隧道凝灰岩设计施工方法

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隧道凝灰岩设计施工方法

　　导语：凝灰岩是一种火山碎屑岩，其组成的火山碎屑物质有50%以上的颗粒直径小于2毫米，成分主要是火山灰，外貌疏松粗糙或致密，有层理的称为层凝灰岩;因成分不同导致颜色多样，有紫红色、灰白色、灰绿色等。

隧道凝灰岩设计施工方法

　　卡迈尔隧道位于以色列海法市，设计为单洞双线公路隧道，由东、西隧道组成，共分4座单洞，东隧道长1650米，西隧道长3100米;隧道由锚杆、格栅拱架、30~70厘米厚的C42喷射混凝土及钢筋网片组成支护体系，不设二次衬砌，隧道由欧洲知名设计公司德国WBI公司设计。合同工期26个月，合同总价6.27亿元。

　　隧道穿越的地层主要为白云岩、石灰岩和火山凝灰岩，其中白云岩和石灰岩段全长7820米,占隧道全长的82%，岩体质地坚硬密实，稳定性较好;火山凝灰岩段全长1680米，占隧道全长的18%。

　　凝灰岩是火山凝灰岩简称，是火山喷出下落地表的火山灰，是一种压实固结的火山碎屑岩，在颜色和形态上有点像混凝土。主要由粒径小于2毫米的晶屑、岩屑及玻屑组成，质软多孔隙，暴露后极易风化，遇水强度损失较快。下面以以色列卡迈尔隧道为例，介绍隧道凝灰岩地质设计施工及变形监测方法。

　　凝灰岩支护设计。因凝灰岩强度较低，开挖后极易产生较大变形，凝灰岩地段隧道径向设计预留变形量为40~80厘米不等。考虑凝灰岩地段开挖后变形量大，对喷锚支护会产生较大破坏，因此该段设计采用柔性支护。所谓柔性支护主要核心理念为开挖后先对围岩进行环向分段支护，预留环向变形槽，允许围岩进行变形，待围岩内部应力释放基本结束、变形趋于稳定时，再封闭变形槽并喷射最后一层混凝土，形成整个支护体系。

　　柔性支护设计主要由玻璃纤维锚杆、柔性锚杆、钢筋网、格栅拱架及钢纤维喷射砼组成。

　　凝灰岩段支护施工。凝灰岩段柔性支护设计的施工方法主要采用各种大型机械设备施工，设备投入较大，且实际支护形式根据开挖后的围岩状况确定，因此投入几千万的大型设备很可能会导致仅仅施工几十米的隧道长度，给企业利益造成巨大损失。

　　因此我们聘请铁四院隧道设计专家对原设计进行优化，以适应我国隧道施工工艺及减少大型设备投入。通过现场施工验证，以上优化设计适于凝灰岩段开挖支护施工，比原设计提前5.5个月，节约约2800万元的大型设备投入，并且安全地通过了840米长的凝灰岩段施工。

　　柔性支护变形监测

　　监测仪器。隧道在凝灰岩段除了采用常规的沉降和水平收敛观测方法之外，还采用了岩体多点位移计、混凝土应力计及锚索测力计等监测设备。

　　岩体多点位移计沿隧道径向埋设，主要测量隧道轮廓线周围不同深度部位的岩体位移。混凝土应力计在喷射混凝土前固定在格栅拱架和钢筋网片上，用于监控喷射混凝土的受力状态。锚索测力计安装于锚杆垫板与螺母中间，用于监测围岩变形时的锚杆受力状态。

　　测点布置。围岩多杆变形仪沿隧道纵向每300米安装一组，两相邻隧道对称埋设，沿隧道横断面的垂直、水平及相邻隧道的45°方向各埋设一组。锚索测力计及混凝土应力计沿隧道纵向每30米安装一个断面，每断面沿隧道环向各安装7个测点，两相邻隧道间隔布置。

　　监测频率。在监测断面距掌子面30米范围内，围岩变形、混凝土应力及锚杆应力每天各监测两次，30~100米范围内，每天监测一次，100~150米范围每周监测一次

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