CN107476809B - 一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法。所述方法根据隧道围岩条件，将绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形划分为五个变形等级；针对每个变形等级，分别确定相应的大跨度隧道变形控制措施，以确保隧道支护结构安全稳定，避免隧道变形侵限。

Description

一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法。
背景技术
绿泥石片岩是一种以绿泥石为主要矿物成分的区域变质岩，呈片状构造，遇水崩解且易软化，属于典型软岩，承载能力低、变形能力强，即使隧道开挖初期揭露为较完整的围岩，在短时间内也会产生大变形而难以自稳。如果揭露围岩完整性较差，直接开挖将无法维持围岩的初期稳定，甚至在开挖过程中发生大规模塌方，给隧道施工带来极大困难。尤其对于深埋的单洞三车道公路隧道等这类大跨度隧道，开挖对围岩的扰动范围大，加上地应力水平又高，产生挤压大变形则成为必然现象，若措施选择失当，极易造成隧道支护变形侵限、喷射混凝土开裂剥落、钢架扭曲断裂、二次衬砌开裂掉块甚至垮塌、边墙下沉等病害，导致工期延误、费用剧增、安全失控。
因此，合理地预测绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形等级并采取相应的控制措施，以避免隧道变形侵限、保障隧道施工安全、支护结构稳定及造价可控，就显得尤其重要。然而，目前尚无针对绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形分级方案以及相应的控制措施，有必要通过详细地质勘察、现场实践总结和试验研究等手段，在了解不同围岩条件下绿泥石片岩物理力学特性的基础上，确定绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形分级方案及相应的控制措施。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法，所述方法能够合理地预测绿泥石片岩地层大跨度隧道在不同围岩条件下的大变形等级并采取相应的控制措施，避免隧道变形侵限，保障隧道支护结构安全稳定，而且造价可控。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法，所述方法根据隧道围岩条件，将绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形划分为五个变形等级；针对每个变形等级，所述五个变形等级为：极严重大变形、严重大变形、中等大变形、轻微大变形和无大变形，分别确定相应的大跨度隧道变形控制措施，以确保隧道支护结构安全稳定，避免隧道变形侵限。
进一步地，所述大跨度隧道为单洞三车道公路隧道，或具有相同跨度的其他隧道。
进一步地，由于软岩隧道大变形与围岩的物理力学性质和地应力水平密切相关，不同围岩条件（包括绿泥石片岩的主要矿物成分、岩体强度、岩体完整性和地下水情况等）时，隧道大变形的量级、围岩压力的大小也各不相同，若采取一致的大变形控制措施显然是不合理的；通过划分不同大变形等级，进而采取相应的大变形控制措施，对于绿泥石片岩地层大跨度隧道的设计、施工和管理具有重要的指导意义。
所述极严重大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩由单一的绿泥石片岩构成，岩体的饱和单轴抗压强度Rc＜5MPa，呈粉末状或散体状结构；
所述严重大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩为绿泥石片岩，含少量石英脉，石英含量小于20%，有地下水，岩体的饱和单轴抗压强度Rc=5~10 MPa，岩体完整性系数Kv≤0.15，呈碎裂状或散体状结构；
所述中等大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩为绿泥石片岩，含少量石英脉，石英含量小于20%，无地下水，岩体的饱和单轴抗压强度Rc=10~20 MPa，岩体完整性系数Kv为0.15~ 0.35，呈层厚小于10cm的薄层状或碎裂状结构；
所述轻微大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩为绿泥石片岩，含粒径大于5cm的大块石英脉，无地下水，岩体的饱和单轴抗压强Rc=20~25 MPa，岩体完整性系数Kv为0.35~0.55，呈层厚大于10cm的厚层状或块状结构；
