六盘山大变形施工预案

一.工程概况

项目区位于祁吕贺山字型构造体系的脊柱—贺兰山褶皱带南段、陇西系旋卷构造六盘山旋回褶皱带的中部及伊陕盾地的西南部，属六盘山大断裂（和尚铺——泾源）与月亮山——六盘山西麓断裂的相挟部位，西部出口段多为第四系覆盖，构造相对较简单，东部六盘山区极为复杂。当在祁吕贺山字型构造体系前弧内侧马蹄形盾地中部发生陇西旋卷构造时，白垩系及第三系先后全卷入这一构造体系，生成这个巨大体系中最明显、最突出的六盘山旋回褶带，并生成走向北北西或北西向的褶皱和冲断面。由于受贺兰山褶带南段干扰，褶皱和冲断面走向稍有改变，呈北西-南北-南东向反“S”形分布。地貌上六盘山旋回褶带最大的特点，是其内部构造轴线与山脉形态轴向的一致性，亦即山脉也呈反“S”形，清楚地显示出旋卷构造体系的形象。

隧道出洞口地处黄土梁卯斜坡的坡脚处,属剥蚀构造黄土梁卯丘陵地貌。地形开阔、宽缓，地面高程约为2230.0m，自然斜坡坡度角约5～15°。出洞口段由第三系渐新统清水营组砂质泥岩夹含砾砂岩组成，表层覆盖第四系5-8m黄土，第四系黄土层：灰黄色，可塑～硬塑，纵向节理发育，具虫孔。

第三系渐新统清水营组粉砂质泥岩夹砂砾岩：砖红色，泥质、砂质结构，块状构造，胶结度及成岩性差，为软岩～极软岩。隧道洞身穿越白垩系下统李洼峡组泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及第三系渐新统清水营组砖红色粉砂质泥岩夹砂砾岩，结构较完整，稳定性相对较好，围岩级别Ⅳ级。洞身轴部穿越米缸山大背斜及多个小型褶曲形成的褶皱带，地形上表现为山体呈波状起伏。施工时可见基岩裂隙渗水，多以滴流或线流形式出现，沟谷分布地段及褶皱构造带部位有发生突涌水的可能。岩体纵向节理裂隙较为发育，泥岩遇水易软化、崩解，洞室开挖爆破拱部围岩支护不当，会产生局部掉块、塌落，甚至会出现坍塌现象。隧道洞身深埋段高应力集中，深部软质岩区有发生大变形的可能，施工时应做好提前测试及预防工作，确保施工安全。

二.组织机构

为了预防隧道施工过程中出现大变形，以及对发生大变形及时提出正确的处理措施，项目部决定成立专门的大变形处理小组。小组成员名单如下：

组长：周建芳

副组长： 帅文斌 杨炳昌 梁鲁斌

成员： 党双宝 王洛冰 梁秋彦 韩立儒 闫川 杨伟辉

对于已发生的严重大变形，项目小组应及时与专家组联系，专家组实地考察研究，提出合理的处理意见和处理措施，项目部根据专家组的处理方案进行处理。

每个掘进施工队必须成立大变形处理小组，组长由各施工队长担任。当大变形发生时，应根据项目部小组及专家组提出的处理方案，及时正确地对事故进行处理，以保证隧道施工正常进行。

三、大变形预防措施

1.预防原则

（1）不能被动地让衬砌承受围岩挤压力，而是主动加固围岩，从提高围岩力学性能着手，从源头上减小挤压力，主要措施是锚杆和注浆，使隧道周边形成加固圈，由加固圈承受一部分荷载。

（2）加长锚杆或锚索（其端部应伸出塑性区，进入弹性区不小于2m，将支护的荷载通过锚杆传至深部稳定岩体，让深部围岩帮助受力。

（3）初期支护应是柔形的，应能允许洞壁发生较大变形（位移），从而消耗围岩中储存的能量。挤压性围岩的巷道稳定主要靠长锚杆，喷射混凝土的作用是改善岩面，防止局部失稳。

