目前已施工工期43月，占合同总工期55个月的78%602 隧道施工重难点7线路长——15.2km，特长公路隧道；构造复杂 围岩软

———褶皱 —

以软质、断层影 炭质板岩响大； 为主；埋深大

——

629.1m；地应力水平高自重应力15.7MPa最大水平主应力24.95MPa；兰渝铁路木寨岭隧道建设历时九年。02 隧道施工重难点802 隧道施工重难点2#

斜井掌子面围岩902 隧道施工重难点2#

斜井初支开裂变形情况1003 针对变形采取的处置措施1103 针对变形采取的处置措施一．

常规处治措施1.双层支护措施①

双层方案为双层H175型钢或一层H175型钢和一层20工字钢。②

缺点1为：第二层支护施做时间不好确定；③

缺点2为：施工第二层支护时，掌子面需要停工，造成每月只有三分之二时间能进行掌子面掘进。双层支护变形段1203 针对变形采取的处置措施2.

将常规系统锚杆变为后注浆导管调整为Φ42小导管后，在初期支护施工后进行施做，并根据围岩变形量及变形速率适时进行注浆，加固围岩效果好，有效抑制了围岩变形。边墙径向注浆1303 针对变形采取的处置措施3.

不对称施工围岩左右侧变形不均衡，对初支系统进行了不对称施工，并对地下水发育、变形量较大的部位设置了Φ89cm的管棚。左侧注浆导管加强1403 针对变形采取的处置措施4.

现场采用早强快硬水泥浆液注浆采用了初凝时间15min的早强快硬硫铝酸盐水泥浆液注浆，对变形速率大、变形快的围岩加固效果明显。缺点为造价高，且初凝时间快，容易造成堵管现象。硫铝酸盐水泥1503 针对变形采取的处置措施5.

探索采用机械开挖采用机械破碎开挖，降低围岩的扰动。并将破碎锤改为破碎钩，施工效率得到了提高。该措施缺点为效率低，不适合围岩坚硬地段。破碎钩1603 针对变形采取的处置措施6.

三缝合一隧道拱墙部位变形较大，仰拱部位承载力相对偏弱，容易造成二衬混凝土不规则裂缝。将二衬、仰拱及填充施工缝调整到同一横断面，有效的降低了二衬混凝土开裂。三缝合一17（二）引进以何满朝院士为首的新工艺（NPR锚索施工）以上处置措施对常规的一些变形起到了一定的控制作用，但无法有效应对大变形段落的处置。业主于2018年9月成立了院士工作站，聘请了孙钧院士和何满潮院士作为首批驻站院士。2018年10月在2#斜井开展了5m、10m锚索施工试验段，取得了阶段性成果，对大变形起到了很好的控制效果。03 针对变形采取的处置措施院士工作站成立181.

NPR锚索加固机理全断面NPR长锚索（10米）+钢带

——

调动深部围岩强度，起到悬吊作用。。全断面NPR短锚索（5米）+防护网——

控制层理，形成厚板。高预应力NPR长、短锚索——

支护围岩共同作用，保证围岩稳定。03 针对变形采取的处置措施191.

NPR锚索加固机理03 针对变形采取的处置措施2003 针对变形采取的处置措施2.人员配置①三台阶作业人员共计19人，负责钻孔、安装、张拉等现场施工工作。3.设备配置①MQT-130/3.2锚杆钻机共计5台，负责上台阶锚索钻孔。②YT-28风动钻机共计2台，主要负责中、下台阶锚索钻孔。③MQ15-29锚索张拉机具共计1台，负责锚索张拉工作。4.月进度指标①按照拱架间距0.6米布置，施做锚索后施做一榀拱架月平均进尺为30*24/20*0.6=21.6米，施做两榀拱架月平均进尺为30*24/24*1.2=36米。5.开挖两榀拱架保障措施①采用φ42mm超前小导管进行支护，环相间距40cm，根据现场实际情况可以调整为局部加密。拱架1.2米间距，小导管每环搭接1.5米21左右，小导管长度应为3米；或采用木垛或钢管顶托进行临时支撑。6

.

NPR

锚索施工工艺平整场地并对岩面进行处理→钻孔→扩孔→放置锚固剂→安装锚索→W

型钢带及防护网安装→安装托盘、恒阻器、锚具→张拉1

）

平整场地并对岩面进行处理采用挖机对爆破后的掌子面进行平整，对开挖后的岩面进行危石清理，并对危险部位采用木垛或钢管顶托进行支撑。以便锚索施工。03 针对变形采取的处置措施钢管拖顶222

