汇报稿-兰渝铁路

软岩双线隧道支护结构及施工技术研究二○一一年五月兰渝铁路隧道大变形软岩支护参数专家研讨会1汇报内容一、软岩双线隧道现场试验研究二、软岩双线隧道理论分析三、软岩双线隧道施工变形管理研究四、软岩双线隧道二衬施作时机及结构平安分析五、软岩双线隧道科研指导设计施工情况2软岩双线隧道支护结构及施工技术研究软岩双线隧道现场试验研究一3一软岩双线隧道现场试验研究拱顶下沉拱脚水平收敛墙中水平收敛墙脚水平收敛图1-1变形量测测点布置掌子面滑动变形计每米一个测点30~40m测孔图1-2掌子面内部位移测点布置软岩双线隧道支护结构及施工技术研究地应力测孔4一软岩双线隧道现场试验研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究5一软岩双线隧道现场试验研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究1.2现场试验主要结论1.2.1现场揭露地层主要工程地质特征开挖揭露的炭质千枚岩6一软岩双线隧道现场试验研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究开挖扰动后呈粉末状7一软岩双线隧道现场试验研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究①结构破碎松散开挖洞室后，岩体极不稳定，易坍塌。②围岩强度低、遇水易软化开挖暴露后易风化、遇水易软化，尤其是存在渗水区段容易发生大变形。③岩体结构面倾斜、层面光滑薄层岩体在隧道面倾斜、层面光滑，开挖后周边岩体极易沿结构面产生松弛、滑移和坠落等变形破坏现象。8一软岩双线隧道现场试验研究④倾斜岩层构造偏压严重。从现场地质素描及围岩压力量测结果，倾斜岩层构造偏压严重，最大围岩压力均出现在垂直层面方向。

软岩双线隧道支护结构及施工技术研究9一软岩双线隧道现场试验研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究1.2.2地应力特征①两水隧道现场水压致裂法地应力测试结果说明隧道岩体应力量级为极高应力水平。②通过宏观地应力场拓展分析得出隧道横向侧压力系数均大于1，构造地应力作用明显。10一软岩双线隧道现场试验研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究隧道轴线位置三个方向的应力随里程变化曲线隧道轴线位置横向侧压力系数随里程变化曲线11一软岩双线隧道现场试验研究1.2.3隧道变形特征①隧道掌子面的挤出位移大、掌子面稳定性差隧道掌子面实测纵向位移明显，这种位移难以进行控制，易导致掌子面滑坍、挤出变形导致隧道隧道整体变形过大。掌子面内部纵向位移6天量测结果127mm，内部沉降99.8mm(量测因测管间变形脱节而无法继续测量)，根据理论计算结果掌子面最大纵向位移可达500-600mm。两水斜井洞周支护最大纵向位移153.3mm，平均62.1mm。软岩双线隧道支护结构及施工技术研究12一软岩双线隧道现场试验研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究13一软岩双线隧道现场试验研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究14一软岩双线隧道现场试验研究②变形量大。两水隧道斜井工区实测最大拱顶下沉达761.9mm，最大水平收敛达498.85mm。软岩双线隧道支护结构及施工技术研究③变形速率高。两水隧道斜井工区最大变形速率达76.5mm/d。④变形持续时间长。二次衬砌后仍有一定变形。15一软岩双线隧道现场试验研究1.2.4围岩压力和支护结构应力特征两水隧道①围岩压力及接触压力大，接触压力承担围岩压力比例大。两水斜井最大围岩压力0.546MPa，平均0.267MPa；最大接触压力达0.489MPa，平均0.210；接触压力承担围岩压力比例达78.65%。②支护应力较大。两水斜井最大喷层应力20.88MPa，最大钢架应力达235.53MPa，最大混凝土应力8.98MPa；软岩双线隧道支护结构及施工技术研究16一软岩双线隧道现场试验研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究东扎沟及后山坪隧道后山坪出口试验段〔IV级变更IV级加强(喷15，I18@1000)〕东扎沟斜井试验段〔III级变更IV级加强(喷15，I18@1000)〕从试验段测试情况总体来看，支护结构受力大，建议本区段及时进行支护补强(边墙加长锚杆或径向注浆)，后续区段建议采用I20型钢钢架，0.8m/榀，喷层适当加强，仰拱采用钢架封闭。17一软岩双线隧道现场试验研究1.2.5支护破坏形式由于围岩具有显著各向异性，初期支护常常不均匀受力，破坏形式也是多样的。喷层开裂、剥落先在垂直岩层层面、背后空洞等支护受力较大的部位发生。型钢拱架发生扭曲，坍塌随即发生。衬砌做好后，持续变形常使衬砌严重开裂，甚至侵入净空。

