1、关角隧道二郎洞断层带设计与施工监控摘要：通过对青藏铁路西格二线新建关角隧道二郎洞断层带的设计方案的对比和实际施工技术控制措施，为类似工程提供经验。 关键词：隧道断层带大变形设计与施工技术控制 中图分类号：U445 文献标识码：A 1、工程概况 青藏铁路西格二线新建关角隧道位于既有铁路天棚至察汗诺车站之间，全长 32.645km，设计为两座平行的单线铁路隧道，设计时速为160Km/h，线间距为 40m，均位于直线段上。关角隧道是目前国内在建最长的铁路隧道、也是世界最长的高原铁路隧道（隧道进口高程为3380.75m，出口高程为 3324.05m） 。 关角隧道地处青藏高原东北缘，隧道通过区属青海南
2、山高山区的关角日吉山。隧道通过地区地层岩性复杂，沉积岩、岩浆岩、变质岩三大岩类均有出露，出露的地层主要有第四系、三叠系、二叠系、石炭系、志留系、下元古界，并伴有华力西期侵入岩。地质构造极为发育，有莱挤河断层、梅拢尼哈断裂、二朗洞断裂带、布哈河南断层等四条一级区域性深大断裂，其中二郎洞断裂带是由 7 条断层组成的断层束，长度约为 2355m，大部分位于 9 号斜井工区内，对工程建设极其不利。根据对地质钻孔地应力的实测结果分析，该断裂带内 F3 断层存在大变形的可能。 2、围岩变形破坏特征 、9 号斜井施工至 0450+20 时,围岩为石炭系板岩（Csl）：灰黑色，薄层状、板状构造，泥质胶结，岩体
3、受构造影响严重，岩体破碎，碎石状松散结构和薄层状压碎结构，岩质较软，层间结合力差，局部有泥质夹层及石英脉充填，围岩完整性差，自稳能力差，岩体变形、开裂较为严重。斜井右侧（面向掌子面）边墙出现不同程度的变形，钢架扭曲，混凝土剥落，收敛值最大达到了 17cm；施工至井底后，斜 0+25斜0+15 段二次衬砌出现被压裂的现象，0+150+00 初期支护也出现了裂缝。、9 号斜井进入正洞后，很快进入 F3 断层破碎带，断层带物质为断层角砾岩、碎裂岩、压碎岩等，灰色、灰黑色，挤压强烈，揉皱发育，多见不规则挤压光滑面，围岩质软，夹有断层泥，岩体破碎-极破碎，拱部掉块、坍塌严重，围岩整体稳定性差。初期多数段
4、落发生不同程度的变形。其中较为严重的 DyK304+430500 段，最大变形达到了 505mm。 3、断层带变形设计方案比选 针对 9 号斜井隧道正洞发生大变形的情况，在 9 号斜井正洞进行了不同断面形式、不同的支护参数的实验对比，最终确定采用加大边墙曲率、加强初期支护的抗变形处理方案。 、双层支护 为了控制隧道变形，降低施工难度，加快施工进度，避免进行初期支护拆换，在 9 号斜井正洞工区，初期支护曾采用双层支护、分期施工的方法进行施工，并对二次衬砌进行了结构加强。 第一层支护参数为：全断面设置 2 榀/m 的 I20a 型钢钢架；拱墙设8 双层钢筋网；预留变形量 15cm；拱墙设 25 长
5、 5m 的自进式锚杆；拱部采用 42 长 3.5m 超前小导管预注水泥浆，间距 40cm。 第一层初期支护变形量达 10cm 时，应迅速施做第二层初期支护，第二层支护参数为：拱墙设置 2 榀/m 的 I16 型钢钢架，与第一层初期支护钢架间隔布置，二次支护钢架墙脚处应设置锁脚锚管；拱墙设 8 单层钢筋网；预留变形量 10cm。二次衬砌采用钢筋混凝土结构，厚 45cm。 经过一段时间的施工，双层初期支护能有效控制变形，很好的通过了部分石炭系板岩断层带，但是由于施工工序较多，而且第一层初期支护变形不均匀，导致第二层初期支护施工难度加大，影响了施工进度，同时工程投资较大。 、调整钢架型号 全断面设置