所述无大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩为绿泥石钠长石片岩或其他以绿泥石为主的地层，无地下水，岩石单轴饱和抗压强度Rc≥25MPa，岩体完整性系数Kv为0.55~0.75，呈块状结构。
进一步地，对于每个变形等级，相应的所述大跨度隧道变形控制措施按照施工过程依次包括施做超前支护、设置预留变形、隧道开挖、施做初期支护、施做二次衬砌步骤。
进一步地，所述方法通过控制超前注浆小导管的排数、预留变形量、开挖过程中仰拱最底处距离仰拱回填上表面的距离、钢架的型号和间距以及每层钢架对应的预留变形量、锁脚锚管的管径和数量、喷射混凝土厚度和二次衬砌混凝土厚度，对大跨度隧道不同变形等级时的变形进行控制，以确保隧道支护结构安全稳定。
进一步地，所述极严重大变形相对应的大跨度隧道变形控制措施具体为：
施做超前支护：采用双排超前注浆小导管进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用90~120 cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖；仰拱开挖时，仰拱最底处距离仰拱回填上表面为3~4m，能够改善仰拱的受力条件，有效防止仰拱的开裂、隆起；
施做初期支护：隧道拱部、边墙及仰拱处均采用双层初期支护，并进行分次支护，其中第一层初期支护对应的预留变形量为90~120 cm，当预留变形量剩余45~60 cm时施做第二层初期支护；每层初期支护均采用纵向间距50~60 cm的HK200b型钢钢架和厚26~30 cm的喷射混凝土，每层钢架均设置双层钢筋网片；第一层钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排直径≤50 mm的小管径锁脚锚管；第二层钢架中、下台阶每侧拱脚和墙脚处每一榀钢架施做一根直径≥89 mm的大管径锁脚锚管，由于第二层钢架中、下台阶处具有较大的施工空间，可打设大管径锁脚锚管，沉降控制效果更佳；锁脚锚管打设角度为20°~50°；通过采用上述大预留变形量+双层初期支护+分次支护的方法，一方面可以满足隧道大变形的要求，有益于防止隧道变形侵限，另一方面通过双层初期支护进行强支护，可避免支护结构因强度不足而发生破坏，再者，通过分次支护，即将第一层初期支护可作为应力释放层，在释放一部分围岩应力后，再进行第二次初期支护的施做，可有效减小作用于支护结构上的围岩压力，而且支护结构背后的围岩可不断被压密，围岩承载能力得到提高，最终使隧道大变形得到控制，实现隧道变形不侵限、不换拱的目的；
施做二次衬砌：二次衬砌在拱部及边墙处采用70~90 cm厚钢筋混凝土，在仰拱处采用70~100 cm厚钢筋混凝土。
进一步地，所述严重大变形相对应的大跨度隧道变形控制措施具体为：
施做超前支护：采用双排超前注浆小导管进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用50~90 cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖；仰拱开挖时，仰拱最底处距离仰拱回填上表面为3~4m，可改善仰拱的受力条件，有效防止仰拱的开裂、隆起；
施做初期支护：隧道拱部及边墙采用双层初期支护，并进行分次支护，其中第一层初期支护对应的预留变形量为50~90 cm，当预留变形量剩余25~45 cm时施做第二层初期支护；仰拱处采用单层初期支护；每层初期支护均采用纵向间距60~70 cm的HK200b型钢钢架和厚26~30 cm的喷射混凝土，每层钢架均设置双层钢筋网片；第一层钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排直径≤50 mm的小管径锁脚锚管；第二层钢架中、下台阶每侧拱脚和墙脚处每两榀钢架施做一根直径≥89 mm的大管径锁脚锚管，由于第二层钢架中、下台阶处具有较大的施工空间，可打设大管径锁脚锚管，沉降控制效果更佳；锁脚锚管打设角度为20°~50°；第二层初期支护施做完成后，采用注浆小导管对围岩进行径向的注浆加固，隧道开挖初期由于围岩较为致密，难以实现有效注浆，在第二层钢架施做完成后，围岩密实度较开挖初期已发生较大变化，此时围岩径向注浆效果将得到改善；通过采用上述大预留变形量+双层初期支护+分次支护的方法，一方面可以满足隧道大变形的要求，有益于防止隧道变形侵限，另一方面通过双层初期支护进行强支护，可避免支护结构因强度不足而发生破坏，再者，通过分次支护，即将第一层初期支护可作为应力释放层，在释放一部分围岩应力后，再进行第二次初期支护的施做，可有效减小作用于支护结构上的围岩压力，而且支护结构背后的围岩可不断被压密，围岩承载能力得到提高，最终使隧道大变形得到控制，实现隧道变形不侵限、不换拱的目的；
