|
摘 要：对目标隧道偏压段出现的病害特点和原因作了具体分析，针对其出现病害的特点和原因对偏压段的控制和支护方案作了优化研究，提出支护方案，同时对在施工过程中由于地质条件的变化可能会出现的问题提出了应急预案和施工建议，此方案在后面的施工过程中对偏压段的治理起到了很好的效果。
1 目标隧道病害原因分析
1.1 目标隧道开挖揭示地质情况
(1)页岩、粉砂质页岩：深灰色、灰色，层理发育，薄一中厚层状，泥质结构。页岩微节理发育，隧道开挖弃渣暴露后，较短时间内发生碎裂，裂隙面一般平直、光滑。属IV级围岩。(2)隧道通过区域构造简单，褶曲不发育，地层单斜，岩层走向与路线走向交角为5°～20°，主要节理有：110°～160°∠57°～72°， 90°∠90°，节理间距1～2m，多呈密闭或微张，延伸性一般。(3)地表横坡大，地表径流条件较好，下伏基岩以页岩为主，透水性较差，故大气降雨主要以地表径流的形式向外排泄。地下水不发育，从隧道开挖情况来看，除在隧道进出口浅埋段基岩裂隙水相对较大外，仅局部见基岩裂隙水且水量较小。隧道设计为双向六车道的分离式隧道，左、右洞之间净距20m。
1.2 目标隧道开挖后病害特点
(1)隧道开挖时成形好，围岩完整性较好，施工炮眼痕迹一般残留70%以上;(2)隧道支护变形量较大，沿隧道右侧拱部范围内出现纵向开裂;(3)施工面不封闭时，几小时后围岩会沿微节理面及层理面产生松弛破裂，在拱顶、洞壁及掌子面会出现响声，且有围岩剥落掉块，开挖轮廓逐渐呈不规则状等现象，之后暴露面呈显出破碎/较破碎状态;(4)围岩应力释放缓慢，时间长，且具有突然大量释放的特点。使得锚喷支护变形开始不明显，继而突然开裂，变形发展较快;(5)地应力在左、右洞之间，隧道进口段与出口段的表现不尽相同，具有不对称性、非均匀性，使左右洞、进出口段处理措施效果差异明显;(6)经松动圈测试结果表明，在隧道A侧起拱线部位松动范围相对较大。
1.3 目标隧道病害致因分析
(1)隧道开挖后隧道周边形成的二次应力场使岩体发生局部破坏：隧道埋深较大时自重应力也较大，隧道开挖后在洞壁四周出现切向应力集中。隧道通过的岩性以致密块状的砂质页岩为主，其强度介于硬质岩与软质岩之间，因此其破坏现象表现为岩体的局部破坏，具有一定的松动性岩爆特征。岩体的局部破坏造成了锚喷支护的开裂、变形，洞壁和拱顶掉块，以及小规模的坍塌。当岩体的局部破坏进一步积累，松动范围扩大，必将造成大面积的坍方冒顶。(2)顺层地层偏压：由于岩层走向与倾角不利，加之层理发育，形成顺层偏压。隧道开挖后在A侧起拱线部位形成应力集中，造成岩体局部破坏，A侧边墙部位切层掉块，B侧边墙部位顺层坍滑，拱顶沿层面跨塌。从地应力测试成果也可以说明这一点，岩体中的最大主应力方向与岩层的倾向基本一致。围岩接触压力测试亦显示隧道两侧存在压力差，有偏压存在。(3)岩体微裂隙发育：单纯从掌子面的岩体情况看，岩体完整性较好，但从坍下的岩块看，岩块较为规则，说明岩体内部的微裂隙较为发育，这就为岩体的破坏创造了必要的边界条件，使上述两种作用的效果更加明显，病害的程度也更加严重。(4)隧道通过地层形成时代较早，受历次地质构造影响，初始应力具有多期性，加之随隧道埋深的逐渐变大，隧道的初始应力三维状态会相应发生改变。(5)由于地应力的多变性，增加幅度过快，使得实验段制定的支护措施很快就不能适应地应力的增长，施工表现为实验段措施在开始段有效可行，但后续段却发生病害;不得不一次次地增加锚喷支护的刚度。(6)根据监测资料，锚杆轴力且B侧受压，A侧受拉，说明隧道B侧受到挤压，锚杆在围岩松动圈以外的锚固长度不足，不能有效地抑制围岩变形。根据围岩松动范围测试结果也可以得以映证。(7)锚杆轴力普遍偏小，最小轴力处的围岩接触压力、钢架应力偏大，说明锚杆发挥的作用较小，使得围岩压力基本由钢架承担，在钢架达到极限强度时，引起喷混凝土开裂、钢架变形。
2 目标隧道偏压段的稳定支护方案设计
2.1 锚杆的设置
(1)按测试的地应力实测资料，采用2D-Sigma数值分析软件进行数值模拟分析。(2)根据监测数据，在实验段设置的4个围岩接触压力测试断面，根据监测断面数据分析，大致可以看出一般拱腰位置的围岩压力较其它位置大。(3)根据监控量测结果和现场实际情况，由于施工台车的结构限制，无法按设计方向设置长锚杆，部分锚杆特别是拱顶附近以倾斜的角度打入地层，监测的锚杆 [1] [2] [3] 下一页
|