（4）预留变形量必须留够（宁多勿少），防止初期支护变形侵入模注混凝土净空。由于预留变形不足而进行扩挖是非常危险的作业，而且在工期和工程成本上很不划算。

（5）由于围岩的徐变，初期支护收敛时间很长，一般需提前浇注混凝土衬砌，故因衬砌受力较大需加强。鉴于近似圆形断面的衬砌主要处于受压状态，加强措施以提高混凝土标号和加大衬砌厚度为主，必要时需加钢筋。

（6）应重视隧道底处理，仰拱应不比其它部位衬砌薄，而且应在开挖后立即浇注（仰拱不能及时浇注时，隧道底应加设长锚杆）。隧道围岩为挤压围岩时，仰拱的曲率应比一般隧道有所加大。当采用台阶法分部开挖时，上半断面应加设临时仰拱，并应尽可能避免采用长台阶。

２．超前地质预报

六盘山隧道地质情况复杂，在施工过程中将始终以超前地质预报

为先导，采用TSP—203地质预报系统，对掌子面前方100m左右范围内的断层破碎带、不同岩层接触带等不良地质体的界面位置进行预测预报。该系统具有地震波发射、接收、电脑自动分析成图等功能。其预报工作流程为：掌子面附近侧壁浅孔微爆破产生震源→震源发生的地震波向前向外传播→地震波遇不良地质界面产生反射波→设备的采集系统接收反射波→电脑自动计算生成成果图→解释人员对成果图进行综合分析判断→提出掌子面前方不良地质体的位置、规模的预报意见。

根据超前地质预报，开挖面前方若有软弱塑性围岩段，则采用相应措施防止大变形产生。

隧道开挖后，加强隧道内围岩地应力的监控量测，了解隧道在开挖后围岩应力的变化规律，分析围岩自身的承载能力和稳定性，并同隧道拱顶下沉量测、周边收敛量测等的结果一起对照分析，以确定合理的支护措施，确保施工安全。

3．用台阶法或环形预留核心土法进行开挖

对隧道内Ⅳ、Ⅴ级围岩地段采用台阶法施工。Ⅴ级围岩地段开挖前先打设超前小导管注浆预支护，上台阶开挖采用风钻眼，塑料导爆非电起爆系统，毫秒雷管微差爆破，Ⅳ级围岩每循环进尺2.2m，Ⅴ级围岩每循环进尺1.2 m，拱部开挖以“弱爆破、短进尺、少振动、强支护、快封闭”为原则。松软岩层采用人工配合风镐开挖，隧道开挖后及时施作喷锚支护，下半断面开挖后仰拱及时跟进。

下部开挖在上部断面锚喷支护基本稳定后进行，开挖前采用设置锁脚锚杆等有效措施确保支护体系的稳定，下部开挖后立即喷射混凝土，并按规定做好初期支护。

对隧道内围岩极软弱地段，采用环形预留核心土开挖法进行施工。

4.加强支护措施(见表)

变形等级

措施内容轻度中等严重改变洞室形状_采用采用

初期支护

喷层厚度15-20CM20-30CM30-40喷层留纵缝_采用采用喷混凝土中掺钢

纤维

采用采用采用可缩式钢架采用采用采用

锚杆长度4M6M>6M 预应力长锚索__采用预留变形量15CM30CM45CM 设置临时仰拱_采用采用

二次衬砌

衬砌厚度45CM45CM>45CM 提高混凝土标号C30C30C40采用钢筋混凝土_采用采用掺钢纤维__采用

(1).锚杆支护

在变形段进行支护时，应加长锚杆，一般加长至塑性变形区外2—5m，锚杆主要施打在拱部。锚杆安装前按设计间距在隧道拱部标出锚杆位置，将锚杆钻头对准推荐部标出的锚杆位置孔位，开始钻进。钻进应以多回转、少冲击的原则进行，钻至设计深度后，用水或高压风清孔，保持锚杆的外露长度为10—15cm。锚杆安装好后，立即进行注浆，采用按配合比拌制的水泥砂浆进行注浆，真至浆液从加固边溢出或压力表达到设计压力值为止。

(2).喷射砼支护喷射混凝土中必须加入钢纤维，否则当变形发生时，素混凝土将因开裂而失效，施工前喷射面进行如下处理：消除浮面和有害的粘着杂物、木片等；有涌水的地方要做好排水；喷射面吸水性较强时要预先洒水；凡设有加强钢筋或钢筋网时，为了不致反弹，要将钢筋或钢筋网牢固定在喷射基层面上。