施做二次衬砌：二次衬砌在拱部及边墙处采用70~90 cm厚钢筋混凝土，在仰拱处采用70~100 cm厚钢筋混凝土。
进一步地，所述中等大变形相对应的大跨度隧道变形控制措施具体为：
施做超前支护：采用双排超前注浆小导管进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用30~50 cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖；仰拱开挖时，仰拱最底处距离仰拱回填上表面为3~4m，可改善仰拱的受力条件，有效防止仰拱的开裂、隆起；
施做初期支护：隧道拱部及边墙采用双层初期支护，并进行分次支护，其中第一层初期支护对应的预留变形量为30~50 cm，当预留变形量剩余15~25 cm时施做第二层初期支护；仰拱处采用单层初期支护；每层初期支护均采用纵向间距70~80 cm的HW175型钢钢架和厚26~30 cm的喷射混凝土，每层钢架均设置双层钢筋网片；第一层钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排直径≤50 mm的小管径锁脚锚管；第二层钢架中、下台阶每侧拱脚和墙脚处每两榀钢架施做一根直径≥89 mm的大管径锁脚锚管，由于第二层钢架中、下台阶处具有较大的施工空间，可打设大管径锁脚锚管，沉降控制效果更佳；锁脚锚管打设角度为20°~50°；第二层初期支护施做完成后，采用注浆小导管对围岩进行径向注浆加固，隧道开挖初期由于围岩较为致密，难以实现有效注浆，在第二层钢架施做完成后，围岩密实度较开挖初期已发生较大变化，此时围岩径向注浆效果将得到改善；通过采用上述大预留变形量+双层初期支护+分次支护的方法，一方面可以满足隧道大变形的要求，有益于防止隧道变形侵限，另一方面通过双层初期支护进行强支护，可避免支护结构因强度不足而发生破坏，再者，通过分次支护，即将第一层初期支护可作为应力释放层，在释放一部分围岩应力后，再进行第二次初期支护的施做，可有效减小作用于支护结构上的围岩压力，而且支护结构背后的围岩可不断被压密，围岩承载能力得到提高，最终使隧道大变形得到控制，实现隧道变形不侵限、不换拱的目的；
施做二次衬砌：二次衬砌在拱部、边墙及仰拱处均采用70~90 cm厚钢筋混凝土。
进一步地，所述轻微大变形相对应的大跨度隧道变形控制措施具体为：
施做超前支护：采用双排超前注浆小导管进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用20~30 cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖；仰拱开挖时，仰拱最底处距离仰拱回填上表面为2.5~3m，可改善仰拱的受力条件，有效防止仰拱的开裂、隆起；
施做初期支护：隧道拱部、边墙及仰拱处均采用单层初期支护，所述初期支护采用纵向间距80~90 cm的HK200b型钢钢架和厚26~30 cm的喷射混凝土，所述钢架施做时设置双层钢筋网片；所述钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排直径≤50 mm的小管径锁脚锚管，打设角度为20°~50°；对于初期支护出现突变及扭曲的部位，采用注浆小导管对围岩进行径向注浆加固；
施做二次衬砌：二次衬砌在拱部、边墙及仰拱处均采用60~80 cm厚钢筋混凝土。
进一步地，所述无大变形相对应的大跨度隧道变形控制措施具体为：
施做超前支护：采用单排超前注浆小导管进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用10~20 cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖；
施做初期支护：隧道拱部、边墙及仰拱处均采用单层初期支护，所述初期支护采用纵向间距90~100 cm的HW175型钢钢架和厚26~28 cm的喷射混凝土，所述钢架施做时设置双层钢筋网片；所述钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排直径≤50 mm的小管径锁脚锚管，打设角度为20°~50°；
施做二次衬砌：二次衬砌在拱部、边墙及仰拱处均采用60~80 cm厚钢筋混凝土。
本发明的有益技术效果：
