杉坡嶺隧道初支變形原因分析及綜合治理

王曉馳

(中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司，山東青島 266000)

1 概述

新建鐵路玉林—鐵山港線隧道施工過(guò)程中，遇到了洞頂?shù)乇沓两?，洞?nèi)塌方、初期支護(hù)變形等難題。工程從環(huán)境影響、施工控制、經(jīng)濟(jì)比選等方面入手，理論分析洞頂?shù)乇沓两?，洞?nèi)塌方、初支變形原因，并提出切實(shí)可行的綜合治理辦法，取得了很好的效果。

2 工程概況

杉坡嶺隧道位于廣西玉林市博白縣徑口鎮(zhèn)與博白鎮(zhèn)交界處，距離縣城8 km。隧道中心里程DK35+586.5，進(jìn)口里程DK34+640，出口里程DK36+533，單線，全長(zhǎng)1 893 m。隧址覆蓋層為粉質(zhì)粘土，棕紅色，硬塑，1 m～3 m，下伏基巖為:全風(fēng)化礫巖，棕紅色，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，原巖完全破壞，巖石風(fēng)化成土狀?yuàn)A40%礫石。下層弱風(fēng)化礫巖為棕紅色間灰白色，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，巖層呈柱狀。本隧道處于華夏—新華夏構(gòu)造體系，無(wú)斷裂發(fā)育，地層產(chǎn)狀平緩，近于水平。隧道無(wú)地表水發(fā)育，隧道范圍地下水類型主要以基巖裂隙水為主，由于本線所經(jīng)區(qū)域降雨量充沛，在雨季基巖裂隙水補(bǔ)給充裕，隧內(nèi)滲水、透水性強(qiáng)，場(chǎng)地地下水被二氧化碳侵蝕，化學(xué)作用等級(jí)為H1級(jí)。本隧道不良地質(zhì)主要是巖層破碎，風(fēng)化程度高，雨季滲水、透水性強(qiáng)，在隧道開(kāi)挖過(guò)程中掌子面巖石易于崩落或坍塌，隧內(nèi)有涌水。本隧道均為Ⅴ級(jí)圍巖，隧道暗挖段設(shè)計(jì)均采用復(fù)合式襯砌，明挖段采用明洞襯砌，襯砌斷面均為曲墻帶仰拱的結(jié)構(gòu)形式。其中DK34+710～DK34+720段上部圍巖為礫巖，開(kāi)挖過(guò)程中涌水量大，拱頂局部掉塊，圍巖自穩(wěn)能力極差。經(jīng)2011年5月30日變更設(shè)計(jì)會(huì)議紀(jì)要確定:將該段初支形式由原設(shè)計(jì)格柵鋼架間距0.8 m變更為Ⅰ16鋼架，間距0.6m，超前預(yù)支護(hù)為雙層φ42超前小導(dǎo)管，縱向間距0.6 m，每根長(zhǎng)度3 m，導(dǎo)管環(huán)向間距40 cm，每環(huán)24根，該段已按會(huì)議紀(jì)要施工完畢。

3 塌方變現(xiàn)事情經(jīng)過(guò)

1)塌方。2011年6月26日在DK34+707正洞上地表處出現(xiàn)塌方，塌方面積長(zhǎng)寬各4 m，深3.8 m。

2)初支變形。2011年6月26日發(fā)現(xiàn)杉坡嶺隧道DK34+700拱頂A單元出現(xiàn)環(huán)向裂縫、DK34+705～DK34+707邊墻AB銜接處出現(xiàn)縱向裂縫、DK34+716拱頂A單元出現(xiàn)環(huán)向裂縫，其中裂縫最大寬度4 mm，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)發(fā)現(xiàn):DK34+711凈空收斂累計(jì)達(dá)到34.4 cm，拱頂沉降量累計(jì)達(dá)到7.9 cm，DK34+716凈空收斂累計(jì)達(dá)到6.4 cm，拱頂沉降量累計(jì)達(dá)到8.8 cm，且已支護(hù)的邊墻鋼架局部有變形，掌子面與初支滲水量較大。

4 原因分析

1)時(shí)間因素的力學(xué)效應(yīng)。時(shí)間因素對(duì)巖體的變形特征有多方面的影響，最重要的是不變荷載長(zhǎng)時(shí)間作用下產(chǎn)生的徐變現(xiàn)象。松散礫巖具有不穩(wěn)定徐變特性，巖體的非勻質(zhì)性較顯著，在外力作用下易引起應(yīng)力集中，使某部分最先發(fā)生塑性變形，同時(shí)將應(yīng)力傳遞到相鄰部位，逐漸造成巖體的塑性變形。因此，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，變形逐漸增大，造成圍巖坍塌。圍巖的不穩(wěn)定徐變和時(shí)間的累積是隧道此段塌方、初支變形的原因之一。

