油坊坪隧道絹云母片巖區(qū)塌方原因分析及處理措施

魏騰遠(yuǎn) 唐長生

（東盟營造工程有限公司，陜西西安 710000）

油坊坪隧道絹云母片巖區(qū)塌方原因分析及處理措施

魏騰遠(yuǎn) 唐長生

（東盟營造工程有限公司，陜西西安 710000）

油坊坪隧道圍巖層理間填充的粘土礦物，主要成分為伊利石、石英、蒙脫石等，該類礦物在隧道施工過程中極易引起塌方，通過對油坊坪隧道塌方情況分析，進(jìn)一步探索該類型圍襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)合理性、施工工藝以及坍塌的處理措施。

巖性特征 塌方處理 新奧法 監(jiān)控量測 注漿 強(qiáng)支撐

1 工程概況

油坊坪隧道位于湖北襄陽市谷城縣紫金鎮(zhèn)油坊坪村，右幅起訖樁號為YK41+105～YK42+222，長1117m，最大埋深148.4m。進(jìn)出口段設(shè)計(jì)為V級圍巖長度197m，IV級圍巖長345m，III級圍巖長575m，工程地質(zhì)：整個(gè)隧址區(qū)設(shè)計(jì)勘察地質(zhì)描述為強(qiáng)-中風(fēng)化片巖，巖體破碎～較完整180≤［BQ］≤380，水文地質(zhì)：無地表水體，主要為基巖裂隙水，水量大小受季節(jié)性影響，洞室內(nèi)有滲水、滴水現(xiàn)象。

2 坍塌原因分析

2.1 隧址區(qū)總體地質(zhì)情況

本項(xiàng)目在大地構(gòu)造上位于南秦嶺構(gòu)造帶與揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)交接部位，且位于武當(dāng)山復(fù)背斜次級構(gòu)造單元，分布青峰斷裂帶，多重復(fù)雜構(gòu)造對區(qū)域地質(zhì)的控制非常明顯的。油坊坪隧道隧址區(qū)出露、揭露的地層主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積（Q4el+dl）粉質(zhì)粘土和武當(dāng)群（Pt2wb）片巖。

2.2 初期支護(hù)強(qiáng)度不足

本段隧道原設(shè)計(jì)按III級圍巖S3襯砌，后經(jīng)現(xiàn)場變更調(diào)整為S4b襯砌，支護(hù)類型為錨噴網(wǎng)混凝土+鋼拱架。從前期施工的情況分析以及垮塌段落的17米，僅為YK41+375～YK41+465同類型襯砌（S4b）中的一小段，從侵限到垮塌整個(gè)過程看，隧道右側(cè)鋼拱架在圍巖壓力條件下，發(fā)生的屈服變形，起不到應(yīng)有的支護(hù)加固效果，且變形后應(yīng)力再次重分配，致使整環(huán)鋼拱架屈服變形，最終導(dǎo)致坍塌，說明該段的支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖所要求的支護(hù)強(qiáng)度不匹配。

2.3 水壓力的影響

此段隧道埋深為75～85m，隧道沿線地下水類型主要為基巖裂隙水，主要由大氣降水進(jìn)行補(bǔ)給。塌方段落對應(yīng)地表有較低洼地，加之塌方期間降雨量較大，雨水于地表洼地匯集增加了水頭壓力，致使?jié)B入巖層中水量較大，使得裂隙水發(fā)育，水壓力增大，造成圍巖壓力的增大，對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的作用力也隨之增加，使得鋼拱架發(fā)生一定的屈服變形。

2.4 變形處理措施不當(dāng)

該段落位于掌子面后方50m左右；開挖、初期支護(hù)均已經(jīng)安全通過，且二次襯砌已經(jīng)跟進(jìn)，同時(shí)監(jiān)控量測也已發(fā)現(xiàn)該范圍初期支護(hù)變形異常，采用臨時(shí)環(huán)向工字鋼進(jìn)行加固，但為跳槽施工一模二襯進(jìn)行兩端強(qiáng)剛性支撐，而耽誤了該段落初期支護(hù)的水平橫向支撐和豎向頂撐，致使初期支護(hù)繼續(xù)變形侵限。在上述因素的共同作用下，圍巖壓力超出初襯的強(qiáng)度，造成坍塌。

3 塌方段處理措施研究

3.1 塌方段總體處理分析

對于該段落塌方，塌方體已將斷面全部封堵，在未能探得塌方長度，塌腔范圍的情況下；為達(dá)到施工及結(jié)構(gòu)安全、處理經(jīng)濟(jì)合理的效果，采用以超前小導(dǎo)管預(yù)加固為輔助措施，加強(qiáng)襯砌強(qiáng)度、剛度為主的總體處理思路。