目前尚无针对绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形分级方案以及相应的控制措施，使得隧道设计和施工存在一定的盲目性，极易造成隧道支护变形侵限、喷射混凝土开裂剥落、钢架扭曲断裂、二次衬砌开裂掉块甚至垮塌、边墙下沉等病害，而本发明所述方法能够根据围岩条件对绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形等级进行合理预测，进而采取相应的控制措施，使隧道大变形得到有效控制。
本发明所述方法通过绿泥石片岩地层单洞三车道公路隧道大变形控制的现场实践和试验研究，根据围岩条件（包括绿泥石片岩的主要矿物成分、岩体强度、岩体完整性和地下水情况等），并结合绿泥石片岩地层单洞三车道公路隧道施工现场不同围岩条件下发生的大变形量级及大变形控制效果，提出了绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形分级方案，并给出了相应的控制措施。
在今后绿泥石片岩大跨度隧道修建过程中，可参考本发明的大变形分级方案对隧道大变形等级进行预测，进而采取相应的大变形控制措施，以避免隧道变形侵限，确保隧道支护结构安全稳定，而且工程造价可控。
附图说明
图1为极严重大变形等级相应的隧道支护结构示意图；
图2为极严重大变形等级时Φ108 mm锁脚锚管的布设示意图；
图3为严重大变形等级相应的隧道支护结构示意图；
图4为严重大变形等级时Φ108 mm锁脚锚管的布设示意图；
图5为中等大变形等级相应的隧道支护结构示意图；
图6为中等大变形等级时Φ89 mm锁脚锚管的布设示意图；
图7为轻微大变形等级相应的隧道支护结构示意图；
图8为无大变形时隧道的支护结构示意图。
附图标记：1.超前注浆小导管，2.HK200b型钢钢架，3.C25喷射混凝土，4.Φ50 mm锁脚锚管，5. Φ108 mm锁脚锚管，6.连接钢板，7. C35钢筋混凝土，8. HW175 型钢钢架，9.Φ89 mm锁脚锚管，10. C30钢筋混凝土。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
本实施例提供一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法，根据隧道围岩条件（包括绿泥石片岩的主要矿物成分、致密程度、岩体强度、岩体完整性、岩体结构面产状和地下水情况等)，并结合隧道现场不同围岩条件下发生的大变形量级及大变形控制效果，将绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形等级划分为五个等级，且五个大变形等级由高到低分别为：极严重大变形、严重大变形、中等大变形、轻微大变形和无大变形；针对每个变形等级，分别确定相应的大跨度隧道变形控制措施，以确保隧道支护结构安全稳定，避免隧道变形侵限。
其中，所述极严重大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩由单一的绿泥石片岩构成，岩体的饱和单轴抗压强度Rc＜5MPa，呈粉末状或散体状结构；
所述严重大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩为绿泥石片岩，含少量石英脉，石英含量小于20%，，有地下水，岩体的饱和单轴抗压强度Rc=5~10 MPa，岩体完整性系数Kv≤0.15，呈碎裂状或散体状结构；
所述中等大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩为绿泥石片岩，含少量石英脉，石英含量小于20%，无地下水，岩体的饱和单轴抗压强度Rc=10~20 MPa，岩体完整性系数Kv为0.15~ 0.35，呈层厚小于10cm的薄层状或碎裂状结构；
所述轻微大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩为绿泥石片岩，含粒径大于5cm的大块石英脉，无地下水，岩体的饱和单轴抗压强Rc=20~25 MPa，岩体完整性系数Kv为0.35~0.55，呈层厚大于10cm的厚层状或块状结构；
所述无大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩为绿泥石钠长石片岩或其他以绿泥石为主的地层，无地下水，岩石单轴饱和抗压强度Rc≥25MPa，岩体完整性系数Kv为0.55~0.75，呈块状结构。
所述大跨度隧道为单洞三车道公路隧道，或具有相同跨度的其他隧道。
