關角隧道二郎洞斷層帶設計與施工監(jiān)控

1、<p>　　關角隧道二郎洞斷層帶設計與施工監(jiān)控</p><p>　　摘要：通過對青藏鐵路西格二線新建關角隧道二郎洞斷層帶的設計方案的對比和實際施工技術控制措施，為類似工程提供經(jīng)驗。 </p><p>　　關鍵詞：隧道斷層帶大變形設計與施工技術控制 </p><p>　　中圖分類號：U445 文獻標識碼：A </p><p><

2、b>　　1、工程概況 </b></p><p>　　青藏鐵路西格二線新建關角隧道位于既有鐵路天棚至察汗諾車站之間，全長32.645km，設計為兩座平行的單線鐵路隧道，設計時速為160Km/h，線間距為40m，均位于直線段上。關角隧道是目前國內在建最長的鐵路隧道、也是世界最長的高原鐵路隧道（隧道進口高程為3380.75m，出口高程為3324.05m）。 </p><p>　

3、　關角隧道地處青藏高原東北緣，隧道通過區(qū)屬青海南山高山區(qū)的關角日吉山。隧道通過地區(qū)地層巖性復雜，沉積巖、巖漿巖、變質巖三大巖類均有出露，出露的地層主要有第四系、三疊系、二疊系、石炭系、志留系、下元古界，并伴有華力西期侵入巖。地質構造極為發(fā)育，有萊擠河斷層、梅攏尼哈斷裂、二朗洞斷裂帶、布哈河南斷層等四條一級區(qū)域性深大斷裂，其中二郎洞斷裂帶是由7條斷層組成的斷層束，長度約為2355m，大部分位于9號斜井工區(qū)內，對工程建設極其不利。根據(jù)對地質

4、鉆孔地應力的實測結果分析，該斷裂帶內F3斷層存在大變形的可能。 </p><p>　　2、圍巖變形破壞特征 </p><p>　?、?、9號斜井施工至0＋45～0+20時,圍巖為石炭系板巖（Csl）：灰黑色，薄層狀、板狀構造，泥質膠結，巖體受構造影響嚴重，巖體破碎，碎石狀松散結構和薄層狀壓碎結構，巖質較軟，層間結合力差，局部有泥質夾層及石英脈充填，圍巖完整性差，自穩(wěn)能力差，巖體變形、開裂較為

5、嚴重。斜井右側（面向掌子面）邊墻出現(xiàn)不同程度的變形，鋼架扭曲，混凝土剝落，收斂值最大達到了17cm；施工至井底后，斜0+25～斜0+15段二次襯砌出現(xiàn)被壓裂的現(xiàn)象，0+15～0+00初期支護也出現(xiàn)了裂縫。 </p><p>　?、?、9號斜井進入正洞后，很快進入F3斷層破碎帶，斷層帶物質為斷層角礫巖、碎裂巖、壓碎巖等，灰色、灰黑色，擠壓強烈，揉皺發(fā)育，多見不規(guī)則擠壓光滑面，圍巖質軟，夾有斷層泥，巖體破碎-極破碎，拱

6、部掉塊、坍塌嚴重，圍巖整體穩(wěn)定性差。初期多數(shù)段落發(fā)生不同程度的變形。其中較為嚴重的DyK304+430～500段，最大變形達到了505mm。 </p><p>　　3、斷層帶變形設計方案比選 </p><p>　　針對9號斜井隧道正洞發(fā)生大變形的情況，在9號斜井正洞進行了不同斷面形式、不同的支護參數(shù)的實驗對比，最終確定采用加大邊墻曲率、加強初期支護的抗變形處理方案。 </p>

7、<p><b>　　⑴、雙層支護 </b></p><p>　　為了控制隧道變形，降低施工難度，加快施工進度，避免進行初期支護拆換，在9號斜井正洞工區(qū)，初期支護曾采用雙層支護、分期施工的方法進行施工，并對二次襯砌進行了結構加強。 </p><p>　　第一層支護參數(shù)為：全斷面設置2榀/m的I20a型鋼鋼架；拱墻設φ8雙層鋼筋網(wǎng)；預留變形量15cm；拱墻設φ

8、25長5m的自進式錨桿；拱部采用φ42長3.5m超前小導管預注水泥漿，間距40cm。 </p><p>　　第一層初期支護變形量達10cm時，應迅速施做第二層初期支護，第二層支護參數(shù)為：拱墻設置2榀/m的I16型鋼鋼架，與第一層初期支護鋼架間隔布置，二次支護鋼架墻腳處應設置鎖腳錨管；拱墻設φ8單層鋼筋網(wǎng)；預留變形量10cm。二次襯砌采用鋼筋混凝土結構，厚45cm。 </p><p>　　經(jīng)

