8月10日上午，经过1180个日夜艰苦奋战，由中铁二十局承建的蒙华铁路特长隧道——阳山隧道顺利贯通。
作为全线重难点控制工程，阳山隧道有哪些特点，克服了哪些困难，具有哪些创新？让我们来一探究竟。
工程概况
阳山隧道是国内在建最大规模的重载铁路——蒙华铁路重点控制性工程，隧道位于延安市延长县和宝塔区境内，全长11.6683km，隧道设计为单洞双线隧道，最大埋深277m，隧道所在范围内底层为砂质新黄土、黏质新黄土、细圆砾土、老黄土、砂岩、砾岩、泥岩，有泥岩夹煤地层、湿陷性黄土，施工难度大，安全风险高。
工程难点
阳山隧道成功攻克了软弱围岩初支开裂变形施工、低瓦斯隧道施工、土石界面渗水溜塌施工及水平岩层高地应力施工等多项国家级技术难题。
“阳山隧道牛在它是原始创新试验隧道、新技术应用隧道，是一座科技创新隧道，原始创新里程碑隧道”。
——蒙陕指挥部：申志军
面对的两种典型施工难题：
一是在深埋老黄土地层中，老黄土含水率增高并软化，隧道发生挤压性变形致使初期支护破坏的现象；二是在高地应力砂泥岩水平互层地层中，高地应力得不到充分释放，导致初支及二衬发生破坏的现象。
为解决这两种难题，建设各方和科研单位深入施工现场，通过上百次的原位测试、1:1比例尺模型试验、试验室小构件试验等，模拟围岩及支护的变形规律和破坏机理，研发了可限制支护阻力、控制围岩压力释放的“限阻器”（详见延伸阅读），在限阻器的基础上形成了限阻耗能型支护结构并在实践过程中完善了其设计和施工方法，此为限阻器在国内乃至世界上的首次应用，彻底解决了深埋老黄土和高地应力水平岩层中支护破坏的问题。
工程创新
在信息化施工方面：阳山隧道采用了掌子面地质素描信息化系统、微振监测岩爆预报系统、监控量测信息化系统。
在机械化施工方面：联合机械设备制造商研制全液压履带式仰拱长栈桥，阳山隧道六个掌子面都釆用大型湿喷机械手和36m长仰拱栈桥；为保证二衬施工质量，改进推广了二衬台车，实现了拱墙二衬混凝土逐窗入模、逐层浇筑，使二衬混凝土实体质量和外观质量得到了良好改观；为改善养护质量，采用了养护台架安装雾化器和轻型可移动式雾炮机进行养护。
在工法优化方面：阳山隧道注重利用和保护围岩，施工方法化繁为简，过古滑坡由台阶法代替CD法等技术，黄土段釆用三台阶代替CD法。
阳山隧道地质复杂、解决问题创新多、施工方法理念新、新技术应用广，值得大家记住。
延伸阅读
限阻器设计与应用
1.限阻器施工设计
（1）设计原则
限阻器用于与隧道初期支护的环向连接，其设计原则为：
①限阻器峰值须大于仰拱闭合前结构内力，并小于结构极限抗压强度，保证初期支护的施工期安全稳定与后期限阻变形。
②限阻器须保证一定的恒阻值，控制支护变形速度和收敛时机在工程可接受范围内。
③限阻器须留有足够的恒阻变形空间，确保围岩压力能够释放到结构可支护能力之内。
（2）结构连接
为保证限阻器与隧道初期支护结构的有效连接和共同工作，限阻器与结构连接采取的措施为：
①限阻器与格栅钢架环向连接在连接钢板上开螺栓孔，格栅钢架和限阻器通过接头螺栓连接。
②限阻器与喷射混凝土环向连接在连接钢板上垂直焊接连接钢筋，通过连接钢筋来保证限阻器和喷射混凝土有效连接，并在限阻1.0m 范围内挂双侧钢筋网，防止局部应力集中导致混凝土开裂。
③限阻器纵向连接在前后两榀限阻器的上下连接钢板处用钢筋或钢板帮焊连接，使各榀限阻器在隧道纵向上连接成一条纵梁。如图所示。
限阻器组装示意图
（3）施工安全措施
①限阻器有效工作措施在限阻器安装施工时，采用土工布堵住竖向钢板间空隙，以防混凝土喷入而导致限阻器失去工作能力。在进行下一循环初期支护施工时取出土工布，保证限阻器正常工作。
②限阻器封闭措施在施工期间密切监测限阻器和初期支护变形，当限阻器压缩变形量超过限定值时，或初期支护变形已收敛需施作二衬时，采用喷混凝土喷实限阻器竖向钢板间空隙，并辅以小导管注浆对限阻器进行封闭处理，保证初期支护的整体性。