当绿泥石片岩地层大跨度隧道大变形等级为极严重大变形时，参见附图1所示，所述极严重大变形相应的控制措施为：
施做超前支护：采用双排3.5m长、环向间距为40cm的Φ50超前注浆小导管1进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用90~120 cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖，为改善仰拱的受力条件，仰拱最底处距离仰拱回填上表面为3~4m；
施做初期支护：隧道拱部、边墙及仰拱处均采用双层初期支护，并且采用分次支护的方法，即首先施做第一层初期支护，待预留变形量剩余45~60cm时再施做第二层初期支护；所述双层初期支护中第一层钢架和第二层钢架均采用纵向间距50cm的HK200b型钢钢架2，且每层钢架均设置双层Φ8钢筋网片，网格间距为20×20cm；第一层喷射混凝土和第二层喷射混凝土均采用厚28cm的C25喷射混凝土3；第一层钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排4m长Φ50mm的锁脚锚管4，每一榀钢架共打设24根；第二层钢架中、下台阶每侧拱脚和墙脚处每一榀钢架施做一根6m长Φ108锁脚锚管5，具体布设示意图参见附图2所示，采用20mm厚连接钢板6与相邻的两榀钢架牢固焊接，实现Φ108锁脚锚管5对第二层钢架的支托作用；以上锁脚锚管的打设角度为20°~50°；
施做二次衬砌：二次衬砌采用C35钢筋混凝土7，在拱部及边墙处二次衬砌厚度为80cm，仰拱处二次衬砌厚度为100cm，钢筋混凝土中钢筋采用Φ28钢筋作为主筋，间距为20cm。
当绿泥石片岩地层大跨度隧道大变形等级为极严重大变形时，采用上述控制措施，可避免隧道变形侵限，保障隧道支护结构安全稳定，而且造价可控。
当绿泥石片岩地层大跨度隧道大变形等级为严重大变形时，参见附图3所示，所述严重大变形相应的控制措施为：
施做超前支护：采用双排3.5m长、环向间距为40cm的Φ50超前注浆小导管1进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用50~90 cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖，为改善仰拱的受力条件，仰拱最底处距离仰拱回填上表面为3~4m；
施做初期支护：隧道拱部及边墙采用双层初期支护，并且采用分次支护的方法，即首先施做第一层初期支护，待预留变形量剩余25~45 cm时施做第二层初期支护；仰拱处采用单层初期支护；所述双层初期支护中拱部及边墙处第一层钢架和拱部及边墙处第二层钢架均采用纵向间距60cm的HK200b型钢钢架2，且每层钢架均设置双层Φ8钢筋网片，网格间距为20×20cm；拱部及边墙处第一层喷射混凝土和拱部及边墙处第二层喷射混凝土均采用厚28cm的C25喷射混凝土3；仰拱处初期支护参数与拱部及边墙处相应的单层初期支护参数相同；拱部及边墙处第一层钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排4m长Φ50锁脚锚管4，每一榀钢架共打设24根；拱部及边墙处第二层钢架中、下台阶每侧拱脚和墙脚处每两榀钢架施做一根6m长Φ108锁脚锚管5，具体布设示意图参见附图4所示，采用20mm厚连接钢板6与相邻的两榀钢架牢固焊接，实现Φ108锁脚锚管5对第二层钢架的支托作用；以上锁脚锚管的打设角度为20°~50°；第二层初期支护施做完成后，采用4m长Φ50注浆小导管，间距1.5×1.5m，对围岩进行径向注浆加固；施做二次衬砌：二次衬砌采用C35钢筋混凝土7，在拱部及边墙处二次衬砌厚度为80cm，仰拱处二次衬砌22采用100cm厚度为C35钢筋混凝土，所述二次衬砌钢筋均采用Φ28钢筋作为主筋，间距为20cm。
当绿泥石片岩地层大跨度隧道大变形等级为严重大变形时，采用上述控制措施，可避免隧道变形侵限，保障隧道支护结构安全稳定，而且造价可控。
当绿泥石片岩地层大跨度隧道大变形等级为中等大变形时，参见附图5所示，所述中等大变形相应的控制措施为：
施做超前支护：采用双排3.5m长、环向间距为40cm的Φ50超前注浆小导管1进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用30~50 cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖，为改善仰拱的受力条件，仰拱最底处距离仰拱回填上表面为3~4m；
