兰渝铁路lys-4标段。
毛羽山隧道出口高地应力软岩。
应力释放试验情况汇报。
中铁十一局兰渝铁路lys-4标工程指挥部。
二o一一年六月二十五日。
毛羽山隧道出口高地应力软岩。
应力释放试验情况汇报。
根据2023年9月15日部工管中心《毛羽山高地应力软岩隧道洞室超前应力释放工程试验研究专题会议纪要》的要求，决定于2023年9月26日开始在毛羽山隧道出口开展超前洞室应力释放试验。试验在部工管中心张主任和兰渝公司徐总经理的亲自指挥和部署下，在试验小组全体成员的现场指导和帮助下，分三个阶段进行了现场工程试验，现将情况汇报如下。
一、试验背景。
1、工程概况。
毛羽山隧道全长8504米，进口位于宕昌车站的喇叭口段，隧道设置斜井一座（长1294米的骆驼下斜井）。
隧道原设计通过三叠系中统板岩夹砂岩夹灰岩地层，以ⅲ级围岩为主，ⅲ级围岩长7073m，占83.19%；ⅳ级围岩长1280m，占15.05%；ⅴ级围岩长151m，占1.
76%，实际揭示发现以炭质板岩为主，薄层板状结构，遇水软化，岩层直立和隧道轴线成顺层走向，裂隙水发育，并且隧道处于极高地应力区（最大水平主应力测值为21.28mpa），最大水平主应力方向与隧道轴线近似垂直。隧道开挖后两侧收敛变形大，出现大范围初支变形侵限，施工过程中采用了多种强支护参数和微台阶快速封闭施工方法均不能有效控制变形，施工难度极大，进度缓慢。
现场发生侵限换拱长度达到250米，变形情况见下图：
加套拱后仍出现大变形**拱部钢架扭曲**。
2、试验原理。
1）隧道一定区域范围内应力值的超前释放作用。通过超前导洞将正洞周围一定范围内的应力进行释放，从而降低应力值，使正洞开挖时处于低应力状态。
2）隧道结构应力分布的预调整作用。通过超前导洞的开挖，调整正洞周围一定范围内的应力分配，使正洞开挖时处于较好的应力分配状态，不出现应力集中。
3、试验意义。
根据试验小组的深入调研和分析认为毛羽山隧道诸多对变形影响的因素均为不利情况（断面较大、岩层直立顺层走向、岩体强度低、水平主应力较大、最大水平主应力方向与隧道轴线垂直、水对岩体的软化等），造成了其水平收敛变形之大（最大单侧收敛达到140cm，最大速率达到14.7cm/d）为兰渝线之最，其施工难度和复杂程度为兰渝线高地应力软岩隧道之最，甚至全国之最。通过对该隧道研究了解高地应力软岩隧道变形机理，明确高地应力软岩隧道分级，确定对应支护参数，制定变形控制基准和施工工法，不仅可以指导兰渝线施工，还对全国高地应力软岩隧道施工起到指导作用。
2、超前导洞释放试验段施工（第一阶段）
一）超前小导洞施工。
1、施工情况。
超前导洞于9月27日开挖，到10月26日结束，其中9-12m处拱顶滑溜处理时间15天，有效时间15天，共完成开挖30m，平均进度2m/d。
超前导洞试验施工超前导洞u29可收缩钢架支护。
前9m段由于支护参数偏弱，变形速率大，初期支护开裂，钢架扭曲变形，现场采取增设套拱及临时仰拱加固处理；同时由于前期的支护偏弱导致10月4日小导洞+12米掌子面出现滑溜，经过现场试验小组的共同讨论决定采取以下处理措施：对塌方体进行土袋反压，使其自动封闭掌子面间歇；对塌方体和掌子面进行喷砼封闭，并埋设注浆管；对dk285+146～+139段加设套拱，回填砂浆。
超前试验导洞掌子面滑溜。
2、试验参数。
试验大纲参数：
1）断面型式及开挖尺寸：采用6.4m（宽）×6m（高）曲墙断面（大跨7.7m）。
2）导洞位置：中线拱顶以下2.5m，距边墙3.5m。
3）开挖长度：45m（含5m锁口）。导洞采用微台阶法施工，根据现场试验情况增设仰拱。
4）初期支护：前5 m锁口初支采用格栅喷混凝土（厚25cm，间距0.75），后40m采用架设u29型钢支撑，纵向间距1m，喷15～25cm厚网喷混凝土。
根据现场试验情况初期支护可先采用格栅钢架，支护强度由强到弱，逐渐过渡。
导洞变更调整参数：
根据小导洞0-9m段施工情况，采用格栅钢架和u29型钢钢架支护偏弱，变形速率过大，很快超过安全基准值，无法确保导洞施工安全，2023年10月8日会议纪要将9～30m参数调整如下：
1）断面型式及开挖尺寸：采用7.6m（宽）×4.5m（高）曲墙断面（大跨7.7m）。
（2）导洞位置：中线拱顶以下2.5m，距边墙3.5m。
3）开挖长度：30m（含5 m锁口）。导洞采用全断面法施工，根据现场试验情况增设仰拱。
4）初期支护：采用架设i20b型钢钢架支撑，纵向间距1m，喷27cm厚网喷混凝土，增加φ22系统锚杆长2m，布设间距：环向×纵向=1.5m×1.0m，4m长超前小导管。
