乌鞘岭隧道F7 断层控制变形施工技术

1、工程概况

乌鞘岭特长隧道设计为两座平行的单线隧道，线间距40m，隧道长度20050m，隧道最大埋深1100m左右。

F7断层是整个乌鞘岭隧道长度最长、地质条件最复杂、不可预见因素最多、施工技术难度最大的一条活动性断层。区域地震资料显示全新世以来该断层仍有活动迹象，全新世以来水平滑移速率为2.08～2.5mm/a，平均垂直滑移速率为0.06～0.027mm/a。

F7断层位于毛毛山岭北山前，地貌反映明显，延伸长度约174Km。构成岭中中高山区与岭北低高山及黄土丘陵的分界。断层走向北西西向，倾向南，倾角70°，前期为逆断层，后期表现为左旋逆走滑断层。断层南侧出露地层为志留系板岩，断层北侧出露白垩系砂砾岩夹泥岩。断带地质主要由碎裂岩及断层泥砾组成，岩体破碎～极破碎，呈碎石角砾状～散体状结构。

2.F7断层的挤压变形情况

进入F7断层施工后，初期支护均不同程度地受挤压破坏，破坏部位一般在拱顶和拱脚，局部在拱腰，拱顶表现为下沉开裂，拱脚为内移压溃，拱腰为内鼓开裂。当上部拱架为两榀拼装时，拱顶、拱脚变形为重，当为三榀拼装时，拱腰、拱脚变形明显，拱顶下沉亦明显。下部施工后，墙腰内鼓变形明显。

仰拱：灌注20天后，累计上浮4～6cm。

3.1、控制变形的施工手段

从前期F7断层施工产生大变形的原因分析，我们总结出控制变形的主要施工手段有以下两个方面：

一是增加初期支护的强度和刚度，依靠强硬的支护手段来抵抗F7断层地应力的强挤压作用，并做到边放边抗，

二是在施工中采取控制措施，减少诱发围岩产生变形的不利因素，控制围岩的变形发展。

3.2、控制变形的施工方法

要控制围岩的变形，首先应从保护围岩的角度出发，采取超前预支护和减弱振动爆破，减少诱发围岩产生变形的不利因素；其次，采用强硬的支护手段，并尽可能及早发挥初期支护抵抗变形的能力；然后通过一些辅助的施工措施，加强并改善围岩的性能，增强围岩自身抵抗变形的性能；最后，通过加强施工控制，在围岩已发生部份变形的情况下采取更为刚性的二次衬砌结构，最终控制围岩的变形，确保施工安全和结构稳定。

3.2.1、仰拱施工方法

仰拱开挖采用简易仰拱桥进行，确保运输通道畅通。开挖仰拱时采用NISSAN自卸汽车配合挖掘机进行，由于受距离限制，开挖仰拱时间只能选择在下部钻眼时进行，在下部放炮前搭设好仰拱桥后采用人工清底，不影响上部运输车辆通行；仰拱型钢钢架为两个单元，在中部用钢垫板通过螺栓连接；灌注仰拱时采用轮胎式混凝土输送车进行。

4.1.1、开挖工序时间安排

在F7断层施工中，开挖工序的安排，对施工进度和控制围岩变形有较大的影响。

开挖作为隧道施工的一道工序，它包括超前小导管的施工、钻爆破眼、装药、连线和爆破，F7断层开挖一般需要4小时，占整个施工工序循环时间的25%。

出碴包括上台阶扒碴和下台阶出碴两部份，为减轻人工劳动强度，上台阶扒碴采用130挖掘机进行，因此，上台阶扒碴时掌子面是单工序作业。而下台阶出碴时上台阶可以进行拱部型钢、钢筋网、锚杆的施工，下部出碴与上台阶初期支护同时进行，因此下部出碴不占用循环时间，故出碴时间（实际为上部扒碴时间）在整个工序循环时间中一般占5%左右的时间，即1小时。

4.1.3、初期支护时间安排

初期支护是软弱围岩隧道施工的关键工序，不仅在整个工序循环时间中占有重要比重，关键是初期支护施工质量的好坏对控制围岩变形有重要作用。在F7断层施工中，由于喷砼量较大，初期支护一般占到整个工序循环时间的70%，即11小时左右。

4.1.4、仰拱施工时间安排

F7断层仰拱的施工是通过搭设仰拱桥进行的，对掌子面的开挖工序有干扰与影响，但它不占用整个工序循环时间。不过，由于F7断层围岩软弱，仰拱开挖后不及时封闭，会使边墙型钢长时间暴露、悬空，产生较大的拱顶下沉和边墙收敛。因此，仰拱施工时间的快慢对围岩变形的影响非常大，故在F7断层施工中必须对仰拱施工的时间加以控制，一般情况下每一循环仰拱施工时间控制在24小时左右（包括仰拱混凝土的灌注）。

4.2、F7断层施工工序间距对变形的影响

从前期F7断层变形的施工经验和变形数据的统计分析得知，F7断层在施工的各个阶段的变形大致情况如下：

仰拱开挖当天变形在3cm左右，仰拱混凝土完成后保持在5～8mm/d。

因此，加强对施工工序间距的控制，不仅是施工进度的需要，更重要的是控制围岩变形的需要，在围岩变形保持每天正常的情况下，通过加强对施工工序间距的控制来缩短围岩不利变形的时间，以达到控制围岩变形的目的。

4.2.1、上、下台阶工序的间距对变形的影响

上、下台阶的施工间距对于围岩变形的影响主要表现在能否及时将下台阶施工，以及能否及时将仰拱施工完毕后形成封闭的整体受力结构。

4.2.2、仰拱与下台阶间距对变形的影响