２０１３年第２３期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ｏ建筑与工程０ 科技信｜Ｉ 关山隧道高地应力破碎围岩地段变形及支护试验研究 寇发斌 （兰州铁路局建设管理处。甘肃兰州７３００００） 【摘要】本文以天平铁路关山隧道高地应力破碎围岩地段的掉块引起坍塌及初期支护大变形问题为研究对象，选取试验段，对工程地质 和围岩监控量测数据进行分析。揭示了小断面隧道围岩破碎崩塌、初期支护变形破坏发生的主要因素，即小断面隧道施工工法、围岩破碎稳定 性、围岩节理和微裂隙发育、节理密集带发育、支护结构刚度，提出了采用“多台阶、短进尺、少装药、快封闭、强支护”的工程实施措施，从而有效 控制破碎围岩变形量，确保小断面隧道在高地应力破碎围岩地段支护质量和安全。 【关键词】高地应力；变形；支护；试验 ０前言 ２．２量测项目及测点布置 天平铁路关山隧道，全长１５１４８ｍ为单线隧道，设置辅助坑道（斜 试验段设置应力、压力量测断面一个．隧道空间三维位移量测断 井）４处，分别为１＃斜井、２＃斜井、３＃斜井和出Ｅｌ横洞。位于甘肃省天 面４—５个。试验段量测断面及量测项目如表ｌ所示。测点布置图见图 水市与平凉市交界地段的关山山区．处于六盘山褶皱带之次级构造单 １、图２。 元——关山褶皱带。关山褶皱带位于通渭一清水断层（ｒ３）和庄浪一固 表１ 测试断面测试项目及测点统计 关断层（Ｆ４）之间，为一地槽构造隆起带，关山岭脊一带有大面积华里 项目 断面测点（线）数 断面数 合计 西期闪长岩岩体侵入。隧道施工揭示地层为闪长岩，主要矿物为长石、 隧道空间三维位移 ５ １０ ５０ 角闪石，次要矿物为黑云母，细粒结构，岩质坚硬；节理和微裂隙发育、 围岩压力 １４ ２ ２８ 密闭．节理密集带发育，节理裂隙间具云母或绿泥石化等物质充填，可 见擦痕或滑动面；岩体较破碎，围岩呈碎（块）石镶嵌结构或碎石状压 钢架应力 ２８ ２ ５６ 碎结构．基岩裂隙水不发育［】１。 初支砼应力 １４ ２ ２８ １ 隧道前期施工情况与应对措施 二衬接触压力 １４ ２ ２８ １．１隧道前期施工情况 二衬砼应力 １４ ２ ２８ 截至２０１２年４月底．关山隧道关键线路处于ｌ＃与２＃斜井之间． 二衬钢筋应力 １４ ２ ２８ 隧道围岩破碎、处于高或极高地应力状态的特殊地质环境，由于岩石 单体硬度大．设计上将此类岩石定性为Ⅲ级到Ⅳ级之间．采取的支护 形式在设计上最高为单线隧道Ⅳ加强形式．按照施工揭示的围岩地 质，采用ｖ级加强支护参数施做，仍出现喷层开裂、钢架扭曲，初期支 护出现大变形（正洞最大变形量５１９ｍｍ），部分地段造成侵限。并发生 ／ 、 三次坍塌，使工期进度滞后６．２５月，已严重影响目标工期的实现。 水平收敛１ 隧道正洞２＃斜井天水方向正洞１４０ｍ处．该段原设计为Ⅲ级围 岩．实际是按照单线隧道Ｖ级加强支护形式施工。采用Ｉ１６工字钢拱 潮点Ａ 测点Ｂ 架进行刚性支护．施工采取台阶开挖的施工方法。仰拱、二衬及时跟 … 基鏖匾一一 进 针对该段硬质围岩的特征，虽然采取加强支护措施，仍存在开裂掉 水平收敛２ 块、支护变形、部分严重侵限等工程病害。 围岩监控量测数据显示．在开挖支护后都存在着收敛情况．收敛 初期在每天几个毫米．