当喷射砼设计厚度大于一次喷射厚度时，应分层进行喷射。

(3).钢拱架支护

钢拱架按设计要求焊制，按设计要求安放就位，并与超前水平锚杆焊接牢固，并施作锁脚锚杆，然后按设计要求分层喷射砼。

(4).超前小导管注浆

超前小导管采用Φ42无缝钢管，长度和环向间距必须满足设计要求。

注浆管采用风钻孔插打或风顶入两种方式进行，土质松软时采用风直接将钢管顶入；土质较硬时采用风钻孔插管。

在小导管前安装分浆管，一次可注入3—5根小导管，注浆压力由小到大，必要时可在孔口外设置止浆塞。注浆时由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆，如有窜浆或跑浆时，采用间隔注浆，最后全部完成注浆。

(5).加强监控量测

为了及时正确地采集隧道围岩的变形数据，项目部决定成立监控量测小组，小组成员名单如下：

王传武 徐磊 宋杰

监控量测小组成员必须按照《六盘山隧道监控量测作业指导书》进行数据采集，并对数据及时进行处理分析，预测围岩的变化趋势，并将围岩变化趋势反馈施工现场，对围岩进行经济合理的支护处理。

(6).预留变形量，及时施作二次衬砌

因围岩变形后可能导致开挖断面变小，故开挖断面要适当加大，预留足够的变形量，保证初期支护及二次衬砌有足够厚度，并满足衬砌后净空要求。预留变形量的大小要根据检测结果不断调整，施工过程中要加强与设计单位联系，将量测结果准确及时地上报给设计单位，以便设计人员能够及时修改设计。

在条件许可的情况下，要优先对大变形段进行二次衬砌施工，以确保施工安全。

四．大变形发生处理措施

1.物资设备的准备

在隧道施工过程中发生大变形时，立即对其进行处理。备好处理所需的锚杆，钢拱架，钢筋网等所需物资。另外，备好施工设备，其中包括：小导管（Φ42无缝钢管）、风、全液压钻机、风动钻机、单液注浆机、可调式高压注浆泵、叶片式搅拌机、多功能轨行式钻孔台车等设备。

2.处理方法

施工中出现大变形后，初期支护随即发生变形，其结构性能逐步削弱，采用锚、网、喷浆及注浆加固受工作时间难以全面展开，应采用木支撑等应急措施进行快速支撑。利用扇形支撑支顶初期支护，约束其变形的进一步发展，维持其残留的结构能力，为下一步的整治提供尽可能长的作业时间及尽可能好的条件。

在进行快速支撑后，随后立即对围岩进行加固措施：

（1）径向注浆

根据设计孔位、钻孔参数，在变形面上放出钻孔位置，然后进行钻孔施工。钻孔时应严格作好钻孔记录，包括孔长、进尺、起讫时间等。

根据选定浆液的配比参数拌好浆液，注浆时由下而上间隔施作。在注浆过程中，若变形面小裂隙漏浆，先用水泥浆浸泡过的麻丝填塞裂隙，并调整浆液配比，缩短凝胶时间，若仍跑浆，在漏浆处采用普通风钻钻浅孔注浆固结。

全部注浆结束后，应综合分析钻孔注浆记录，并打检查孔检查注浆效果，如果不能满足要求，则要补注。

（2）锚杆加固

锚杆长度应穿过塑性变形区域进入弹性区域2—5m，按照设计要求进行钻孔，安装。必要时使用预引力长锚索进行支护。

（3）挂网喷射混凝土

对钢筋网清污除锈，并清理大变形围岩表面的粘着杂物，钢筋网紧贴支护面，并与锚杆联结牢固，随后进行喷射混凝土施工。

对大变形段加固结束后，对该段应加强监控量测，通过量测数据采集，处理，在规定时间内，若围岩仍处于变形状态，则应对该段进行再次支护；如果围岩趋于稳定状态，则用断面仪对该段进行断面测量，判断变形段是否侵入隧道净空，并对侵入净空的部分进行处理，随后立即

进行二次衬砌施工作业。