6、 1 榀/0.8m 的 H175 型钢钢架；拱墙设 8 钢筋网；预留变形量 30cm；拱部设 25 中空锚杆，边墙设 22 砂浆锚杆，锚杆长5m；拱部采用 89 管棚42 小导管超前预注水泥浆，管棚长 15m, 小导管长 3.5m，环向间距 40cm。二次衬砌采用钢筋混凝土结构，厚 45cm。 此方案虽有效的控制了板岩地段支护的变形，但是由于 H175 型钢钢架相当笨重，现场加工制作困难，安装难度加大，加上管棚施作难度较大，同时工程造价也明显提高。 、加大边墙曲率、加强初期支护 鉴于关角隧道工期紧张，结合铁道部的科研项目关角隧道地应力场特征与富水软岩支护技术研究 ，设计院立即在关角隧道进行以收
7、敛量测为主要项目的实验测试，两次调整了断面曲率及支护参数后，取得了相对经济合理的支护结构断面参数（断面尺寸见附图） 。 支护参数如下：全断面设置 3 榀/2m 的 I20a 型钢钢架；拱墙设 8钢筋网；预留变形量 15cm；拱部设 25 中空锚杆，边墙设 22 砂浆锚杆，锚杆长 5m；拱部采用 42 超前小导管预注水泥浆，小导管长3.5m。二次衬砌采用钢筋混凝土结构。 此方案在 9 号斜井等工区被证明是合理、有效的，不仅有效控制了板岩地段支护的变形，隧道变形基本上能控制在 200mm 以内，同时降低了施工难度，加快了施工进度。 4、施工安全监控措施 隧道断层破碎带安全施工的核心是“控变、防坍”
8、 ，即控制围岩和支护变形，防止坍方。施工中还应严格遵循“超前探、管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、早成环、严治水、勤量测、紧衬砌”的基本原则。 、重点采用 TPS203 地质雷达和超前水平探孔相结合的综合超前地质预报方法，超前探明前方地质情况。 、采用超前预支护措施，一般情况下采用超前小导管，特殊地层采用大管棚超前支护，并利用超前管棚或小导管进行注浆加固地层。 、采用超短二台阶法开挖，台阶长度控制在 35m。对于特别软弱破碎地段采用三台阶法开挖。 、严格按照铁建设【2010】120 号文要求控制一次开挖进尺，掌子面每循环开挖进尺不得大于 1 榀钢架间距；隧道开挖后初期支护应及时施作并封闭
9、成环，仰拱每循环开挖进尺不得大于 3 米。 、严格控制仰拱、衬砌距掌子面的距离。仰拱距掌子面距离不得大于 35 米，衬砌距掌子面距离不得大于 70 米。 、将监控量测纳入工序管理，实施有效监控，数据异常时及时反馈，严防突发性事件发生。 、加强锁脚锚管的施工质量，抑制落底时变形、下沉。 、及时引排地下水和施工废水，以免造成基础软化，土体滑移。 、严格遵守“以质量保安全”的理念，通过严格控制工程质量，消除质量安全隐患，保证施工安全。质量控制的重点是隧道开挖、初期支护质量。 5、结束语 、隧道在断层破碎带施工中，控制大变形的最有效的设计方案就是加大断面曲率，提高土体自身承载能力。 、隧道断层破碎带强度低，隧道开挖后地应力重新分布，围岩易受拉或受压产生塑性区，在隧道施工中围岩和支护易发生大变形，必须采取适当有效的工程施工控制措施，才能有效预防支护侵限、塌方等工程事故。
