木寨岭隧道软岩大变形的机理分析及处理措施★

韦 云 张 璐 胡子扬 谷 宇 杨江坤 闫名卉

(河北大学建筑工程学院,河北 保定 071000)

0 引言

随着我国经济的高速发展，我国交通的发展进入了一个黄金时期，目前我国已经成为世界上隧道和地下工程发展速度最快的国家，隧道运输也成为我国交通运输的主要方式。随着建造的隧道数量的增多，隧道长度的不断增加，再加上很多隧道都会穿过山地，导致隧道所在地的地质条件愈加复杂，隧道面临的问题也逐渐增加，这些问题会降低隧道结构的安全性，缩短隧道的使用寿命。

在修建隧道过程中，我国面临的问题是隧道多处于软岩高地应力区。对此，很多学者对此方面有深入的研究。沙鹏等[1]利用现场实时监控，在隧道的高地应力层状围岩下勘察，总结出了初期支护、围岩压力、二衬接触压力的分布规律，为工程提出了有利的施工措施;孙利民等[2]对深部软岩隧道的支护技术进行了探索，分析了其破坏原因，认为采用超细水泥注浆来加固围岩，同时利用锚网索喷和高强度U型钢支护，达到了预期的支护效果；李鸿博等[3]通过在现场系统全面地监测了高地应力软岩隧道围岩与支护结构的应力与变形，分析了隧道的围岩大变形机制与应力特征;田鹏[4]在兰新铁路对高地应力软岩隧道围岩压力及二衬接触压力进行了现场监测，获得了隧道支护在时间和空间上的受力变化。

结合隧道所处地区的地质条件，确定出隧道的主要病害形式，并提出有效的防止和治理措施，是避免工程事故的发生，保障隧道正常使用的重要措施。

本文以木寨岭隧道[5]为例，结合当地地质条件，总结出围岩工程特性，掌握隧道的主要破坏形式，提出相应的防治措施，这对确保隧道顺利安全施工有着极其重要的意义。

1 工程概况

木寨岭隧道位于甘肃省定西市漳县、岷县，总长1 710 m，是双洞单线分离式特长隧道。木寨岭隧道为全国铁路高风险隧道之最，同时也是地质条件最差的隧道，岩石成分都是一些强度极其差的，如黏质黄土、沙质黄土、泥岩、板岩、断层压碎岩等。由于隧道所处的地区属于高地应力区，使得隧道在修建过程和使用过程中非常容易变形。并且加上岩石成分较软，使得围岩的稳定性非常差，易发生大变形。

1)施工过程中的危害：在木寨岭隧道中，病害主要是软岩大变形。由木寨岭隧道所在地的地质条件可知，该地有着大量的炭质板岩。这一地质情况是出现大变形最重要的因素。在结构内力的作用下，炭质板岩会与水相融，这直接使岩石变软，出现不同程度的膨胀现象。膨胀会使得节理破坏，岩层被毁坏。同时，与水相融后重量增加，使得掌子面上方的围岩无法承担岩石上部的重量，围岩立即失稳变形发生塌落大变形。

2)危害分析：首先，由当地的地质情况可知，隧道不仅处于高地应力区，而且还受到褶曲和断层带的作用，这些作用使得结构内力增大。同时与水相融的炭质板岩会使岩层毁坏。随着隧道不断开挖，地应力不断放出，再加上围岩等级较差，原有的结构不能与日益增加的地应力相抗衡，使得隧道发生破坏；其次，该地的岩石类型大部分属于软岩，遇水成泥，稳定性非常差，支护结构在施工时虽然达到了要求，但是随着地应力的发展，衬砌结构不足以抵抗地应力的发展，最终导致了塌方大变形。