2.限阻器在深埋老黄土隧道中的应用
（1）工程概况
2016 年 5 月，蒙华铁路阳山隧道出口深埋老黄土段(DK390+708～+528)初期支护发生破坏并造成初期支护侵限，破坏现象表现为上台阶左右拱腰至拱脚处混凝土开裂剥落、钢架压曲错台，掉块沿纵向贯通，破坏后的初期支护侵限达30～40 cm，如图所示。2017 年 3 月～5 月，蒙华铁路麻科义隧道、郑庄隧道、郭旗隧道深埋老黄土段初期支护相继发生类似的破坏现象。
a) 混凝土开裂 b) 钢架扭曲
深埋老黄土段初期支护破坏情况
蒙华铁路深埋老黄土段洞身地层岩性为第四系中更新统冲积(Q2pl)黏质老黄土，棕黄色、棕红色、褐红色、黄褐色，硬塑～坚硬，含少量的钙质结核，可见白色菌丝，呈大块状压实结构，开挖未见地下水，塑限20%，液限33.4%，具弱膨胀性，围岩分级为IV 土，埋深 120～140 m，开挖掌子面土体含水率约 15%，初支破坏后有水渗出，测试其背后土体含水率为20%～23%。
阳山隧道为单洞双线隧道，开挖面积 101.43 m2，采用三台阶法施工，初期支护钢架采用 H150 四肢格栅钢架，间距 1.0 m，主筋直径 22 mm，C25喷射混凝土厚度22 cm。隧道初支破坏后支护方案变更VC加强型支护，采用H230 四肢格栅钢架，间距0.6 m，主筋直径 28mm，喷砼厚度 30cm。采用加强支护后，初期支护破坏现象明显减少，但在DK390+462～DK390+467 段出现混凝土剥落现象，说明加强支护未能全面控制初支的开裂现象。
（2）限阻器设计及应用
在阳山隧道出口深埋老黄土段发生破坏后，通过现场调查、数值模拟、现场试验等手段，分析认为该段隧道初期支护以小偏心受压为主，围岩在拱脚部位产生剪切滑移带，结构压应力超出抗压强度导致拱脚产生压剪破坏；初支破坏后斜截面产生贯通裂缝，已基本失去承载能力，但未落拱垮塌，而是在后续的轻量加固(相对原支护能力)下慢慢得以稳定，说明初支破坏变形后围岩压力得以释放；变更加强支护段的破坏说明单纯增加强度难以抵抗围岩压力带来的结构内力，应采用释放围岩压力的方法进行支护优化，为彻底避免后续段落初期支护继续发生破坏现象，选取试验段进行了限阻支护优化方案。
限阻支护优化方案为：初期支护保持原 IV 土型支护不变，在上台阶左右拱脚各设置一处限阻器。根据现场初期支护结构破坏时环向错台压缩量，设计限阻器的压缩变形量为20cm；根据结构受压安全储备和仰拱封闭前结构内力确定限阻器设计峰值为 8.0～12.0 MPa；根据限阻器试验峰值与恒阻值的关系，恒阻值设计为 1.0～1.5 MPa。限阻器结构设计参数为：限阻器宽度为初期支护厚度，即 22 cm，竖向钢板厚度为 7.5 mm、高度为 28 cm、间距为 10～15 cm 根据钢架间距调整。
2016 年 12 月底，在阳山隧道 DK390+152～+168 段进行限阻器试验段施工，如图所示。
a) 上台阶施工 b) 中台阶施工
限阻器在深埋老黄土隧道施工
（3）工程应用效果
阳山隧道出口试验段限阻器距掌子面约 1.5 倍洞径时开始变形，最终压缩变形量为 10～15 cm。初期支护变形速率在前期较大，最大达到 2.6 cm/d，结构最终最大收敛变形达到 15 cm，最大拱顶沉降6 cm。经历 2 个多月的变形后，初期支护变形趋于稳定，除与原支护相接断面由于结构刚度差异产生的环向裂缝外，无其他开裂破坏现象，初支受力整体连续性保持良好，量测试验段结构内力如图所示。初期支护变形稳定后，封闭限阻器，施作二次衬砌。
喷射混凝土应力(2016～2017 年)
阳山隧道出口试验段结果表明，限阻器可以释放围岩压力和结构内力，有效解决深埋老黄土段初期支护破坏问题，限阻器方案陆续推广至阳山隧道正洞、麻科义隧道、郑庄隧道及郭旗隧道深埋老黄土段治理初期支护开裂问题，应用限阻器后，初期支护不裂、不拆、不换、一次性安全施工通过，如图所示。截止 2017 年 9 月，深埋老黄土段限阻器方案共施作 2 280 m。
