□ 中铁十六局集团地铁工程有限公司 严菁
摘要：关角隧道自开工以来，地质条件极其复杂，岩溶地质分布极广，6#斜井I线格尔木段在通过出水量巨大的岩溶含水层后进入强挤压性软岩破碎带，施工难度大，易发地质灾害，围岩应力分布不均匀，变形快、变形量大、持续时间长。针对以上存在的施工难度，经过长时间监测分析并结合前人经验，采取超前小导管配合型钢钢架的施工工序，多观测、严管理、勤排查，确保现场施工在保证质量的前提下，安全有序进行。
关键词：关角隧道；强挤压性破碎带；超前支护 ；型钢钢架
新建关角隧道XGZHQ5-1标段位于青海省天峻县境内，既有铁路天棚至察汗诺车站之间，属青藏高原亚寒带半干旱气候，年平均气温-5℃，极端最低气温-35.8℃，最大积雪厚度21cm，最大冻结深度299cm。关角隧道6号斜井设计钻爆法开挖，采用无轨运输。斜井井口高程3766.83m，设计平距长2808m，综合坡度为10.3%，井内设置错车道的有效间距为200m，依据地质情况来对错车道的间距进行有效的调整。斜井单车道的内轮廓宽度为5m 左右，高度为6m左右；错车道的内轮廓宽度为7.3m左右，高度保持在7m左右。与正洞交点为DK296+110，交角为58°38＇58＇＇。隧道为两座平行的单线隧道，满足旅客列车最高行车速度160km/h的要求，线间距40m。隧道起止里程为DK280+550～DK313+195，全长32.645km，其中6#斜井承担正洞施工5469m，其中Ⅰ线2722m（DK295+200～DK297+922)，Ⅱ线2747m(DYK295+175～DyK297+922)。在缓和曲线上设置Ⅱ线的进口，其他的进口全部设置在直线上，隧道进口段包括一小段上坡，将坡度代数差设置在岭脊上，按照9.5‰的坡度设置连续下坡。
从里程Dk295+709开始为关角隧道6#斜井I线格尔木，进入挤压性软岩破碎带。地壳中岩石受压力作用的变质性可分为两种，一是静压力，二是侧向压力，也称应力作用。经送样分析，进入该里程后裸露的断面围岩为强挤压破碎带的构造岩，是应力作用下的结果，使岩石具有各种片理构造（图1、图2）。岩性主要为片理化糜棱岩化碎粒岩，糜棱岩化碎裂岩，含糜棱碎粒岩砾、糜棱碎粒岩，其组合、成岩序不同，基本可分为早、中、晚三期，早期为碎裂岩，中期糜棱岩化碎粒岩，晚期片理化糜梭岩化碎粒岩。原岩为泥灰岩或含碳泥岩或和泥灰岩，经动力变质作用而碳化，剪切面或压性面CaCO3或炭质是应力矿物，前者具滑动力双晶。成岩期的拟定应与区域构造运动期或构造体系一致。
图1 格尔木岩石在放大镜下的片理构造
图2 格尔木掌子面强挤压下掉块
在高地应力的作用下出现的挤压软岩是挤压性围岩，在高地应力的作用下，围岩的强度应力比较小，有大范围的塑性区在断面四周，受塑性区的“剪涨”作用所影响，断面四周会有位移出现。在高地应力的作用下，比较常见的现象为挤压现象，这就使得软岩隧道比较多。如今人们对挤压型围岩大变形进行了高度关注，在对高地应力软岩隧道进行施工的时候，会有变形量大、变形快和持续时间长等问题出现，这就比较易于造成塌方的事故，给正常施工造成影响。在施工的时候，需要对支护进行多次和多重施工，并对监控测量进行高度的关注。
围岩的支护结构刚度、初始地应力状态和地质条件给围岩压力造成了严重的影响，认真分析所得监测数据，在一样的地质环境里，格栅钢架的围岩压力要比型钢钢架的围岩压力小。围岩压力不仅是支护结构给围岩提供的支护力，同时也是在支护结构上围岩作用的荷载。软弱围岩的稳定性比较差，通过自身变形无法实现其稳定性，需要依靠支护结构的支护力来维持稳定，因此对于柔性很大的格栅钢架来说，软弱围岩的支护力可以借助型钢钢架得以实现，配合超前小导管预支护，其长度可以达到3.5m，外插角5～10。环向间距40cm，搭接长度不小于1m，注水泥-水玻璃双液浆，起到稳固断面拱顶的作用。