2 治理措施

由当地的地理地质条件可以得出，隧道出现大变形的原因主要有两方面：一是有膨胀性矿物的存在，同时又有水的存在，这时，就会有膨胀的现象产生。 在围岩挤压褶皱的部位，地下水位很大，这时若有易与水相融的矿物，如隧道中的炭质板岩，遇水变泥，从而使隧道的周边产生较大变形；第二点则是挤压性变形，由于隧道周围的岩石强度较低，隧道的洞室在开挖后，在洞室周边的岩石将会因为处在塑性区而遭到破坏，这是因为塑性区内的岩体会受到剪切和挤压作用，从而出现了大变形。

针对这些大变形破坏，现阶段常规的治理措施主要有：

1)加强超前支护：超前支护是可以使得隧道工程的开挖工作安全进行的一种治理方法。超前支护主要运用在断层破碎带、软岩和塌方段，同时对其进行注浆，能够对大变形起到一定的控制作用。如果用大管棚难以施作地方，超前支护可以采用双层小导管进行注浆。除此之外，在无水段和渗水地段可以分别采用注水泥浆和注水泥水玻璃双液浆。

2)注浆加固：将能固化的浆液注入裂隙或空隙中，能够起到防渗和加固的作用。在初期支护期间，如果出现大变形侵限、仰拱隆起、衬砌开裂、塌方等问题，首先应进行注浆，使旁边的岩石能够固结，把围岩的稳定性提高，防止软弱围岩发生变形。对于无水或贫水地的地方可以用单液浆注浆，富水地方采用双液浆注浆。

但是现阶段的使用方法还存在着很多不足，施工也有很多不便的地方。由于软弱围岩在高地应力的作用下很容易发生挤压变形，应力处于复杂的状态，塑性区内的岩体同时受到剪切和挤压作用，使得围岩中的质点往开挖施工的方向进行移动，导致了隧道发生大变形。

若在施工时设置变形缝，由于岩石与水融合后，会有一定程度的膨胀。而变形往往是因为岩石没有足够的空间，才会向外鼓出，出现较大的变形。若能够提前预留出足够大小的变形缝，会给岩石膨胀提供出足够的空间，减小岩石之间的挤压，可以防止因为岩石向外鼓出而引起的变形。变形缝还可以防止渗水，阻碍了软泥地区遇水塌陷的危害。一般情况下，可将变形缝设置在软硬岩变化处和明暗分界处，一般每30 m处设置一道，见图1。

3 结语

在木寨岭隧道出现的病害，大多数都是变形问题，因此，是否能够抑制变形的发展，是保障隧道在施工过程和使用过程中维持稳定的重要因素。前文所提到的几种处理变形的措施，在木寨岭隧道中，能够解决一些现有大变形问题，并为以后的隧道修建过程中所遇到的病害问题，提供一定的经验，有效的预防并减少因隧道结构的破坏造成的财产损失。

除了在隧道变形后要进行治理外，更主要的还是预防隧道变形。原因在于隧道发生大变形后，需返工处理,在严重地增加成本的同时，也会拖延工期。不仅如此，隧道大变形后，会伴随有更繁琐的后期施工，花费的人力物力也更多。为了避免这一系列事情的发生，总结经验教训,采取预防措施对于隧道工作者们是必不可少的。除此之外，在后续隧道施工中应加强施工地质工作,准确了解隧道所处的地质条件,优化施工开挖方案，以确保施工安全顺利，从而减小隧道破坏所造成的损失。

参考文献:

[1] 沙 鹏，伍法权，李 响，等.高地应力条件下层状地层隧道围岩挤压变形与支护受力特征[J].岩土力学，2015，36(5):1407-1414.

[2] 孙利民，孙利军.深部高应力软岩层大硐室联合支护技术[J].中州煤炭，2011(11):70-71.

[3] 李鸿博， 戴永浩，宋继宏，等.峡口高地应力软岩隧道施工监测及支护对策研究[J].岩土力学，2011，32(S2):496-501.

[4] 田 鹏.高地应力软岩隧道围岩压力及二衬受力特征研究[J].铁道标准设计，2016,60(8):108-112.

[5] 吴发展.木寨岭隧道右线出现塌方处理[J].青海交通科技，2016(4)：107-108，114.