隧道洞口仰坡開裂處理方案探討

羅發(fā)勝 閔 娟 曾永軍

（廣東省長大公路工程有限公司，廣東 廣州 511431）

1 工程背景簡介及基本資料

二廣高速公路某隧道是一座上、下行合建的高速公路六車道連拱隧道，位于廣東省懷集縣。隧道起訖樁號K107+968.5～K108+293.51，總長325.01m，隧道建筑限界凈寬14m，凈高5m(單洞)。進(jìn)出口設(shè)計(jì)標(biāo)高分別為87.217m和87.530m，隧道最大埋深約83.06m。

隧道平面線型為曲線，曲線半徑為R=1688.16，路面超高橫坡為單向坡2%?？v面線型為人字坡，進(jìn)口縱坡I=+2.205%，出口縱坡I2=-2.000%，變坡點(diǎn)樁號K108+130。

地層巖性主要為寒武系中統(tǒng)高灘組變質(zhì)粉砂巖及其風(fēng)化層，洞身及進(jìn)口端巖層產(chǎn)狀：走向NW329°～352°，傾向 SW329°～262°∠32°～42°；出口端巖層產(chǎn)狀：走向 NW307°～314°，傾向SW217°～244°∠31°～34°。巖層走向與隧道軸線交角在 32°～35°之間。

2 隧道進(jìn)口端仰坡開裂情況

隧道進(jìn)口端洞口段K107+968.5～K107+988.5設(shè)計(jì)為Ⅴ級圍巖，端墻式洞門。當(dāng)時(shí)采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法從出口端掘進(jìn)施工（側(cè)壁導(dǎo)坑已貫通），下臺階施工至K107+984，上臺階施工至K107+978.5。開挖至此，掌子面圍巖的巖性為強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖，多組裂隙、節(jié)理交錯(cuò)發(fā)育，圍巖結(jié)構(gòu)破碎，呈散體-碎裂狀結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)物與炭質(zhì)物充填其中，富含裂隙水。根據(jù)掌子面情況，決定封閉掌子面改變掘進(jìn)方向，從進(jìn)口端開挖。

右線進(jìn)口端仰坡陡峭，地表覆蓋層較?。ㄒ姷乇砀采w層厚度情況一覽表）：

當(dāng)開挖至K107+973掌子面時(shí)，發(fā)現(xiàn)側(cè)壁導(dǎo)坑臨時(shí)支護(hù)以及進(jìn)口端仰坡地表出現(xiàn)裂縫，地表裂縫最大寬度為1.5cm，長度約為15m，側(cè)壁導(dǎo)坑臨時(shí)支護(hù)左側(cè)自拱頂而下長約1.5m，裂縫寬約3mm左右。立即停止開挖施工，封閉掌子面，對仰坡和圍巖進(jìn)行觀測，并用砂漿封閉仰坡裂縫，以免地表水滲入而導(dǎo)致仰坡裂縫進(jìn)一步發(fā)展。

3 監(jiān)控量測情況

當(dāng)天地表下沉值為6mm，側(cè)壁導(dǎo)坑臨時(shí)支護(hù)拱頂下沉1mm，兩天后地表沉降達(dá)最大值10mm/d，四天累積沉降值23mm，拱頂下沉并無明顯變化，六天后監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示仰坡地表下沉趨于穩(wěn)定，當(dāng)日地表下沉最大值為1mm，拱頂下沉為1mm。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，決定繼續(xù)上導(dǎo)坑開挖，施工遵循“弱爆破，短進(jìn)尺，強(qiáng)支護(hù)”的原則，為減少對周邊圍巖的影響，采取周邊眼打眼不裝藥的方案進(jìn)行開挖，在初期支護(hù)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，再進(jìn)行下一循環(huán)施工。開挖過程中嚴(yán)密監(jiān)控初期支護(hù)外觀、拱頂下沉、周邊收斂及地表下沉情況。九天后地表下沉監(jiān)測數(shù)據(jù)再次出現(xiàn)異常，累積沉降值到55mm（預(yù)留沉降值100mm），Uo/3≤U≤2Uo/3(Uo為最大允許位移值，即預(yù)留沉降值)，需采取相關(guān)加固措施，停止施工。

4 開裂原因分析

4.1 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)因素

掌子面圍巖的巖性為強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖，屬于不良地質(zhì)，隧道從這些巖體中通過時(shí)，處理不當(dāng)，可能發(fā)生大塌方。巖層走向與隧道軸線交角在32°～35°之間，多組裂隙、節(jié)理交錯(cuò)發(fā)育，小交角加之節(jié)理裂隙發(fā)育，施工過程容易造成拱頂?shù)魤K和坍方。圍巖結(jié)構(gòu)破碎，呈散體-碎裂狀結(jié)構(gòu)，巖體松散，穩(wěn)定性較差。泥質(zhì)物與炭質(zhì)物充填其中，且富含裂隙水，軟弱結(jié)構(gòu)面中的孔隙水壓力減小結(jié)構(gòu)面上的正應(yīng)力，裂隙水會沖走充填物或使夾層液化，巖體結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定性降低，在裂隙水的物理化學(xué)作用下，掌子面的軟巖強(qiáng)度降低很明顯，小交角加之裂隙水交錯(cuò)，形成控制性滑移面，富水破裂帶易產(chǎn)生隧道坍方冒頂。