７—１Ｏ天左右收敛情况逐渐加大，每天十几个毫 米，甚至上百毫米，呈递增趋势，部分地段仰拱施作后，收敛还继续存 在．造成支护拱架变形，向内凸起，喷射混凝土开裂脱落等现象。初期 囝１位移■测测点布 支护变形最初表现为局部开裂，开裂部位多在边墙，拱顶较少。然后掉 韧支圉岩压力 块，钢拱架凸起，钢筋网片崩开，形成大的裂缝，钢架凸起变形，局部严 重侵限，正洞ＤＩＫ７７＋７２５处。变形达５ｌ８．８５ｍｍ。 １．２施工应对措施 为防止变形加大．采取了设置临时卡口梁、双层套拱及围岩径向 注浆加固等措施．同时施工前加大预留变形量，预留变形量由８ｃｍ调 整为２Ｏｃｍ。虽然按以上措施进行施工 。在２０１１年１２月２日在 ＤＩＫ７７￣６２２处，起初掌子面出现掉块，初喷混凝土剥落，随着变形发 展．塌方量越来越大。掌子面全部塌满，塌腔体高度不清，从塌体内不 停传出石块塌落声，相邻约３０ｍ初支混凝土开裂、脱落，拱架变形严 重．部分侵入限界。采用注浆加固．变形稳定后对初期支护重新进行了 换拱支护 ２现场试验内容及方法 ２．１试验段设置 图２支护压力应力测点布置 根据以往类似工程建设经验．结合关山隧道前期施工情况．在 ２－３量测方法 斜井工区天水方向ＤＩＫ７７＋５９０ ＤＩＫ７７＋５７５高地应力或极高地应力 支护应力、围岩及支护变形（位移）现场测试包括试验段隧道空间 处设置试验段，拟定试验段支护形式、参数和变形管理标准。计划在进 三维位移、围岩压力、衬砌接触压力、喷混凝土应力、钢架应力、锚杆轴 行围岩及支护压力、应力和位移量测现场试验，最终根据试验结果进 力、二衬混凝土应力等。 行优化调整确定支护参数。 ２．３．１位移监测方法 利用全站仪进行监测．每天量测一次。直至变形基本稳定为止。 作者简介：寇发斌（１９７Ｏ一），男，兰州铁路局建设管理处工程科，副科长，工程师。 怕 Ⅵ 科技信息 ０建筑与工程０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１３年第２３期 左侧大于右侧．这与开挖后揭示出的拱部围岩稳定好于边墙、左侧围 ２．３－２围岩压力及接触压力监测方法 岩稳定性好于右侧情况基本吻合。围岩压力未趋于稳定，仍在继续增 采用ＪＸＹ一４型振弦式双膜压力盒。频率接收仪进行监测，每天量 长。 测一次．直至压力基本稳定为止。 ２．３＿３钢架应力监测方法 采用ＪＸＧ型钢筋应力传感器，频率接收仪进行监测，每天量测一 次．直至压力基本稳定为止。 ２．３．４支护混凝土应力监测方法 采用ＪＸＨ一２型埋人式应变传感器．频率接收仪进行监测，每天量 测一次．直至压力基本稳定为止。 ３．２．４支护量测 本试验中在ＤＩＫ７７＋５８５断面分别埋设９个支护应力测点ｐ】，钢架 应力最大值出现在拱顶１位置．其值为内翼缘１６９．６５ＭＰａ、外翼缘 ３试验段施工及测试情况 ３．１施工情况 ２８３．６１ＭＰａ 拱部钢架应力远大于两侧边墙．拱部钢架外翼缘应力值大 于内翼缘。初支混凝土应力值较大，最大应力为Ｙ３位置１７．３０ＭＰａ。应 力值总体上来看，拱部远大于边墙。经绘制时间变化曲线分析，钢架应 力和初支混凝土应力未趋于稳定．仍在继续增长，但试验段表面未观 察到初支混凝土有明显的开裂、混凝土剥皮现象。 试验段采用两台阶法施工．上台阶光面爆破辅以挖掘机开挖．循 环进尺８０ｃｍ。