）钻孔采用气动锚索钻机，钻孔直径为Φ32mm，

孔深为5米和10米两种，遇到卡钻或塌孔情况需在废孔旁边重新打设。03 针对变形采取的处置措施锚索钻孔233

）扩孔采用Φ95mm钻头扩孔，扩孔深度为600mm。扩孔时应注意孔口中心与首次打孔的孔口中心对齐，不可偏斜。03 针对变形采取的处置措施Φ9

5

m

m

钻头扩孔244

）放置锚固剂锚索采用树脂药卷端头锚固，每根锚索采用3卷树脂锚固剂。项目用树脂锚固药卷的凝结时间在17-18秒。03 针对变形采取的处置措施放置锚固剂255

）安装锚索锚索采用防腐锚索，锚索外漏长度为15-30cm，采用手持式钻机旋转锚索，将树脂胶卷高速搅拌，约20-

30秒后停止搅拌03 针对变形采取的处置措施放置锚索266

）

W型钢带及防护网安装W

型钢带在厂家定制，安装时，将W

型钢带上孔洞与围岩上钻孔对齐，其余钻孔位置在空洞中心进行，安装W

型钢带同时将聚酯纤维增强塑料防护网安装完毕03 针对变形采取的处置措施W

型钢带及防护网277

）

安装托盘、恒阻器、锚具依次安装托盘、恒阻器、锚具03 针对变形采取的处置措施托盘及恒阻器安装288

）张拉张拉力为40t

，一次张拉到位。如达不到要求，应及时补打03 针对变形采取的处置措施张拉施工完成297

. 施工过程中恒阻器工作情况观察在锚索施工过程中预留了观察孔，对恒阻器滑移情况进行观察，控制变形较好地段，从现场观察来看，恒阻器未发生滑移。03 针对变形采取的处置措施恒阻器观察照片30◼施工过程中部分施工锚索段落发生了变形侵限。拆换拱过程中，喷射混凝土破开后锚索完整性较好，

与围岩面紧贴，对原施工锚索进行张拉，锚索张拉力还在，但恒阻器未发生滑移。03 针对变形采取的处置措施拆除后恒阻器未发生滑移锚索凿除后与围岩紧贴3103 针对变形采取的处置措施锚索二次张拉数据统计表序号日期长度(m)测点1测点2测点3测点4测点5测点6测点7测点8测点912019.5.23（首次张拉）104337444240373739402019.7.11（二次张拉）2119未张拉未张拉2018未张拉19242019.7.2（变形情况）57cm51cm49cm50cm56cm59cm62cm48cm36cm22019.5.25（首次张拉）53640374241384437382019.7.12（二次张拉）未张拉未张拉1820192018未张拉202019.7.2（变形情况）63cm69cm63cm54cm50cm48cm39cm20cm4cm32019.5.25（首次张拉）103837403846363739402019.7.12（二次张拉）1817191919202220182019.7.2（变形情况）60cm66cm67cm64cm53cm43cm40cm38cm41cm42019.5.26（首次张拉）54043424442374039412019.7.13（二次张拉）201919未张拉19182019未张拉2019.7.2（变形情况）45cm67cm82cm86cm66cm52cm45cm40cm35cm3203 针对变形采取的处置措施科研进展：完成605米锚索试验段（其中NPR锚索完成370米，普通锚索完成235米）。主要方案：

取消原设计系统锚杆，

替换为5米及10米锚索，间隔布置，环向间距为1米，

纵向间距与拱架一致，其他保持原设计参数不变。优化情况：在施工初期对拱架间距进行了优化，纵向间距有：

0.5米、0.6米、0.8米、1米、1.2米。在锚索施工后期，取消了恒阻器。建议间距：锚索纵向间距在0.6米及0.8米时对控制变形作用最佳8

. 科研进展及方案优化情况3303 针对变形采取的处置措施. N

P

R

锚索施工目前存在的问题①

施工时间较长，每循环施工时间约10-12小时。②

目前钻孔长度10米基本为极限，无法施工更深钻孔。③

锚索施工时掌子面垮塌以及掉块现象，造成人员受伤现象。④

中下台阶施工时，拱架长时间悬空，对初期支护变形不利。⑤

锚索钻孔采用水钻，若围岩较破碎，造成超挖进一步加大。（三）

引进以孙钧院士为首的新工艺（

让压锚索施工）截止目前，让压锚索在主洞施工完成80m，未发生变形侵限情况。.

主要支护方案5.3m

短预应力让压锚索+10.3m长预应力让压锚索+25cm*25cm*2cm

大垫板+W钢带+柔性网+喷射混凝土+钢拱架。。3403 针对变形采取的处置措施2

. 施工控制关键参数锚索张拉力不小于250k

N

；让压锚索让压起始值300k

N

；锚索抗拔力不小于350k

N

。宜采用0.38~0.45水灰比普通硅酸盐水泥浆，注浆压力在0.

3

-

0.5Mpa

。让压锚索设计方案353

. 让压锚索工作原理0

3 针对变形采取的处置措施364.

让压锚索与NPR

锚索区别让压锚索全长采用48mm钻头，不需要扩孔。NPR锚索采用32mm钻头，顶端需要扩孔。让压锚索让压件在锚索尾端。NPR锚索压件在锚索顶端让压锚索采用普通锚索，先采用树脂药卷锚固，后采用水泥浆锚固。NPR锚索采用防腐锚索，只采用树脂药卷端头锚固。03 针对变形采取的处置措施让压锚索样式37（四）

不同支护体系控制变形原理及效果03 针对变形采取的处置措施围岩变形机理：构造应力、自重应力及围岩节理化