深埋老黄土隧道限阻器治理效果
3.限阻器在高地应力水平岩层隧道中的应用
（1）工程概况
2017 年 4 月～7 月，蒙华铁路延安隧道、阳山隧道、段家坪隧道、如意隧道和集义隧道等多座隧道水平岩层段发生初期支护破坏现象，具体表现为拱顶开裂、起皮、掉块，钢架扭曲变形，如图所示，掌子面开挖后有轻微地震、闷响发生，初期支护破坏开始发生位置距掌子面1～2 倍洞径。
高地应力水平岩层段初期支护拱顶破坏情况
根据设计资料，初期支护破坏段设计围岩级别为 II～III 级，施工中掌子面揭示围岩为水平层状砂岩夹薄～中厚层状泥岩，节理裂隙发育，层间结合力较差。地应力测试结果表明破坏段存在高～极高水平构造应力，变更设计后采用IVb 复合式衬砌支护，支护破坏现象未得到控制。
（2）限阻器设计及应用
高地应力水平岩层段初期支护发生破坏后，通过分析认为，水平高地应力导致初期支护在拱顶产生很大的压应力，超出了结构的抗压强度，导致混凝土产生压剪破坏，现场多次提高支护级别依然无法抑制初支开裂。由此，可参考深埋老黄土隧道初期支护开裂治理的理念，采用限阻支护方案。
限阻支护优化方案为：根据不同隧道地质情况和地应力情况，初期支护结构采用 IVb～Vb 支护，在拱顶位置设置一处限阻器，如图所示。限阻器结构设计参数借鉴深埋老黄土隧道中的设计参数。
限阻器在高地应力水平岩层隧道施工
考虑到围岩刚度大、变形小，宜减小限阻器压缩量，设计限阻器高度为 25～30 cm，竖板厚度为 6～8 mm，并设定限阻器变形限值为15 cm，当限阻器压缩量达到 15 cm 时，立即喷混凝土封闭限阻器。
（3）工程应用效果
高地应力水平岩层段限阻器距离掌子面 1.0～1.5倍洞径时开始变形，限阻器与初期支护的最终变形量随地质条件的不同而差异较大。限阻器最终压缩变形量为3～15 cm，压缩变形量超过 15 cm 的限阻器立即喷砼注浆封闭。初期支护最终拱顶沉降值为 30～160 mm，最终水平收敛值为 20～175 mm。
截止 2017 年 12 月，高地应力水平岩层段限阻器方案共施作3 520 m，基本无初期支护开裂现象，如图所示。
高地应力水平岩层隧道限阻器治理效果
结论
（1）传统的刚性支护允许变形量小，释放围岩能量少，难以解决高能地质环境隧道施工中支护破坏问题。在应对隧道大变形等高能问题时，设计理念应从大刚度、强支护方式转变为允许围岩变形、控制围岩能量释放的限阻释能型支护方式。
（2）通过理论和试验探索，研发了一种具备初始强度、恒阻大变形和高后期强度的限阻器，确定了限阻器的设计参数与性能指标之间的关系；结合限阻器参数试验和隧道实际情况，制定了限阻器设计参数，形成了限阻耗能型支护的设计方法和施工方案，在深埋老黄土隧道和高地应力水平岩层隧道中得到成功应用。
（3）限阻器环向嵌入初期支护中，将传统刚性支护转化为“刚–柔–刚”型的限阻释能型支护；通过在关键受力部位设置限阻器，结构最终变形量明显增加，初支开裂问题得以有效解决，表明限阻器可以限制结构内力、可控地释放围岩压力，是一种可行有效的隧道支护手段。
（4）在治理深埋老黄土隧道初支开裂问题时，未提高初期支护强度等级，说明隧道围岩能量被释放后，施加在结构上的围岩压力得以减少，支护参数可不需加强，限阻器增加了安全性的同时又提高了经济性，限阻方案与加强支护方案对比，每延米节约直接成本1.4 万元，经济效益显著。
（5）相较于国外常用的可伸缩钢架 + 应力控制+ 喷射混凝土 + 锚杆多种结构分离支护的屈服控制型支护，本文自主研发的限阻耗能型支护结构整体性好，取材容易，加工方便，成本低廉，施工简单易操作，极具工程实用价值。
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