中铁五局成兰6标杨家坪隧道软岩大变形攻坚侧记

新建成兰铁路杨家坪隧道全长12815米，进口段1500米为双洞单线分修隧道，出口段190米为三线大跨车站隧道，隧道软岩大变形段占全隧道长度的90%以上，其中严重变形1294米，中等变形5485米，轻微变形4910米。围岩受断层及褶曲构造影响，岩层陡倾近于直立，隧道施工过程中受软岩、高地应力影响，衬砌支护出现严重的扭曲、变形等灾害。
　　灾害汹汹
　　时间追溯到2014年11月20日，杨家坪隧道二号横洞DK114+530开始出现边墙开裂、砼剥落，随后杨家坪隧道五个作业工区相继出现拱顶及边墙砼开裂、剥落、掉块，拱架被挤压变形、扭曲，初支面出现不同程度的环向和纵向裂缝，最大累计变形量达85厘米。
　　经成兰公司、中铁二院、监理、施工单位四方现场勘察研究，围岩强度试验结果显示：杨家坪隧道千枚岩、炭质千枚岩岩块的单轴饱和抗压强度低。围岩地应力试验探明：地应力极高。受特殊直立陡倾岩层结构和地下水软化影响，导致隧道出现大变形。
　　软弱围岩隧道的变形破坏形式在杨家坪隧道表现为喷射混凝土严重开裂、初期支护变形侵限、钢架变形扭曲，给质量安全及施工进度均带来严重负面影响。专家根据施工揭示的大变形段情况对杨家坪隧道进行了重新核实，杨家坪隧道软岩大变形段占全隧道长度的90%以上，其中严重变形1294米，中等变形5485米，轻微变形4910米。2015年1月8日四号横洞，3月6日二号横洞，3月10日一号横洞右线，4月27日三号横洞等工点均边墙开裂，砼剥落，均出现大变形；11月，杨家坪隧道出口大变形，掌子面DK123+655发生水石流突出，涌出泥石约1600立方米……参建员工战士面对的挑战越来越严峻。
　　举戈迎上
　　为了充分了解掌握杨家坪隧道围岩的变形规律和应力特征，研究适用于杨家坪隧道变形段的支护参数，根据现场围岩和变形情况，项目部选取有代表性的杨家坪隧道三号横洞正洞双线段小里程方向DK117+046～+026段作为轻微大变形试验段，选取大里程方向DK117+635～+665段作为中等大变形试验段进行试验。
　　2016年4月29日，中等大变形试验段开始施工，采用三台阶开挖，台阶高度上台阶4.45米，中台阶3.10米，下台阶3.10米。微差光面爆破，开挖进尺1.2米（2榀型钢），仰拱进尺控制在3米，初支及时施作，安全距离严格按要求控制，一般保持在20m以内。严格按规范要求进行立架挂网喷浆作业，喷浆采用喷浆机械手喷浆，长锚杆采用锚杆钻机钻孔，工序施工质量由副总监亲自验收。
　　根据上台阶施工高度，拱部及边墙喷砼前先施作4.0米长φ22水泥药包锚杆，采用风钻钻孔。8米长φ32自进式锚杆在边墙喷砼后再施作，采用锚杆钻机钻孔。
　　变形情况：围岩和初支变形主要台阶和仰拱开挖时，变形速率增大，初支钢架闭环后，速率减少；在仰拱型钢与边墙型钢连接后，在连接处初支砼有开裂，仰拱型钢两端有向上鼓起变形。根据监测，拱顶下沉14至18.6厘米，边墙绝对收敛21至27.4厘米。根据仰拱型钢两端上鼓变形情况，经四方现场核实研究，调整参数：仰拱型钢两端各增加3根6米长φ25砂浆锚杆。