施做初期支护：隧道拱部及边墙采用双层初期支护，并且采用分次支护的方法，即首先施做第一层初期支护，待预留变形量剩余15~25cm时施做第二层初期支护；仰拱处采用单层初期支护；所述双层初期支护中拱部及边墙处第一层钢架和拱部及边墙处第二层钢架均采用纵向间距80cm的HW175型钢钢架8，且每层钢架均设置双层Φ8钢筋网片，网格间距为20×20cm；拱部及边墙处第一层喷射混凝土和拱部及边墙处第二层喷射混凝土均采用厚28cm的C25喷射混凝土3；仰拱处初期支护参数与拱部及边墙处相应的单层初期支护参数相同；拱部及边墙处第一层钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排4m长Φ50锁脚锚管4，每一榀钢架共打设24根；拱部及边墙处第二层钢架中、下台阶每侧拱脚和墙脚处每两榀钢架施做一根6m长Φ89锁脚锚管9，具体布设示意图参见附图6所示，采用20mm厚连接钢板6与相邻的两榀钢架牢固焊接，实现Φ89锁脚锚管9对第二层钢架的支托作用；第二层初期支护施做完成后，采用4m长Φ50注浆小导管，间距1.5×1.5m，对围岩进行径向注浆加固；
施做二次衬砌：二次衬砌采用C35钢筋混凝土7，在拱部、边墙和仰拱处二次衬砌厚度均为80cm，所述二次衬砌钢筋均采用Φ28钢筋作为主筋，间距为20cm。
当绿泥石片岩地层大跨度隧道大变形等级为中等大变形时，采用上述控制措施，可避免隧道变形侵限，保障隧道支护结构安全稳定，而且造价可控。
当绿泥石片岩地层大跨度隧道大变形等级为轻微大变形时，参见附图7所示，所述轻微大变形相应的控制措施为：
施做超前支护：采用双排3.5m长、环向间距为40cm的Φ50超前注浆小导管1进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用20~30cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖，为改善仰拱的受力条件，仰拱最底处距离仰拱回填上表面为2.5~3m；
施做初期支护：隧道拱部、边墙及仰拱处均采用单层初期支护，所述初期支护中钢架均采用纵向间距80cm的HK200b型钢钢架2，所述初期支护中喷射混凝土采用厚28cm的C25喷射混凝土3；所述钢架施做时设置双层Φ8钢筋网片，网格间距为20×20cm；所述钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排4m长Φ50锁脚锚管4，每一榀钢架共打设24根；对于初期支护出现突变及扭曲的部位，采用4m长Φ50注浆小导管，间距1.5×1.5m，对围岩进行径向注浆加固；
施做二次衬砌：二次衬砌采用C35钢筋混凝土7，在拱部、边墙和仰拱处二次衬砌厚度均为70cm，所述二次衬砌钢筋采用Φ25钢筋作为主筋，间距为20cm。
当绿泥石片岩地层大跨度隧道大变形等级为轻微大变形时，采用上述控制措施，可避免隧道变形侵限，保障隧道支护结构安全稳定，而且造价可控。
当绿泥石片岩地层大跨度隧道大变形等级为无大变形时，参见附图8所示，所述无大变形相应的控制措施为：
施做超前支护：采用单排3.5m长、环向间距为40cm的Φ50超前注浆小导管1进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用10~20cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖；
施做初期支护：隧道拱部、边墙及仰拱处均采用单层初期支护，所述初期支护中钢架采用纵向间距100cm的HW175型钢钢架8；所述初期支护中喷射混凝土采用厚28cm的C25喷射混凝土3；所述钢架施做时设置单层Φ8钢筋网片，网格间距为20×20cm；所述钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排4m长Φ50锁脚锚管4，每一榀钢架共打设24根；
施做二次衬砌：二次衬砌采用C35钢筋混凝土10，在拱部、边墙和仰拱处二次衬砌厚度均为60cm，所述二次衬砌钢筋采用Φ25钢筋作为主筋，间距20cm。
当绿泥石片岩地层大跨度隧道大变形等级为无大变形时，采用上述控制措施，可避免隧道变形侵限，保障隧道支护结构安全稳定，而且造价可控。

Claims (9)

1.一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法，其特征在于，所述方法根据隧道围岩条件，将绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形划分为五个变形等级，所述五个变形等级为：极严重大变形、严重大变形、中等大变形、轻微大变形和无大变形；针对每个变形等级，分别确定相应的大跨度隧道变形控制措施，以确保隧道支护结构安全稳定，避免隧道变形侵限；