3.2 具體處理方案

（1）對塌方體進(jìn)行噴漿封閉：對塌方體進(jìn)行噴漿處理，噴漿采用C25混凝土，噴射厚度為25 cm，噴漿的作用：一是防止小導(dǎo)管注漿時(shí)漿液從孔隙流出；二是防止塌方體繼續(xù)擴(kuò)展；（2）超前輔助施工：本段落塌方體處理中超前小導(dǎo)管施工，上層小導(dǎo)管以30°仰角，下層以5-7°仰角打入拱部，外層以較大仰角插入塌方體，內(nèi)層以正常角度超前，并通過注漿可在開挖輪廓線外形成約2～4米厚的承力拱，超前小導(dǎo)管長6米，環(huán)向間距40 cm，沿隧道拱部120°范圍對稱布置；縱向間隔3.0m施工一循環(huán)。超前小導(dǎo)管保證2m以上縱向搭接長度。注漿漿液為水灰比1：1的水泥單液漿，上層小導(dǎo)管注漿時(shí)，因塌方松散體范圍未能探明，保證安全前提下，通過塌方體空隙率分析，進(jìn)行量化注漿控制，單根鋼管注入8-10包水泥的水泥漿液（注漿量化），可使小導(dǎo)管周邊形成一道80～120cm厚的拱圈；下層小導(dǎo)管注漿采用注漿壓力控制，控制在0.2Mpa，注漿的次序由兩側(cè)對稱向中間進(jìn)行，自下而上逐孔注漿；（3）開挖施工：開挖采用上中下小臺(tái)階預(yù)留核心土法開挖，開挖中擴(kuò)大開挖面，增加預(yù)留沉降量，以防止變形侵入二襯界限。開挖方式以人工風(fēng)鎬為主，挖掘機(jī)微弱爆破為輔；每循環(huán)進(jìn)尺為一榀拱架間距（60cm），這盡量減少對圍巖擾動(dòng)，以達(dá)到開挖后塌方體上部相對穩(wěn)定；（4）初期支護(hù)施工：初期支護(hù)采用I18工字鋼，縱距60cm；系統(tǒng)錨桿采用Φ22砂漿錨桿縱距60cm×環(huán)距120cm，長3.5m；φ8雙層鋼筋網(wǎng)，間距20×20cm，在拱部與邊墻鋼支撐連接處沿垂直方向各打設(shè)4根Φ42×3.5mm小導(dǎo)管作為鎖腳錨桿，錨桿長4m，壓注水泥漿液，加固松散體，使鋼支撐落于穩(wěn)定的基礎(chǔ)之上，噴射混凝土采用24cm厚C20混凝土，盡早完成噴錨施工，使其封閉成環(huán)，到達(dá)支撐塌方體的目的；（5）二次襯砌施工：該段落圍巖極其破碎自承能力極弱，二襯需及時(shí)跟進(jìn)以承擔(dān)部分圍巖壓力。當(dāng)初期支護(hù)每完成6m后，及時(shí)施工防水層及二襯。二襯采用鋼筋混凝土，環(huán)向主筋為雙層Φ22螺紋鋼，層間距32.6cm，縱距25cm；縱向分布鋼筋采用Φ12螺紋鋼，外側(cè)環(huán)向間距為30.8cm，內(nèi)側(cè)環(huán)向間距為28.9cm；內(nèi)外層主筋采用φ8鋼筋連接。采用上述具體實(shí)施方案，以到達(dá)及時(shí)加強(qiáng)襯砌強(qiáng)度、剛度為主的總體處理思路。

4 結(jié)語

從隧道的施工開挖情況看，對絹云母片巖軟巖地層，原設(shè)計(jì)的初期支護(hù)的強(qiáng)度和剛度均不足，以及后續(xù)襯砌加強(qiáng)調(diào)整時(shí)，對絹云母片巖軟巖性質(zhì)認(rèn)識不到位以致使用的襯砌類型仍與圍巖級別不匹配。為避免類似大變形的再度發(fā)生，建議對此類圍巖地段的隧道，支護(hù)結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行加強(qiáng)，以適應(yīng)該類型地層隧道開挖的需要，二襯襯砌施工應(yīng)盡早進(jìn)行，確保隧道安全順利穿越此類地層，避免塌方事故的再次發(fā)生。

從本隧道多次小規(guī)模塌方情況來看，本次塌方具有較大的特殊性，但在施工處理過程中未出現(xiàn)二次塌方，且安全、快速的處理完成。從后續(xù)各方面監(jiān)測資料來看結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，故此本次塌方處理采取的處理方案及施工工藝，實(shí)踐證明是完全可行的。只要正確分析出圍巖的巖性，采用該方案就能對這類地質(zhì)災(zāi)害提前預(yù)防。