9、過一段時間的施工，雙層初期支護能有效控制變形，很好的通過了部分石炭系板巖斷層帶，但是由于施工工序較多，而且第一層初期支護變形不均勻，導致第二層初期支護施工難度加大，影響了施工進度，同時工程投資較大。 </p><p><b>　?、?、調整鋼架型號 </b></p><p>　　全斷面設置1榀/0.8m的H175型鋼鋼架；拱墻設φ8鋼筋網(wǎng)；預留變形量30cm；拱部設φ2

10、5中空錨桿，邊墻設φ22砂漿錨桿，錨桿長5m；拱部采用Φ89管棚＋Φ42小導管超前預注水泥漿，管棚長15m, 小導管長3.5m，環(huán)向間距40cm。二次襯砌采用鋼筋混凝土結構，厚45cm。 </p><p>　　此方案雖有效的控制了板巖地段支護的變形，但是由于H175型鋼鋼架相當笨重，現(xiàn)場加工制作困難，安裝難度加大，加上管棚施作難度較大，同時工程造價也明顯提高。 </p><p>　?、恰⒓?/p>

11、大邊墻曲率、加強初期支護 </p><p>　　鑒于關角隧道工期緊張，結合鐵道部的科研項目《關角隧道地應力場特征與富水軟巖支護技術研究》，設計院立即在關角隧道進行以收斂量測為主要項目的實驗測試，兩次調整了斷面曲率及支護參數(shù)后，取得了相對經(jīng)濟合理的支護結構斷面參數(shù)（斷面尺寸見附圖）。 </p><p>　　支護參數(shù)如下：全斷面設置3榀/2m的I20a型鋼鋼架；拱墻設φ8鋼筋網(wǎng)；預留變形量15

12、cm；拱部設φ25中空錨桿，邊墻設φ22砂漿錨桿，錨桿長5m；拱部采用Φ42超前小導管預注水泥漿，小導管長3.5m。二次襯砌采用鋼筋混凝土結構。 </p><p>　　此方案在9號斜井等工區(qū)被證明是合理、有效的，不僅有效控制了板巖地段支護的變形，隧道變形基本上能控制在200mm以內，同時降低了施工難度，加快了施工進度。 </p><p>　　4、施工安全監(jiān)控措施 </p>&

13、lt;p>　　隧道斷層破碎帶安全施工的核心是“控變、防坍”，即控制圍巖和支護變形，防止坍方。施工中還應嚴格遵循“超前探、管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、早成環(huán)、嚴治水、勤量測、緊襯砌”的基本原則。 </p><p>　?、拧⒅攸c采用TPS203地質雷達和超前水平探孔相結合的綜合超前地質預報方法，超前探明前方地質情況。 </p><p>　　⑵、采用超前預支護措施，一般情況下采

14、用超前小導管，特殊地層采用大管棚超前支護，并利用超前管棚或小導管進行注漿加固地層。 </p><p>　　⑶、采用超短二臺階法開挖，臺階長度控制在3～5m。對于特別軟弱破碎地段采用三臺階法開挖。 </p><p>　　⑷、嚴格按照鐵建設【2010】120號文要求控制一次開挖進尺，掌子面每循環(huán)開挖進尺不得大于1榀鋼架間距；隧道開挖后初期支護應及時施作并封閉成環(huán)，仰拱每循環(huán)開挖進尺不得大于3米

15、。 </p><p>　　⑸、嚴格控制仰拱、襯砌距掌子面的距離。仰拱距掌子面距離不得大于35米，襯砌距掌子面距離不得大于70米。 </p><p>　?、?、將監(jiān)控量測納入工序管理，實施有效監(jiān)控，數(shù)據(jù)異常時及時反饋，嚴防突發(fā)性事件發(fā)生。 </p><p>　　⑺、加強鎖腳錨管的施工質量，抑制落底時變形、下沉。 </p><p>　　⑻、及時引排

16、地下水和施工廢水，以免造成基礎軟化，土體滑移。 </p><p>　　⑼、嚴格遵守“以質量保安全”的理念，通過嚴格控制工程質量，消除質量安全隱患，保證施工安全。質量控制的重點是隧道開挖、初期支護質量。 </p><p><b>　　5、結束語 </b></p><p>　?、拧⑺淼涝跀鄬悠扑閹┕ぶ?，控制大變形的最有效的設計方案就是加大斷面曲率