所述极严重大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩由单一的绿泥石片岩构成，岩体的饱和单轴抗压强度Rc＜5MPa，呈粉末状或散体状结构；
所述严重大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩为绿泥石片岩，含少量石英脉，石英含量小于20％，有地下水，岩体的饱和单轴抗压强度Rc＝5～10MPa，岩体完整性系数Kv≤0.15，呈碎裂状或散体状结构；
所述中等大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩为绿泥石片岩，含少量石英脉，石英含量小于20％，无地下水，岩体的饱和单轴抗压强度Rc＝10～20MPa，岩体完整性系数Kv为0.15～0.35，呈层厚小于10cm的薄层状或碎裂状结构；
所述轻微大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩为绿泥石片岩，含粒径大于5cm的大块石英脉，无地下水，岩体的饱和单轴抗压强Rc＝20～25MPa，岩体完整性系数Kv为0.35～0.55，呈层厚大于10cm的厚层状或块状结构；
所述无大变形对应的隧道围岩条件为：隧道围岩为绿泥石钠长石片岩或其他以绿泥石为主的地层，无地下水，岩石单轴饱和抗压强度Rc≥25MPa，岩体完整性系数Kv为0.55～0.75，呈块状结构。
2.根据权利要求1所述一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法，其特征在于，所述大跨度隧道为单洞三车道公路隧道，或具有相同跨度的其他隧道。
3.根据权利要求1所述一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法，其特征在于，对于每个变形等级，相应的所述大跨度隧道变形控制措施按照施工过程依次包括施做超前支护、设置预留变形、隧道开挖、施做初期支护、施做二次衬砌步骤。
4.根据权利要求3所述一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法，其特征在于，所述方法通过控制超前注浆小导管的排数、预留变形量、开挖过程中仰拱最底处距离仰拱回填上表面的距离、钢架的型号和间距以及每层钢架对应的预留变形量、锁脚锚管的管径和数量、喷射混凝土厚度和二次衬砌混凝土厚度，对大跨度隧道不同变形等级时的变形进行控制，以确保隧道支护结构安全稳定。
5.根据权利要求3所述一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法，其特征在于，所述极严重大变形相对应的大跨度隧道变形控制措施具体为：
施做超前支护：采用双排超前注浆小导管进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用90～120cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖；仰拱开挖时，仰拱最底处距离仰拱回填上表面为3～4m，改善仰拱的受力条件，有效防止仰拱的开裂、隆起；
施做初期支护：隧道拱部、边墙及仰拱处均采用双层初期支护，并进行分次支护，其中第一层初期支护对应的预留变形量为90～120cm，当预留变形量剩余45～60cm时施做第二层初期支护；每层初期支护均采用纵向间距50～60cm的HK200b型钢钢架和厚26～30cm的喷射混凝土，每层钢架均设置双层钢筋网片；第一层钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排直径≤50mm的小管径锁脚锚管；第二层钢架中、下台阶每侧拱脚和墙脚处每一榀钢架施做一根直径≥89mm的大管径锁脚锚管；锁脚锚管打设角度为20°～50°；
施做二次衬砌：二次衬砌在拱部及边墙处采用70～90cm厚钢筋混凝土，在仰拱处采用70～100cm厚钢筋混凝土。
6.根据权利要求3所述一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法，其特征在于，所述严重大变形相对应的大跨度隧道变形控制措施具体为：
施做超前支护：采用双排超前注浆小导管进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用50～90cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖；为改善仰拱的受力条件，仰拱最底处距离仰拱回填上表面为3～4m；