3、变形情况。
根据现场监测数据，经过试验小组深入的研究和分析认为：
1)毛羽山隧道导洞段变形量均较大，最大值高达到789.30mm（远比木寨岭大），但总体水平收敛大于拱顶沉降，其主要原因是由于最大水平主应力方向与隧道轴线方向呈大夹角880（最大水平主应方向为n29～35w，隧道轴线方向为n62°e），最大水平主应力全部作用在隧道的两个边墙上；
2)试验过程中，格栅钢架和u29可缩式钢架变形均较大，变形速率快，无法保障导洞的施工安全，在增加套拱后，变形速率才逐渐减小；而i20b型钢钢架（1榀/1m）起到了安全防范作用，也没有完全约束变形，这与预期的试验目的相同，即在安全保证下的有效释放；
3)通过该试验，确定了毛羽山隧道出口高地应力条件下，采用超前导洞进行应力释放，有效释放期为6d。也就是说，导洞开挖6d后，隧道周围一定范围内地应力已基本上得到释放和预调整。
4、工程量。
在试验过程中，我单位高度重视，现场全力配合试验小组的工作，严格按照要求进行施作。小导洞开挖过程中共消耗的工、料、机统计如下：
工、料、机统计表。
二）正洞扩挖。
1、准备情况。
正洞扩挖前，dk285+165-dk285+150段变形仍然较大，初期支护出现开裂侵限现象，为确保试验正常进行，对该段采取i18套拱，并进行径向注浆加固，施工于10月27日开始，至11月10日结束。
2、正洞支护参数。
原设计的支护参数见下表：
正洞扩挖初期支护参数表。
根据现场变形情况，由于扩挖后的变形速率大，而八字节隔栅钢架早期刚度小，容易遭到破坏，对第2段的支护参数进行了调整，也按照第1段支护参数进行施工。
3、施工情况。
正洞扩挖采用三台阶法（微台阶）施工。施工于11月11日开始，12月15日完成至dk285+124.0，共用时35d，其中dk285+166～+150处架设套拱用时11天，施工至原小导洞滑溜段，注浆用时5天，实际有效施工时间为19d，共完成扩挖26.
0m，平均日进度为1.3m/d。
4、变形情况。
根据监控量测数据，经过试验小组深入的研究分析认为：
1)毛羽山隧道的复杂程度远比木寨岭大，变形速率和变形总量均较大，在设计阶段预留量不合理，施工阶段由于后方的侵限段没有完全处理，导致影响试验段的正常封闭；
(2)由试验段监测数据来看，最大拱顶下沉值为467.00mm，最大水平收敛值为627.00mm，变形总量不可控，在仰拱封闭前不能稳定，无法确保初期支护不被破坏，安全问题难以保障；
(3)从统计数据来看，采取了超前导洞措施后，正洞扩挖时变形速率减缓，说明导洞施工对正洞扩挖的应力调整作用较为明显，但变形总量仍较大（变形值除个别点外，多数为400～650mm），无法确保初期支护不发生侵限，因此，在三台阶法施工中，仍需要加强初期支护的刚度和强度，加快仰拱闭合成环的速度。
5、工程量计算。
三、平导预留应力释放空间法试验（第二阶段）
一）预留量15cm试验。
1、试验参数。
试验段选择在迂回导坑反向进行，如图所示。试验段长度10m。
预留空间试验洞设计断面同调整后的超前小导洞一致，即采用高4.5m×宽7.6m（大跨7.
7m），支护参数采用i20b型钢钢架，间距1榀/1m，锁脚锚杆采用φ22长2.5m，采用防水板+钢筋网作为外模，铁丝绑扎固定，支护时外侧预留15cm应力释放空间，导洞长度10米，有效长度7米。
2、施工情况。
试验洞设置在迂回导坑中进行重新开口反挖，11月26日开始开口施工，至11月30日全部施工完成，累计进尺10米（含3米锁口段），其中共围岩变形埋设3组监控量测断面（为+2m、+4m、+6m），钢架变形埋设2组（+2m、+4m）。为方便观察预留空间的变形机理，现场初支两侧共预留6个观测窗口（每侧3个）。
应力释放空间洞室（预留15cm)
3、变形情况及分析。
开挖完成3～4天，钢架背后预留空间基本被松渣填满，钢架出现变形，根据变形机理分析认为空间填充有围岩挤压变形和松散体填充两部分组成，通过空间释放围岩变形和钢架变形的总量和超前小导洞比明显减小（围岩水平收敛为20cm，钢架水平收敛为5cm），起到了明显的释放作用。但从安全快速的角度分析，目前风险很大（尤其在正洞跨度较大），会出现：①拱顶局部坍塌；②变形不均匀，引起钢架局部受力失稳；③钢架台阶接腿处出现钢架单点支撑失稳和掉拱的可能；④工效低，工序转换复杂（上台阶释放完成后要注浆对松散体和松散区加固等）。
4、工程量统计。
二）预留空间试验（预留量40cm）
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