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木寨岭隧道高地应力软岩大变形施工情况中铁隧道集团公司兰渝铁路LYS-3标工程指挥部二○一五年五月一、工程概况兰渝铁路木寨岭隧道位于甘肃省定西市漳县和岷县交界处，地处西秦岭高中山区，地表沟谷深切呈“V”字型，自然坡度大于50度。地面高程2390～3214m，相对高差824m，洞身最大埋深728m。设计为双洞单线分离式特长隧道，建筑限界采用《200km客货共线铁路双层集装箱运输建筑限界(暂行）》标准，旅客列车设计行车速度200km/h。隧道采用双洞单线隧道，线间距40m，左线长19095m，右线长19115m。隧道最大开挖高度12.38m，最大开挖宽度10.9m，最小净距29.0m。兰渝铁路位于青藏高原隆升区边缘，地质环境极为复杂特殊，受多期构造影响，区域断裂、褶皱发育，初始地应力状态极其复杂，多为高-极高地应力。图1木寨岭隧道左右线间距图二、设计情况（一）工程地质1、地层岩性该隧道经过的地层条件复杂，按时代由新到老分别包括了第四系、第三系、二叠系、石炭系、泥盆系等不同时代的地层。隧道洞身主要通过二叠系下统板岩、炭质板岩地层。图2围岩情况2、地质构造隧道位于秦岭-昆仑纬向构造体系，后期被祁吕贺兰山字形构造和茶固山帚状构造复合、归并、改造。受多期次构造复合叠加作用，褶皱断裂发育，形成了形态各异、极其复杂的皱曲与断层束构造；区内主要构造为3个背斜、2个向斜，断层有F2区域性大断裂及其次生的10条断层。编号里程长度m编号里程长度mF2DK174+265-DK174+550285f14-1DK180+332-DK181+266934f10DK176+700-DK176+925225f14-2DK181+823-DK182+546723f11DK177+240-DK177+540300f15DK183+052-DK183+524472f12DK177+540-DK177+700160f15-1DK185+006-DK185+548542f13DK178+718-DK178+961243f16DK188+076-DK188+294218f14DK179+922-DK180+092170合计4272表1木寨岭隧道断层分布表3、地应力隧道通过区，测得最大水平主应力方向为N34°E，最大水平主应力值为24.95～27.16MPa，最小水平主应力值为14.95～16.17MPa，属高地应力区。最大水平主应力方向与隧道洞轴线方向（N30°E～N40°E）基本一致。（二）水文地质隧道通过区域地下水类型主要有基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙水两类，基岩裂隙水分构造裂隙水、风化裂隙水、层间裂隙水，具有弱承压性。预测单洞正常涌水量为16607.9m3/d，最大涌水量为49823.7m3/d。（三）设计参数及工法1、设计参数隧道均采用曲墙带仰拱复合式衬砌，初期支护采用喷锚支护，二次衬砌采用素混凝土或钢筋混凝土。2、辅助坑道设置全隧道设8座辅助坑道石咀沟斜井L=985m,10%大坪斜井L=1451m,10.9%大坪有轨斜井主\副井L=810\809m,44%\43.7%南水沟有轨斜井副\主井L=777\757m,42%\42.6%鹿扎斜井L=1850m，11.3%大沟庄斜井L=1426m,11%大战沟斜井L=1030m,11%马家沟斜井L=930m.11.1%DyK176+560DK178+350DK180+215DK182+700DyK183+600DyK186+000DyK187+900DyK190+170DK173+280DK180+250DK182+650DK192+375DyK173+280DyK192+375重庆兰州图3木寨岭隧道及斜井布置示意图三、施工中遇到的主要问题（一）大变形及初期支护破坏侵限1、围岩大变形隧道开挖后围岩变形剧烈，主要特点是累计变形量大、变形速率快、持续时间长等。监测数据显示，隧道最大收敛变形达2403mm，拱顶累计下沉最大1810mm；初期速率一般在40～200mm/d，最大收敛速率417mm/d，最大下沉速率252mm/d。变形稳定期在35～50天，个别地段变形持续不收敛。全隧已经施工地段的变形统计情况如下：表2变形数据统计表进入F14断层束（F14、F14-1、F14-2）以来，变形持续得不到控制，自2013年10月至2015年3月3~4#井的变形统计情况如下：表3断层带变形数据统计表2、初期支护侵线拆换严重因变形大，木寨岭隧道初期支护侵入二次衬砌净空严重，全隧共因变形侵限而进行二次开挖2158.6m，部分地段进行了3次及以上开挖，全隧及自2013年10月进入F14-1及F14-2断层区域以来3～4#斜井之间隧道多次开挖情况如下：工作面施工长度m一次拆换数量m比例二次拆换数量m比例三次拆换数量m比例全隧374402158.65.77%960.26%9.80.03%3～4#井13年10月以来3#左线80.952.265.3%22.227.4%9.824.0%3#右线108.283.877.6%1715.7%4#左线175.170.039.9%4#右线204.2112．054.8%小计568.4318.055.9%39.28.6%9.82.1%表4拆换比例表图4木寨岭隧道初期支护变形破坏（二）二次衬砌开裂破坏经统计木寨岭隧道二次衬砌严重开裂共7段320m。二次衬砌开裂集中在起拱线以上，主要在拱顶范围内，其开裂时间短的在脱模后2-3天，长的1年以后才出现开裂，一般在脱模后7-15天居多。图5二衬边墙（起拱线）开裂图图6二衬拱顶开裂图（三）施工进度缓慢经统计,木寨岭隧道平均进度41m/月，其中III级围岩77m/月，Ⅳ级围岩41m/月、V级围岩30m/月，远低于正常指标（Ⅳ级围岩90m/月、V级围岩60m/月）。3～4#斜井之间因变形更大，初期支护侵限严重，造成一次及多次拆换，全隧及3～4#井进入F14-1断层以来进度统计情况如下。表5施工进度表地段木寨岭隧道3～4#井2013年10月至今围岩或工作面III级Ⅳ级V级全隧3#左线3#右线4#左线4#右线全段一般断层最大10163575110113.835.135.65656平均77413620413.27.611.219.310.3四、采取的主要措施（一）剩余段落情况目前右线剩余341m，左线剩余419m，均位于岭脊地段的3~4#斜井之间。该段的特点是一是围岩碎，地处F14断层束内，进口端位于F14-1断层核心，出口端位于F14-1于F14-2断层中间并临近F14-1断层，围岩软弱、破碎、节理极发育；二是埋深大，剩余地段隧道埋深550~600m之间，最大埋深612m。受构造应力及埋深应力的双层影响，在断层破碎带的软弱围岩中，施工异常困难。图7木寨岭隧道3#-4#井间剩余量纵切图（二）两种不同的理念及施工方法鉴于进、出口两端围岩特性的不同，应对高地应力软岩施工，采取了两种不同的施工方法。1、以放为主、抗放结合此种方法在进口中使用，先进行一次开挖及单层初期支护，待一次支护变形达到70~90%时进行一次支护的拆除与二次开挖，开挖后施做双层初期支护，仰拱及二次衬砌适时紧跟。图8二次全断面开挖示意图2、以抗为主、抗放结合此种方法在出口端使用，先进行开挖及单层初期支护，待中台阶施工完成后拖后中台阶3m左右进行第二层初期支护及临时仰拱施工。图9以抗为主支护示意图结束！谢谢大家！