两水隧道支护及衬砌破坏形式主要有喷层环向开裂、拱顶及拱脚喷层剥落、拱顶、拱脚、墙脚钢架纵向扭曲、钢架断裂、二次衬砌大面积剥落、二次衬砌钢筋弯曲等。软岩双线隧道支护结构及施工技术研究18钢架扭曲19钢架断裂20喷层开裂21喷层剥落22仰拱隆起及开裂23二衬开裂、剥落及钢筋弯曲24二软岩双线隧道理论分析2.1主要理论分析内容①不同台阶长度影响②不同台阶高度影响③锚杆不同施作时机比照分析④临时仰拱作用效应分析⑤掌子面内部围岩纵向位移模拟分析软岩双线隧道支护结构及施工技术研究25二软岩双线隧道理论分析软岩双线隧道支护结构及施工技术研究2.2理论分析主要结论

①软岩隧道台阶法施工掌子面挤出变形明显，说明软岩隧道施工过程中掌子面的稳定性不容无视，应予以重视。②在台阶法施工中上台阶开挖后已有大部位移发生，加强对上台阶围岩支护效果对大变形控制至关重要。③扩大拱脚支护形式与标准断面相比更有利于控制隧道收敛变形和塑性区的开展。26二软岩双线隧道理论分析软岩双线隧道支护结构及施工技术研究④预留核心土法对掌子面纵向位移、周边收敛以及塑性区的开展都具有一定的控制作用，施工中应充分发挥其作用。⑤根据计算结果，采用台阶法施工的软岩隧道，台阶长度对洞周位移影响显著，双线隧道上台阶长度不宜大于6m，落底滞后下台阶距离不宜大于15m。27二软岩双线隧道理论分析软岩双线隧道支护结构及施工技术研究⑥从薄层炭质千枚岩开挖后先施作锚杆时极易剥落掉快、逐渐扩大导致局部失稳的现状考虑，建议先钢架喷混凝土后再在核心土后施作系统锚杆和锁脚锚杆。另外在核心土后施作系统锚杆和锁脚锚杆有利于长锚杆施工，有利于锚杆数量与质量检查，也有利于施工平行作业。⑦临时仰拱对隧道水平收敛抑制作用较为明显，从薄层炭质千枚岩开挖、支护后，隧道水平收敛逐渐扩大导致局部失稳的现状考虑，建议拟按照原设计支护参数，在上台阶拱脚处施作临时仰拱。28三软岩双线隧道施工变形管理研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究3.1主要研究内容及方法(1)不同等级大变形支护效果理论分析检验(2)不同等级大变形隧道稳定性和极限位移基准理论分析(3)以往类似工程经验提供参考依据(4)现场变形量测揭示隧道变形规律29三软岩双线隧道施工变形管理研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究3.2主要结论(1)不同级别大变形的围岩地质条件①常规变形：地应力水平低，千枚岩夹板岩互层，以板岩为主。②Ⅰ级大变形：地应力水平高，以千枚岩为主。等效围岩弹性模量为大于1.0~1.5GPa。③Ⅱ级大变形：地应力水平极高，以千枚岩为主，地质构造强烈。等效围岩弹性模量为0.80-1.0GPa。④Ⅲ级大变形：地应力水平极高，以千枚岩为主，地质构造强烈，伴有地下水出漏。等效围岩弹性模量为小于0.8GPa。30三软岩双线隧道施工变形管理研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究(2)大变形分级及管理基准①设计阶段：参考乌鞘岭隧道成果，采用综合指标判定法，根据围岩地应力、弹性模量及围岩强度等参数，采用如表3-1所示指标判别。31三软岩双线隧道施工变形管理研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究②施工阶段：根据理论分析结果及以往类似工程经验，并结合兰渝铁路工程实际，提出适用于软岩地段的大变形分级管理标准。根据两水隧道现场实测变形情况，一般情况下，拱顶下沉均大于水平收敛，所以在变形控制时，以拱顶下沉控制为主。