通过试验段开挖．揭示上台阶围岩以闪长岩为主，岩质 坚硬；节理和微裂隙发育、密闭，节理密集带发育；围岩较破碎，围岩呈 碎（块）石镶嵌结构或碎石状压碎结构；开挖断面无渗水现象。从暴露出 的围岩情况来看．该种岩体自稳能力极差，隧道开挖后拱顶、侧墙及掌 子面多次发生掉块、偏帮坍塌，对施工人口及机具带来很大安全隐患。 ３．２试验段位移量测结果 ３．２．１变形量测 ． 试验段内每３ｍ设一个位移量测断面。从本试验段段变形量测结 果来看．在硬质岩条件下初期支护位移较大，最大值为拱顶下沉 １１．３ｍｍ．水平收敛分别为１１２．２ｍｍ、１２２．８ｒａｍ、１１２．８ｍｍ、４４．１ｍｍ，水平 ４结论 （１）现场试验结果来看，试验段采用的支护参数相对较合理，支护 结构变形以水平收敛为主，沉降值相对较小，但支护结构所受压力、应 力均较大．围岩压力最大值０．４２ＭＰａ。初支钢架应力最大值达到了 ２８３．６１ＭＰａ．初支混凝土虽未观察到明显裂缝．但部分测点实测应力已 经超过了混凝土的设计强度。预计随着下台阶、仰拱的施工各种变形、 压力、应力仍会继续增长．为有效控制围岩及支护结构的变形，支护结 构刚度宜大不宜小（强支护）。 （２）隧道开挖形成临空面后拱顶掉快严重、掌子面及侧壁极易坍 塌掉块．造成较大的超挖的同时也严重危及施工安全。为保证施工安 全、防止围岩因过度松弛导致坍塌，隧道开挖后应立即喷射５ｃｍ厚混 收敛远大于拱顶沉降 经绘制位移时间曲线分析后看出，变形仍在持 凝土封闭开挖面。（３）针对隧道开挖后围岩掉块严重易造成较大超挖问题，爆破 续增长．且拱顶下沉变形速率较小，上台阶水平收敛较大。 开挖时应在开挖轮廓线附近设置密集炮孔（周边眼）、装填低威力炸 ３．２．２沉降量测 由沉降量量测结果得出：试验段内各测点的沉降值较小，最大值 为ＤＩＫ７７＋５８７断面处Ａ测点３０．６ｍｍ 其中各量测断面Ａ、Ｂ两测点处 的沉降值基本大于拱顶的沉降值，且能表现出左侧测点（Ａ测点）沉降 值大于右￣ＩＪ（Ｂ测点）沉降值的特征．这种位移规律与测点的水平位移 规律基本吻合。经绘制沉降时间曲线分析后看出，沉降在开挖初期变 化较明显，后期变化较小．但并未趋于稳定，仍继续发展。 药。 Ｉ参考文献】 ［１］郭富利，张顶立，苏洁，等．含软弱夹层层状隧道围岩变形机理研究叨 岩土力 学．２００８．２９（增刊）：２４７—２５１． ［２］李国良，朱永全．乌鞘岭隧道高地应力软弱围岩大变形控制技术『Ｊ１ｌ铁道工程 学报，２００８，２５（３）：５４—５９． ［３］刘招伟，王明胜，方俊波．高地应力大变形隧道支护系统的试验研究【Ｊ］．土木 ３．２．３ 围岩压力量测 本试验中在ＤＩＫ７７＋５８５断面埋设９个初支围岩压力测点。由图２ 工程学报，２０１０。４３（５）：１１１－１１６． 可以看出．所测围岩压力值较大．最大围岩压力发生在ｚ２位置．最大 值为０．４２ＭＰａ。其次为１、Ｙ２、ｚ５、ｚ３位置处围岩压力较大；经绘制时间 变化曲线分析．围岩压力在横断面上的分布很不均匀．拱部大于边墙， 【责任编辑：丁艳］ 老师们常常报怨课不好上．课堂效果不好．笔者觉得这跟他们没 有仔细钻研教材．创设学生感兴趣的情境或情境链不无关系．脱离情 境的语言教学就像是要在没水的泳池里游泳一样，不可能达成愿望， 而情境链的创设则会在情境创设的基础上锦上添花 以上列举的三个 课例．