(4) 主要岩石物理力学参数

隧道发生大变形范围的主要岩石物理力学参数见表 2。

表2  岩石物理力学参数表

2 ) 地质条件

(1)地层岩性

工程地质隧道地表上覆第四系全新统人工填土 ,滑坡堆积层粗角砾土、碎石土、块石土，冲洪积层松软土(粉质黏土) 、卵石土 ,坡洪积层粉质黏土、角砾土、块石土 ,泥石流堆积层块石土 ,坡崩积层粉质黏土、角砾土、块石土;下伏二叠系下统灰岩;石炭系下统总长沟群灰岩;泥盆系上统唐 王寨群白云岩 ,中统观雾山组白云质灰岩;志留系中上统茂县群第一亚组千枚岩、炭质千枚岩夹灰岩 ,下统龙马溪群炭质板岩与硅质岩互层 ,开挖揭示隧道大变形掌子面围岩见图9;奥陶系 中统宝塔组泥灰岩、灰岩;寒武系下统清平组粉砂岩、磷灰岩;震旦系下统邱家河组硅质岩、页岩、 炭质页岩夹灰岩、白云岩;断层角砾、压碎岩。  区内分布有晋宁期侵入岩 ,以辉绿岩为主。

(2) 地质构造

隧道全线位于我国著名的“ 南北向地震构造带”的中段( 龙门山地震带) ,是我国活动断裂和地震强烈的集中地带之一 。其穿越的龙门山中央断裂带 ,是一条全新世强活动断裂带。

隧道穿越的广通坝断层、高川坪断层 ,千佛山断层及千佛山 1 号断层、土主庙支断层 ;穿越大屋基倒转背斜、高川坪倒转向斜、老林口倒转复向斜、半山腰倒转复背斜。

图 9 隧道大变形掌子面围岩

3 ) 高地应力软岩大变形情况

在前期施工中 ,平导拱顶累计最大下沉 80cm ,水平方向累计收敛最大 123cm ,底板累计最大上浮 140cm;正线拱顶累计最大下沉 35cm ,水平方向累计收敛最大 62cm ,仰拱累计最大上浮25cm;初期支护钢架出现扭曲、折断、错位断开等现象。初期支护变形情况见图10 ~ 图13。

(2) 长短锚杆“ 群锚效应”

根据隧道开挖分部应力分部情况 ,采用分阶段、分区域及时施作锚杆注浆支护 ,形成长短 锚杆“ 群锚效应”,可有效提高围岩自身特性和受力状态 ,组合破坏围岩 ,使其整体承载能力提 高 ;拱部“ 系统短锚杆”采用?22mm 组合中空锚杆 。“ 加强长锚杆”拱部采用 6m 长 ?25mm 树脂锚杆 ,边墙及隧底采用 8m 长 ?32mm 自进式锚杆 ,均为 1 . 2 m × 1 . 2m ( 环 × 纵) 交错布置。

(3) 围岩全环加固

为进一步提高破碎围岩的整体性 ,全隧进行径向“ 孔口管”注浆加固至开挖轮廓线3m范围 ,孔口管采用 1 . 5 m × 2 . 5m ( 环 × 纵) 交错布置。

(4) 机械化快速施工

隧道大变形段采用两臂凿岩台车完成炮眼孔和锚杆孔的成孔 ,配合超前支护 ,采用两台阶 ( 带仰拱) 法大断面开挖及快速封闭成环施工 ,实现了以“ 快”为核心的软岩大变形隧道施工新 技术 ,使得后期的大变形控制效果得到显著提高。

5 ) 变形控制效果分析与评价

两台阶( 带仰拱) 法快速封闭成环大变形主动控制技术在跃龙门隧道实施过程中取得了良好的效果。

(1) 施工进度和工序施工效率大幅提高。

如采用传统的三台阶施工方法 ,将隧道开挖断面分割成 4 个部分 ,多部开挖将会产生多次 扰动 ,空间小不利于机械化快速、及时地施作锚杆 ,进而诱发高地应力软岩大变形的产生 ; 同 时 ,初期支护钢架整体也由于分段太多、连接精度误差等原因在接头连接处出现翘曲 ,导致初 期支护钢架整体闭合成环后的圆顺性差 ,削弱了结构的承载能力 。且多台阶、多部位开挖支护 的整体成环基本在距离掌子面 25 ~ 35m 处 ,需时 20 ~ 30d 。  该工法施工进度指标只能达到每 月 25 延米( 双层初期支护) 。

如采用传统的双侧壁导坑法 ,双侧导坑左右进行施工 , 中隔壁部位采用上中下分部开挖支护 , 由于其在施工中双侧壁形成的临时横撑、竖撑、仰拱等支护体系均为过程支护 ,拆除量大且 安全风险较高 ,加之双侧导坑不能采用机械施工 ,软岩大变形主动控制措施效果较差 ,导致采 用该工法施工进度指标为每月 15 延米( 双层初期支护) ,进度缓慢。

采用两台阶( 带仰拱) 法快速封闭成环施工工法 ,在圆形开挖断面分割成上下台阶两部分 ,且通过掌子面喷混凝土、超前锚杆等措施 ,可大大减少由于分部太多形成的应力扰动 ,进而 减少诱发大变形的因素 ; 同时 ,大断面空间大 ,可充分发挥机械化快速施工优势 ,实现“ 开挖 快、喷浆快、支护快、锚杆快、成环快”的综合“ 快速”施工 , 以“ 快”实现了“ 强”支护的“ 主动控 制变形”的最优效果。

采用工法整体施工进度指标为每月 40 ~ 45 延米( 双层初期支护) ,施工进度和各工序施工效率提高 ,且安全风险最低 ,整体进度指标较以上两种方法提高 70% ~ 80% 。

(2) 施工成本明显降低( 含衬砌) 。

采用两台阶( 带仰拱) 法快速封闭成环施工工法 ,可以明显地节约施工工费 ,并且由于其 在总体进度指标上的显著提高 ,可形成快速施工组织 ,结合时间成本( 工期压缩 20% ~ 30% ) 进行经济效益计算 ,最终可大幅度提高综合经济效益。

(3) 施工中可以随时根据监控量测数据 ,及时对支护变形相对较大的薄弱部位进行补强 , 减少了由于变形控制不佳而产生的临时支护体系 ,且相较于传统方法 ,整体工效大大提高 ; 同 时施工现场标准化施工程度高。