32三软岩双线隧道施工变形管理研究软岩双线隧道支护结构及施工技术研究(3)不同大变形条件下的支护参数33四软岩双线隧道二次衬砌施作时机及结构平安分析软岩双线隧道支护结构及施工技术研究4.1兰渝线软岩双线隧道二次衬砌施作时机确实定结合兰渝线软岩双线隧道变形等级管理基准和乌鞘岭隧道二次衬砌施作时机中的v终/u测对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级大变形分别取值为0.5%~1.0%、0.5%~1.5%、0.5%~2.0%，确定兰渝线软岩双线隧道二次衬砌施作时机如表4-1所示。经2023年3月4日专家会，确定的二衬施作时机为双线2mm/d、单线1mm/d。34四软岩双线隧道二次衬砌施作时机及结构平安分析软岩双线隧道支护结构及施工技术研究4.2初支变形速率2mm/d施作二次衬砌的可行性分析(1)不同围岩条件下支护参数施工过程模拟35四软岩双线隧道二次衬砌施作时机及结构平安分析软岩双线隧道支护结构及施工技术研究变形超过200mm后应力释放率超过90%，即结构与围岩共同承受的地层压力小于0.6MPa。36四软岩双线隧道二次衬砌施作时机及结构平安分析软岩双线隧道支护结构及施工技术研究(2)衬砌平安性检算分别按标准荷载和实测荷载进行结构平安性检算。37四软岩双线隧道二次衬砌施作时机及结构平安分析软岩双线隧道支护结构及施工技术研究①V级围岩加强型支护结构参数条件下，衬砌承受100%围岩荷载时截面最小平安系数3.2~3.9满足要求，最大裂缝宽度偏大。②V级围岩加强型支护结构参数条件下，衬砌承受70%围岩荷载时截面最小平安系数4.4~5.4满足要求，最大裂缝宽度满足要求。③实测断面围岩压力大于标准值，按实测衬砌最大围岩压力，截面最小平安系数3.25满足要求，最大裂缝宽度偏大。38四软岩双线隧道二次衬砌施作时机及结构平安分析软岩双线隧道支护结构及施工技术研究(3)不同变形速率时衬砌结构受力分析根据两水隧道埋深具体情况，以Ⅴ+级软岩段为研究背景，研究Ⅲ级大变形围岩参数下隧道围岩和支护结构的变形和受力情况。①拱顶下沉速率为3.84mm/步时施作衬砌

拱顶下沉速率为3.84mm/步时施作衬砌，衬砌距掌子面距离14m，拱顶下沉值为139.8mm，衬砌内外表压应力25MPa，衬砌内外表拉应力1.3MPa，超过混凝土设计强度。39四软岩双线隧道二次衬砌施作时机及结构平安分析软岩双线隧道支护结构及施工技术研究②拱顶下沉速率为1.82mm/步时施作衬砌拱顶下沉速率为1.82mm/步时施作衬砌，衬砌距掌子面距离30m，拱顶下沉值为143.6mm，衬砌内外表压应力5MPa，衬砌内外表拉应力0.3MPa，低于混凝土设计强度。二衬施作时机为双线2mm/d是合理、可行的。40五软岩双线隧道科研指导设计施工情况软岩双线隧道支护结构及施工技术研究5.1对软岩大变形的认识不断提高(1)炭质千枚岩地层极破碎，加之地质偏压、局部渗水，开挖极不稳定，施工过程中变形控制困难是必然结果。(2)初期对大变形认识缺乏，认为仅增加支护刚度就可抵抗隧道大变形，转变为后期加强整个支护体系抵御强大的地层压力。变形控制不能仅依赖大刚度的型钢支护，隧道支护是一个系统：喷射混凝土质量、喷射混凝土与钢架的连接密实性、钢架纵向连接、钢筋网焊接、系统锚杆注浆效果、锁脚锚管注浆效果、初喷混凝土封闭、超前锚杆施工质量等问题均不容无视，而且有时某一环节会起到关键作用。41五软岩双线隧道科研指导设计施工情况软岩双线隧道支护结构及施工技术研究(3)系统注浆长锚杆、径向注浆加固、锁脚锚管、预留核心土、加强钢架纵向连接等措施，是单层支护条件下使支护体系的强有力的保证措施。锚杆〔锚管〕注浆加固优于加大支护刚度。(4)尽量采用“单层支护+补强措施〞解决问题。在适当加强的支护条件下，变形不稳定时适时施作支护补强(边墙长注浆锚杆、网喷混