　　试验段试验结果显示高构造应力和陡倾节理化千枚岩的特殊地质环境是杨家坪隧道发生挤压性大变形的根本内因，其中受平行陡倾中薄片状产状围岩石影响，施工中边墙变形较大，极易发生边墙侧向大变形；拱部变形相对较小，仰拱变形比较小。因此采用I20b或HW175以上的全环钢架、进一步优化仰拱曲率、预留变形量适当放大到20~45cm、适当加强长锚杆的数量和间距及规格、保护加强监控量测点、监测预警大变形、并采用快凝早强浆液锚杆锚固，能有效控制变形，保证施工质量安全。
　　为此，项目在分析总结试验结果之后，在全线大变形隧道采用自创的两台阶带仰拱开挖方案，及时初支施作，快速闭环，确保施工安全步距，使用喷浆机械手喷浆，以长短锚杆结合、先打后打相结合的方法施作锚杆，同时每道工序的质量必须由防控领导小组验收合格后方可进入下一道工序。
　　通过科学试验和实践证明，针对轻微、中等、严重三种大变形段落分别采用大变形I型衬砌、II型衬砌、III型衬砌施作，大变形得到了有效控制，质量安全平稳可控。随后，项目第一时间将总结提炼的《成兰铁路高地应力软岩隧道大变形控制技术》，得到了铁路总公司的认可，铁总工程管理中心下发通知将该技术在全路进行了推广。
　　乘势反击
　　在软岩大变形作战中取得阶段性胜利的时候，五局战士深知当前的成绩还远远不够，他们乘胜追击，接连推行一系列更加强有力的管控措施：召开专家评审会，重新评估隧道风险等级，杨家坪隧道施工过程中风险由高风险升级到极高风险；为加强风险防控，严格按照极高风险隧道要求做好超前地质预报和变形监测工作；关键工序高度配置机械化工装降低施工过程风险，小净距大变形段采用隧道悬臂掘进机非爆开挖减少围岩震动，双线大变形段采用先进的锚杆钻机和多臂液压凿岩台车加快锚杆施工，缩短隧道开挖面暴露时间，快速封闭成环，保护围岩并加快施工进度。
　　截至目前，杨家坪隧道大变形地段根据现场情况进行了动态调整施工，工艺质量稳步推进，变形可控。可以说，软岩大变形这只猛兽已经被驯化，杨家坪隧道采用全隧动态设计施工，大大缓解了项目工期与资金压力。
　　
　　收集相关软岩大变形隧道施工的技术资料，分析发生原因和变形机理，做好施工安全质量风险识别与防范，制定专项施工技术方案，采用先进超前预测手段，确定试验性施工工艺和施工方法……这便是成兰项目挑战杨家坪隧道打出的组合拳。自第一道工序起，成兰项目就始终坚持以确保质量安全为各项工作的前提，扎实进行各项技术培训，认真组织测量管理工作，深入开展以隧道施工工法、开挖进尺、仰拱闭环、监控量测、超前支护施作为主要内容的隧道防坍塌专项整治活动。在确保了杨家坪隧道前期施工安全的基础上，持续掀起生产高潮，创造了一个又一个的月进尺记录。
　　摸索创新
　　在与杨家坪隧道软岩大变形这头猛兽的博弈中，五局战士勇于创新，取得了丰硕的科技成果：10个省级QC成果奖，申报发明专利2项，获得2项实用新型专利，2项科研课题在股份公司立项，目前有一个科技成果已通过成果鉴定达到了国际领先水平，开发局级工法2个、股份公司级工法1个、铁总部级工法1个，发表论文4篇……科技创新为大变形隧道施工保驾护航，保证了大变形段的施工安全质量和工期，节约了成本，产生直接经济效益约一千八百万元，总结了隧道软岩大变形与初期支护变形破坏规律，完善了隧道工程针对软弱围岩隧道工程的技术理论体系，提高了自身的隧道修建技术水平，为胜利建设成兰线提供了实战上的经验和精神上的鼓舞。
　　壮志雄心克艰难，志将成兰变通途！