在混凝土二次施工以前，初支上作用的围岩压力依靠喷混凝土和初支钢架对其进行共同承担，即初支混凝土和初支钢架的应力转化成为围岩压力，所以初支混凝土、钢架和围岩压力的刚度对初支钢架应力进行控制。其中型钢钢架的应力分布比较均匀，然而格栅钢架应力的分布变异性比较明显，强烈的应力会在局部进行集中体现，尤其是在早起变形较快的软弱围岩，型钢钢架要比格栅钢架具有更好的支护效果，究其原因则是格栅钢架的早期刚度较小，围岩早期变形非常快，喷混凝土在没有全部凝固时则会受到变形的破坏，使得格栅主筋被裸露在外面，在受到围岩压力的作用下，比较容易出现弯曲变形的情况，使得格栅钢架应力分布出现失衡的现象，导致局部位置出现比较集中的状态。
综上所述，在软弱围岩里，支护结构上没有均匀的分布围岩压力，不同位置的围岩压力各不相同，型钢钢架的应力则呈现出均匀分布的状态，长时间以后也会比较稳定，但是格栅钢架应力的分布变异比较明显，随着时间的变化而出现较大的被动。所以，软弱围岩的早期变形比较明显，格栅钢架的支护效果比型钢钢架略差。
针对关角隧道6#斜井格尔木方向挤压型软岩存在的特点，及时改变围岩施工等级，适时调整超前支护措施，以下就施工过程中需要注意的问题及具体实行措施进行简要分析。
5.1 挤压性软岩支护的不稳定性
软岩支护在现场施工中比较容易出现的问题有失效、失控和失衡，这与软岩隧道的特殊性和复杂性有着直接的关系，也存在不确定因素，尤其是软岩结构应力分布具有较强的多变性，在现场施工中需要根据围岩构造的变化调整支护力度。一般多采取加密施作超前小导管、缩小钢架的架立间距、增加纵向连接筋或锁脚锚管等措施。
5.2 开挖后围岩应力的多变性
受开挖面空间的约束作用，隧道挖掘结束以后，围岩应力会得到较好的释放，所以开挖面的后方拱顶下沉就会受到制约，掌子面会有时间性和空间性的耦合存在。与掌子面离开一定的距离以后，开挖面对洞四周的围岩变形约束力就会消失，这时候，围岩流变是主要的变形形式。现场出现应力不稳定释放的情况，同时会有险情隐患出现，所以要及时做好测量工作，既要周全考虑围岩应力变化引起的围岩沉降对施工作业的影响，同时在适当的时机和适当的部位施作应力锚杆，保证围岩变形收敛后的结构稳定性。
5.3 支护施工的严谨性
软岩施工锚杆和钢架的初期支护作用发挥成效至关重要。喷混凝土需要与围岩进行紧密的粘贴，即爆破结束以后，软岩隧道围岩会有一些与混凝土无法实现密贴的物质，对其进行清理以后，依然无法实现密贴就会使围岩构建的内部出现裂纹，从而改变整体围岩的应力分布，造成结构承重支护遭受不利影响。
5.4 二次衬砌施工及时跟进的重要性
在挤压性软岩隧道施工的时候，为了使洞内的稳定性得到较好的保持，在施工允许的情况下需要对二次衬砌及时的跟进，使软弱围岩的挤压变形得到控制。二次支护可以对围岩的初期支护起到较好的补偿作用和保护作用，软弱围岩的流变压力也会得到较好的承受，对二次衬砌结构受力随时间的变化的情况进行仔细分析，从而使衬砌结构的安全性得到保障。
综上所述，如果施工的地质条件较差，需要将强支护和超前支护工作做好，支护工作一定要将尽早完成封闭成环。在施工的时候需要对隧道围岩情况和地质结构进行仔细分析，从而得到最佳施工策略。
参考文献：
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DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2017.06.043
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