2)雨水的影響。近期連續(xù)暴雨，雨水的滲入使土體飽和，土石分界面形成一個(gè)積水滑動(dòng)面并產(chǎn)生浮力及動(dòng)水壓力，分界面抗剪強(qiáng)度大大降低，加劇了開(kāi)挖巖體滑塌過(guò)程。

3)圍巖軟弱。杉坡嶺隧道圍巖于DK34+705處開(kāi)挖揭示的地層上部為褐紅色礫巖，巖體尚未膠結(jié)，巖質(zhì)較松散軟弱;下部為砂質(zhì)泥巖，已膠結(jié)成巖，巖體節(jié)理裂隙稍發(fā)育。由于砂質(zhì)泥巖的相對(duì)隔水性，使上部礫巖在雨后易形成水量較大的上層滯水。當(dāng)隧道開(kāi)挖揭示上層滯水時(shí)，隨著上層滯水的迅速排泄、滲透，引起礫巖中細(xì)顆粒的流失而發(fā)生地面變形塌陷，同時(shí)也增加了隧道圍巖的壓力。

4)施工控制不力。DK34+710～DK34+720段于2011年5月30日已經(jīng)變更，該段雖已按會(huì)議紀(jì)要施工完畢。但對(duì)圍巖監(jiān)控量測(cè)頻率未加強(qiáng)，導(dǎo)致未能及時(shí)反饋信息指導(dǎo)施工，致使出現(xiàn)隧道坍塌和初支變形。

5 處理措施

根據(jù)以上原因分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取以下治理措施。

1)DK34+698～DK34+718段全環(huán)范圍圍巖采用φ42小導(dǎo)管雙液注漿，注漿采用SL-669單液型止水劑，與水泥、水的重量比采用1∶5∶5，徑向注漿長(zhǎng)度為 4 m，環(huán)、縱向間距為 0.8 m ×0.8 m，注漿前需用Ⅰ16工字鋼架施作臨時(shí)支架，鎖腳錨桿固定，間距0.8 m/榀。2)DK34+707隧道地表塌方處用粘土分層夯填至原地表。3)DK34+700～DK34+716段因鋼架B，C單元已變形，需測(cè)量是否侵限，若侵占二襯部分必須進(jìn)行更換，每次只能更換一榀鋼架。更換后的鋼架鎖腳錨桿改為φ42鎖腳注漿錨管。4)注意事項(xiàng)。a.加強(qiáng)洞內(nèi)排水，保證仰拱邊墻腳不積水。b.加強(qiáng)警戒，禁止人員進(jìn)入變形段，掌子面禁止施工。c.加強(qiáng)洞內(nèi)外的監(jiān)控量測(cè)頻率。

6 坍塌變形段處理效果

該段經(jīng)過(guò)以上處理后，地表沒(méi)有沉陷現(xiàn)象發(fā)生，洞內(nèi)初支變形段換拱順利完成，完成的襯砌混凝土也沒(méi)有出現(xiàn)裂縫等任何安全質(zhì)量問(wèn)題。事實(shí)說(shuō)明采取的處理措施行之有效。

7 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

通過(guò)對(duì)杉坡嶺隧道洞頂塌方、洞內(nèi)初支變形原因的分析和對(duì)該段的處理，現(xiàn)將感受及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下:1)對(duì)軟弱圍巖地段，要特別注意客觀因素對(duì)圍巖變形的影響。其中在雨季要提前覺(jué)察易受雨水侵害地段，及早進(jìn)行防范，及早采取工程措施，減少水害對(duì)隧道施工的影響。2)注重小導(dǎo)管注漿加固作用，對(duì)處理塌方安全可靠，是一種有效而經(jīng)濟(jì)的塌方處理方法。3)圍巖較差隧道施工必須遵循“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、快襯砌”的原則，縮短安全距離，盡早成環(huán)。模筑混凝土后應(yīng)及時(shí)壓漿，使圍巖與支護(hù)接觸完全，以減少圍巖擾動(dòng)，將圍巖變形嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)。4)加強(qiáng)和重視圍巖監(jiān)控量測(cè)，將其納入關(guān)鍵工序化管理。監(jiān)控量測(cè)組負(fù)責(zé)日常監(jiān)控量測(cè)的全權(quán)工作，對(duì)監(jiān)控量測(cè)所采集的數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)，當(dāng)天采集的數(shù)據(jù)當(dāng)天必須處理完，經(jīng)分析、處理的數(shù)據(jù)資料作為工程資料存檔。監(jiān)控量測(cè)如發(fā)現(xiàn)地表沉降、拱頂下沉、凈空變化或其他項(xiàng)目出現(xiàn)變形每天大于5 mm或異常情況時(shí)，監(jiān)控組負(fù)責(zé)人應(yīng)及時(shí)將情況向隧道工程師、總工程師、設(shè)計(jì)院專冊(cè)等逐級(jí)詳細(xì)匯報(bào)以便采取相應(yīng)措施。