瀾阿公路那勒隧道炭質(zhì)頁(yè)巖段變形原因及治理研究

段曉彬 尹淏 韓虎

摘 要：瀾阿公路那勒隧道炭質(zhì)頁(yè)巖段富水、自穩(wěn)能力差、變形大，對(duì)隧道施工造成巨大的困難。通過(guò)對(duì)實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行分析研究，找出隧道出現(xiàn)一系列病害的原因，從改善圍巖、調(diào)整支護(hù)參數(shù)、優(yōu)化開(kāi)挖防護(hù)施工方法等方面制定了針對(duì)性的綜合處治措施，取得良好的效果，為類似工程的設(shè)計(jì)、處治提供了參考。

關(guān)鍵詞：隧道；炭質(zhì)頁(yè)巖；變形；支護(hù)

中圖分類號(hào)：U455.49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）08-0090-02

A LAN Highway Tunnel Nala Carbon Shale Deformation

Analysis and Control

DUAN Xiaobin YIN Hao HAN Hu

（Broadvision Engineering Consultants， Kunming Yunnan 650041）

Abstract： A LAN highway tunnel segment Nala carbonaceous shale and water poor stability， large deformation， causing great difficulties for tunnel construction. Based on the actual geological condition analysis， find out the reasons for a series of diseases of the tunnel， improve the surrounding rock， from the adjustment of support optimization of excavation protection construction method and support parameters for comprehensive treatment measures， and achieved good results， which provides a reference for the similar project design， treatment.

Keywords： tunnel；carbonaceous shale；deformation；support

1 工程概況

那勒隧道位于云南省普洱市瀾滄至孟連至勐阿二級(jí)公路（以下簡(jiǎn)稱為瀾阿公路）設(shè)計(jì)5合同K28+890～K29+765段，全長(zhǎng)875m，隧道設(shè)計(jì)時(shí)速為60km/h，為單洞雙向隧道，隧道凈寬10.6m，凈高6.85m，最大埋深約87m。

隧道整體地質(zhì)情況較差，圍巖以砂巖、泥質(zhì)砂巖、頁(yè)巖和炭質(zhì)頁(yè)巖為主；巖體裂隙、節(jié)理較為發(fā)育；全隧道圍巖等級(jí)判定為Ⅴ級(jí)。

2 施工中炭質(zhì)頁(yè)巖段變形

隧道由出口端進(jìn)行單向施工，當(dāng)開(kāi)挖至K29+580附近時(shí)，發(fā)現(xiàn)此地段圍巖以炭質(zhì)頁(yè)巖為主，且地下水較為豐富，與原地勘資料中“中風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖，富水性弱～中等”描述存在差別。隧道開(kāi)挖過(guò)程中，出現(xiàn)掌子面穩(wěn)定性極差、開(kāi)挖后隧道變形沉降較大且難以收斂、變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、初期支護(hù)噴射混凝土掉塊和工字鋼架局部變形的情況，部分地段初期支護(hù)侵入二襯范圍。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)資料判斷，掌子面往小樁號(hào)方向存在一定距離的全～強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖富水段落，圍巖層理明顯，以水平層理和傾斜層理為主，對(duì)施工產(chǎn)生一定的影響。為確保后續(xù)段落施工的安全、避免出現(xiàn)侵限換拱的情況，需要制定針對(duì)性措施進(jìn)行專項(xiàng)處治[1]。

3 病害原因分析

根據(jù)開(kāi)挖后掌子面的圍巖地質(zhì)情況及已施工段落的變形特點(diǎn)，對(duì)炭質(zhì)頁(yè)巖段出現(xiàn)變形的原因進(jìn)行分析，主要有以下四點(diǎn)。

3.1 巖性特點(diǎn)

此段炭質(zhì)頁(yè)巖圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，隧道開(kāi)挖后圍巖暴露在空氣中，與空氣接觸風(fēng)化，導(dǎo)致整體性降低，圍巖更加破碎松散，強(qiáng)度降低。加之此段地下水豐富，在水的作用下，圍巖快速軟化失去自穩(wěn)能力。經(jīng)開(kāi)挖之后，在空氣和水的共同作用下圍巖呈現(xiàn)“遇風(fēng)就散、遇水就軟”的特點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)受力非常不利。

3.2 層理原因

圍巖層理發(fā)育，且以水平層理和小角度傾斜層理為主。炭質(zhì)頁(yè)巖在形成過(guò)程中，在垂直于層理方向受力的擠壓作用下多發(fā)生彎曲的褶皺現(xiàn)象。當(dāng)隧道開(kāi)挖后，受擠壓的炭質(zhì)頁(yè)巖層理結(jié)構(gòu)遇臨空面，產(chǎn)生恢復(fù)受擠壓前原狀的膨脹力。由于圍巖層理以水平為主，水平層理的膨脹主要體現(xiàn)為向下，造成隧道初支拱部所受力較大。

3.3 拱腳失穩(wěn)

由于圍巖富水，在臺(tái)階分界處易積水，導(dǎo)致拱腳處圍巖被泡軟，工字鋼架的臨時(shí)拱腳不能落到穩(wěn)定的圍巖上，當(dāng)上部鋼架受力后，臨時(shí)拱腳下陷失穩(wěn)，造成上半斷面鋼架整體下沉，從而使初期支護(hù)侵限[2]。