4.2 施工因素

開挖進(jìn)尺太大，應(yīng)控制在0.5m；開挖和立架時(shí)間太長，初期支護(hù)不及時(shí)，超過了圍巖的自穩(wěn)時(shí)間；超前小導(dǎo)管支護(hù)，導(dǎo)管長度不夠，不能達(dá)到有效臨時(shí)支護(hù)的目的，注漿不飽滿，漿液擴(kuò)散半徑不夠，裂隙水封堵不實(shí)；噴射砼厚度不夠或有空洞，不能保證與開挖面密貼，充填圍巖裂隙；施工爆破所取參數(shù)不正確，周邊眼裝藥量過大，爆破后不正確找頂。

5 處理方案

仰坡開裂后，為防止長管棚導(dǎo)向墻被推出，立即組織人員對對洞口段K107+968.5～K107+975已安裝的鋼拱架增設(shè)長4m，Ф22藥卷錨桿，@25×25cm鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固，并用Ф200mm鋼管斜撐頂住長管棚導(dǎo)向墻，經(jīng)觀察，裂縫沒有發(fā)展跡象。經(jīng)施工單位、監(jiān)理、業(yè)主和設(shè)計(jì)單位一致研究決定，在掌子面前后20m范圍，對拱頂120°夾角區(qū)域進(jìn)行小導(dǎo)管注漿加固處理，同時(shí)對已完成的拱架拱腳增設(shè)注漿小導(dǎo)管鎖腳進(jìn)行加固。注漿20天后，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示仰坡和圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，初期支護(hù)穩(wěn)定，進(jìn)行試探性開挖，監(jiān)測數(shù)據(jù)無異常，現(xiàn)已安全貫通。

5.1 未開挖段拱部圍巖小導(dǎo)管注漿加固

5.1.1 工藝程序

施工準(zhǔn)備→初期支護(hù)→噴射混凝土封閉掌子面→鉆孔→打入小導(dǎo)管→注漿→開挖進(jìn)尺。

5.1.2 施工準(zhǔn)備

小導(dǎo)管采用外徑42mm，壁厚4.0mm熱軋無縫鋼管，管壁鉆6mm壓漿孔，尾部1m不設(shè)壓漿孔。小導(dǎo)管施工時(shí)，鋼管以7～100外插角打入圍巖，鋼管環(huán)向間距40cm，小導(dǎo)管應(yīng)保持1.0m的搭接長度。注漿材料采用單液注漿，水灰比1：1，注漿壓力，初壓 0.5～1.0Mpa，終壓：1～2MPa

5.1.3 鉆孔

①測量放樣，在拱頂120°夾角區(qū)域內(nèi)進(jìn)行布孔，并做好標(biāo)記。②用YT-28鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔，將小導(dǎo)管沿孔打入。

5.1.4 注漿

注漿前先檢查封閉掌子面的封閉情況，確保不漏漿，清理干凈鋼管內(nèi)積雜物，然后再注漿。注漿順序由下向上，注漿按單管達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量作為結(jié)束注漿的標(biāo)準(zhǔn)，或當(dāng)注漿壓力達(dá)到1.5Mpa壓力不少于20分鐘，而進(jìn)漿量仍達(dá)不到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)也可結(jié)束注漿。

5.2 已開挖段拱部圍巖小導(dǎo)管注漿加固

已開挖段拱部圍巖注漿加固采用外徑42mm，壁厚4.0mm熱軋無縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀，管壁鉆6mm壓漿孔，尾部1m不設(shè)壓漿孔。施工時(shí)，鋼管垂直于噴射混凝土面打入圍巖，1.2×1.2m梅花形布置，采用單液注漿，水灰比1：1，注漿壓力 ，初壓0.5～1.0Mpa，終壓：1～2Mpa，施工工藝與超前小導(dǎo)管工藝相同。

6 結(jié)語

本文對隧道仰坡開裂處理方案的進(jìn)行了探討，分析了隧道仰坡開裂的原因，制定了相應(yīng)的處理方案。該隧道現(xiàn)在已經(jīng)安全貫通，經(jīng)過實(shí)踐證明，該處理方案切實(shí)可行，同時(shí)為此類隧道洞口仰坡開裂處理提供一定的參考。

[1]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路隧道施工技術(shù)規(guī)范(JTG F60-2009).北京：人民交通出版社.

[2]隧道工程.上冊/王毅才主編.2版.北京：人民交通出版社，2006.3（重印 2007.7）

[3]劉志剛，趙勇編著.隧道隧洞施工地質(zhì)技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2001.12

[4]朱漢華等編著.隧道預(yù)支護(hù)原理與施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2008.9

[5]廣東省交通廳科技項(xiàng)目.復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工不良地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害處治技術(shù)指南[S].

[6]隧道工程施工要點(diǎn)集.關(guān)寶樹編著.北京：人民交通出版社，2003.1