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软弱炭质板岩隧道变形预测及控制技术
摘要:随着国家加大对基础设施建设的投入,我国隧道工程建设与科研取得了长足的进步与发展。本文以国内某重点铁路工程隧道施工为背景,简要介绍软弱炭质板岩隧道施工过程中的隧道变形预测与控制技术。
关键词:隧道变形预测控制技术
中图分类号:U45文献标识码: A

一、前言
众所周知,控制围岩变形已经成为指导各类隧道施工的主要控制性原则,尤其是在高地应力软岩隧道施工过程中,首先亟需解决的问题就是隧道围岩大变形问题。但在实际施工中,各类软岩隧道的变形成因非常复杂,除了与褶曲、断裂构造发育、顶部覆盖埋深、断面设计大小和形状密切相关外,也跟施工过程中采取的支护强度和施工工艺等息息相关。本文以国内某重点铁路工程炭质板岩隧道施工为例,简单介绍如何从观察隧道炭质板岩的物理特征和变形规律特征入手,通过采用超前地质预报和变形预测方法,合理确定开挖方法和支护方案,从而实现抑制隧道围岩变形,确保施工安全的目的。
二、炭质板岩特性和变形规律[1]
通过现场观察,可以观测到隧道炭质板岩为灰黑色,岩层呈薄斜层状,走向与隧道轴线夹角为20~30
°,节理裂隙发育,局部地段有渗水,且有可溶性物质。新开挖围岩遇水极易风化、泥化,且完整性极差,具有可塑性和很强的膨胀性。由于隧道处于高地应力区,开挖爆破后围岩应力重新分布,导致在开挖时,隧道岩层膨胀所产生侧压力和开挖后地应力均较大,容易产生侧向水平大变形;内部围岩在开挖后,风化速度较快,且遇水易软化,导致拱脚处承载力变弱,产生拱顶沉降。
通过现场开挖经验总结,发现该隧道变形具有以下规律:

在无支护状态下,该隧道开挖后,新暴露围岩自稳能力较差,初期会出现掉碴、掉块,且时有片状大块岩层剥落现象,如裸露时间超过3~5小时,内岩层常常出现沿着节理滑塌。

在采取I20拱架支撑、间距60cm/榀、喷射混凝土层厚25cm、边墙打长砂浆锚杆、拱部打长组合中空锚杆、×,掌子面附近围岩变形速率前期发展较为平缓,且出现收敛趋势,但在20~30天后,围岩变形量显会著增大,且变形较快,收敛终值较大。由于大变形发生时间滞后,且之前围岩变形已有明显收敛趋势,在施工过程中,工程技术人员在变形量测时容易忽视,导致突变发生后不能及时发现,从而错过了最佳处理时机,造成后期治理困难且成本高昂。
三、炭质板岩变形预测
通过对该隧道炭质板岩岩性特征和变形规律的总结分析,项目部采取了3种方法对炭质板岩变形情况进行预测,从而提确定合理的开挖方案和技术措施,从而抑制围岩变形,保证施工安全。

通过超前小导管钻孔成孔后,用高压风进行清孔,清除孔内虚碴。静置3小时后,如果小导管孔径普遍出现缩孔现象,可以确定前方围岩具有较大地应力,围岩易出现较大变形。此种方法是利用小导管钻孔孔径变化进行预测,不需要增加额外的工序和成本,有利于在施工过程中执行。
、地质素描预测
通过对前方围岩地质素描和后方已支护段围岩地质素面对比分析,从而确定前方围岩岩性变化。在施工工程中,可结合后方已支护段监控量测数据,预测前方围岩变形情况。

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