3.4 二襯施作滯后

按照傳統(tǒng)對(duì)新奧法的理解，二襯施作應(yīng)在初支變形沉降基本穩(wěn)定之后方能進(jìn)行，此時(shí)圍巖的應(yīng)力已經(jīng)基本得到釋放，圍巖在支護(hù)的作用下已再次達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。但對(duì)于自穩(wěn)性較差的圍巖而言，圍巖變形時(shí)間長(zhǎng)，很難達(dá)到基本穩(wěn)定的要求，若任由變形持續(xù)發(fā)展，當(dāng)變形增大到一定程度后，會(huì)出現(xiàn)初支大變形、侵限、甚至垮塌的情況，給工程帶來(lái)極大的風(fēng)險(xiǎn)和損失。遇到此類圍巖，除了應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)強(qiáng)度、采取措施提高圍巖的穩(wěn)定能力外，也應(yīng)適當(dāng)提前施作二襯，提高整體支護(hù)能力。

4 處治措施

4.1 加強(qiáng)超前支護(hù)

由于受水平層理影響，隧道拱部膨脹應(yīng)力較大，加之圍巖松散圈較大，開(kāi)挖之后初期支護(hù)拱部受力較大。采取加強(qiáng)超前小導(dǎo)管注漿加固，能封閉圍巖裂隙，有效抑制開(kāi)挖后風(fēng)化作用對(duì)圍巖的影響，使小導(dǎo)管與注漿加固后的圍巖共同受力，增加開(kāi)挖過(guò)程中的安全性。由原設(shè)計(jì)每根小導(dǎo)管4.5m，每5榀工字鋼一循環(huán)調(diào)整為每3榀工字鋼一循環(huán)，增加超前小導(dǎo)管的搭接長(zhǎng)度，增大注漿范圍，必要時(shí)可以適當(dāng)增加注漿壓力。

4.2 增強(qiáng)初期支護(hù)參數(shù)

對(duì)于全風(fēng)化炭質(zhì)板巖而言，圍巖變形大、時(shí)間長(zhǎng)，初期支護(hù)尤其是拱頂部位受力較大，為保證初期不被破壞，需對(duì)初期支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：設(shè)計(jì)I18工字鋼間距由60cm調(diào)整為55cm，初支鋼筋網(wǎng)由單層加強(qiáng)為雙層，拱頂部位3個(gè)A單元范圍內(nèi)工字鋼縱向連接鋼筋調(diào)密，由100cm調(diào)整為50cm。

4.3 加強(qiáng)鎖腳

為避免在開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中臺(tái)階分界處工字鋼架拱腳部位圍巖軟化不穩(wěn)造成工字鋼架整體下沉，需對(duì)臺(tái)階落腳處進(jìn)行加強(qiáng)處理：一方面要求及時(shí)排水，避免拱腳部位圍巖被泡軟；另一方面，在拱腳部位增加臨時(shí)混凝土墊塊使工字鋼架落到穩(wěn)定的混凝土墊塊上；同時(shí)，在上臺(tái)階與中臺(tái)階、中臺(tái)階與下臺(tái)階工字鋼架接頭處各增設(shè)兩根鎖腳小導(dǎo)管，每根鎖腳長(zhǎng)4.0m，保證接下部鋼架時(shí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

4.4 優(yōu)化開(kāi)挖支護(hù)

施工中嚴(yán)格按照臺(tái)階分部法開(kāi)挖，保證留夠核心土，每循環(huán)進(jìn)尺控制在0.6～0.8m，嚴(yán)格控制爆破開(kāi)挖。隧道掌子面開(kāi)挖后立即進(jìn)行初噴，盡可能減少圍巖與空氣的接觸。拱墻鋼架施作完畢后及早進(jìn)行仰拱的開(kāi)挖支護(hù)，使工字鋼架及時(shí)成環(huán)[3]。

4.5 監(jiān)控量測(cè)

炭質(zhì)頁(yè)巖變形特點(diǎn)明顯，開(kāi)挖后需加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的分析及時(shí)反饋調(diào)整合理的預(yù)留變形量，保證膨脹應(yīng)力有一定釋放的同時(shí)初期支護(hù)不侵入二襯。

4.6 二襯及時(shí)跟進(jìn)

根據(jù)初期支護(hù)施作和監(jiān)控量測(cè)情況，及時(shí)跟進(jìn)二次襯砌，提前讓二襯與初期支護(hù)同時(shí)受力，同時(shí)也要適當(dāng)加強(qiáng)二襯，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度[4]。

5 結(jié)論

全風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖富水段的變形治理是瀾阿公路那勒隧道項(xiàng)目工程的難點(diǎn)。在施工過(guò)程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)際地質(zhì)與設(shè)計(jì)勘查地質(zhì)的不同，針對(duì)炭質(zhì)頁(yè)巖的巖性特點(diǎn)制定有效的治理方案，加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)，優(yōu)化施工方法，隧道順利渡過(guò)了炭質(zhì)頁(yè)巖段落。目前，隧道已貫通，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間觀察，處治段落并未出現(xiàn)后續(xù)病害，說(shuō)明此次對(duì)于那勒隧道炭質(zhì)頁(yè)巖段的綜合處治是有效的、成功的。

云南屬于多山省份，地質(zhì)復(fù)雜多變，在公路建設(shè)中，特殊的地質(zhì)段隧道屢見(jiàn)不鮮。瀾阿公路那勒隧道處治段是比較典型的炭質(zhì)頁(yè)巖隧道段：全風(fēng)化、富水、水平層理共同作用，對(duì)隧道施工造成不利影響。通過(guò)本次綜合處治的順利實(shí)施，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，也為今后類似地質(zhì)隧道的設(shè)計(jì)、病害處治提供了一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

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