施做初期支护：隧道拱部及边墙采用双层初期支护，并进行分次支护，其中第一层初期支护对应的预留变形量为50～90cm，当预留变形量剩余25～45cm时施做第二层初期支护；仰拱处采用单层初期支护；每层初期支护均采用纵向间距60～70cm的HK200b型钢钢架和厚26～30cm的喷射混凝土，每层钢架均设置双层钢筋网片；第一层钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排直径≤50mm的小管径锁脚锚管；第二层钢架中、下台阶每侧拱脚和墙脚处每两榀钢架施做一根直径≥89mm的大管径锁脚锚管；锁脚锚管打设角度为20°～50°；第二层初期支护施做完成后，采用注浆小导管对围岩进行径向的注浆加固；
施做二次衬砌：二次衬砌在拱部及边墙处采用70～90cm厚钢筋混凝土，在仰拱处采用70～100cm厚钢筋混凝土。
7.根据权利要求3所述一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法，其特征在于，所述中等大变形相对应的大跨度隧道变形控制措施具体为：
施做超前支护：采用双排超前注浆小导管进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用30～50cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖；为改善仰拱的受力条件，仰拱最底处距离仰拱回填上表面为3～4m；
施做初期支护：隧道拱部及边墙采用双层初期支护，并进行分次支护，其中第一层初期支护对应的预留变形量为30～50cm，当预留变形量剩余15～25cm时施做第二层初期支护；仰拱处采用单层初期支护；每层初期支护均采用纵向间距70～80cm的HW175型钢钢架和厚26～30cm的喷射混凝土，每层钢架均设置双层钢筋网片；第一层钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排直径≤50mm的小管径锁脚锚管；第二层钢架中、下台阶每侧拱脚和墙脚处每两榀钢架施做一根直径≥89mm的大管径锁脚锚管；锁脚锚管打设角度为20°～50°；第二层初期支护施做完成后，采用注浆小导管对围岩进行径向注浆加固；
施做二次衬砌：二次衬砌在拱部、边墙及仰拱处均采用70～90cm厚钢筋混凝土。
8.根据权利要求3所述一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法，其特征在于，所述轻微大变形相对应的大跨度隧道变形控制措施具体为：
施做超前支护：采用双排超前注浆小导管进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用20～30cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖；为改善仰拱的受力条件，仰拱最底处距离仰拱回填上表面为2.5～3m；
施做初期支护：隧道拱部、边墙及仰拱处均采用单层初期支护，所述初期支护采用纵向间距80～90cm的HK200b型钢钢架和厚26～30cm的喷射混凝土，所述钢架施做时设置双层钢筋网片；所述钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排直径≤50mm的小管径锁脚锚管，打设角度为20°～50°；对于初期支护出现突变及扭曲的部位，采用注浆小导管对围岩进行径向注浆加固；
施做二次衬砌：二次衬砌在拱部、边墙及仰拱处均采用60～80cm厚钢筋混凝土。
9.根据权利要求3所述一种绿泥石片岩地层大跨度隧道的大变形控制方法，其特征在于，所述无大变形相对应的大跨度隧道变形控制措施具体为：
施做超前支护：采用单排超前注浆小导管进行超前支护；
设置预留变形：预留变形量采用10～20cm；
隧道开挖：采用三台阶预留核心土法进行隧道开挖；
施做初期支护：隧道拱部、边墙及仰拱处均采用单层初期支护，所述初期支护采用纵向间距90～100cm的HW175型钢钢架和厚26～28cm的喷射混凝土，所述钢架施做时设置双层钢筋网片；所述钢架上、中、下台阶每侧拱脚和墙脚处均打设双排直径≤50mm的小管径锁脚锚管，打设角度为20°～50°；
施做二次衬砌：二次衬砌在拱部、边墙及仰拱处均采用60～80cm厚钢筋混凝土。
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