只是希望能引起多一些教师对课堂整体性设计的思考，当然还 远不只这些．比如，我们还可通过创设情境链来优化复习课，笔者就曾 实例呈现：以仁爱英语八年级ｕｎｉｔ７ｔｏｐｉｃ３ ｓｅｃｔｉｏｎ Ａ的日记Ａ 听过一节通过创设《白雪公主和七个小矮人来访》的故事情境复习了 Ｂｉｋｅ Ａｃｃｉｄｅｎｔ为例．其主要内容是介绍一次自行车意外事故的经过。 交通工具。复习了问路和指路，复习了食物，复习景点介绍等等，把复 结合里面的知识点及写这篇日记的情感．设计如下情境链： 习的内容一个个串起来．一个个小情境构成了一个大的情境链，优化 情境一：老师急匆匆跑进教室说“Ｉ’ｍ ｓｏｒｒｙ，Ｉ’ｍ ｌａｔｅ．”，学生一定 复习课 总之．创设情境链的过程就是一次完美的课堂设计过程，完美 好奇发生了什么事．老师借此描述自己碰到的一次事故引入文章．并 的教材再造过程。优化了课堂．使学生习得变得轻松容易，身为老师， 将文章中的一些新表达法通过猜测法进行了教授 何乐而不为。ｌ 情境二：老师在庆幸完自己无受伤之后．故意很伤心地对某某同 学没来上课．他昨天发生了一起事故．今天他把日记发过来给大家看 【参考文献】 以警示 给出问题： ［１］刘松林．“例谈初中英语课堂情境主线与情境链的创设”【Ｊ】ｌ中小学英语教学 Ｗｈａｔ ｈａｐｐｅｎｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｂｏｙ？Ｗｈｅｎ ｄｉｄ ｉｔ ｈａｐｐｅｄ？Ｗｈｅｒｅ ｄｉｄ ｔｈｅ 与研究．２０１２０）． （上接第３２４页）上展现真实的购物环境，让所学的现学现用，与实际 相连，同时又能进一步深化新知识．处理新的问题。四个情境环环相 扣，形成有剧情的情境链。让学生全身心地投入到课堂活动中。降低了 学生开口说英语的焦虑感．振奋了学生学习英语的信心。 ３－３创设情境链．使阅读课得以优化 国家《英语课程标准》明确将“帮助学生了解世界和中西方文化的 差异．拓展视野”作为基础教育阶段英语课程的任务之一．所以一线教 师也都非常关注初中英语阅读。但在真正实施教学的过程中，却常有 老师把阅读读上成了语法课或翻译课．满黑板的知识点让学生做笔 记．气氛沉闷．严重打击了学生学习英语的兴趣和信心。事实上。文章 是知识和作者情感的载体．教师应该善于从文章中找出知识和情感的 脉络，进行整体设计．创设合理情境链。引导学生学习知识并引起学生 共鸣。 注自己身边的事，找到ｗｈａｔ，ｗｈｅｎ，ｗｈｅｒｅ，ｗｈｙ四个主线拓展延伸阅读。 以记录自己经历过的一个 ｃｉｄｅｎｔ为题写一篇文章来升华阅读。 这节课整体围绕ａｃｃｉｄｅｎｔ展开．教师介绍自己经历的ａｃｃｉｄｅｎｔ引 出话题，看同学的日记ａｃｃｉｄｅｎｔ，看杂志文章ａｃｃｉｄｅｎｔ，谈论自己经历 过的ａｃｃｉｄｅｎｔ，并形成文章，环环相扣，逐层深入，优化阅读课堂教学。 ４结语 ２］《全日制义务教育普通高级中学英语课程标准（实验稿）》教育部【ｓ］．２００１． ａｃｃｉｄｅｎｔ ｈａｐｐｅｎ？Ｗｈｙ ｄｉｄ ｉｔ ｈａｐｐｅｎ？并归纳成表格．作一个ｔｉｍｅ／ｄａｔｅ／ ［ｐｌａｃｅ／ａｃｃｉｄｅｎｔ的ｒｅｐｏｒｔ． 情境三：以英语杂志上刊登的Ａ ＣａｒＡｃｃｉｄｅｎｔ为例．引导学生关 ［责任编辑：杨扬］
