隧道下穿向斜富水破碎段施工處治措施

樂業(yè)至望謨高速公路煙棚隧道進(jìn)口左洞洞身穿越向斜地質(zhì)構(gòu)造，該段地層含水率高、透水性好，特別是向斜核部受擠壓作用影響，圍巖風(fēng)化強(qiáng)烈，軟弱破碎，自穩(wěn)能力差，向斜地質(zhì)構(gòu)造原因?qū)е滤淼蓝磧?nèi)滲水嚴(yán)重、掌子面拱頂溜土滑塌、初支沉降收斂劇烈。文章以此為工程背景，基于現(xiàn)場勘察，提出了加強(qiáng)超前支護(hù)、優(yōu)化開挖工法加強(qiáng)支護(hù)、基底加固和加強(qiáng)排水等一系列綜合處治措施，通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場觀察，驗(yàn)證了處治措施的有效性，可為同類工程提供借鑒。

隧道；向斜；監(jiān)控量測；超前支護(hù)；開挖工法

U457+.2A391262

作者簡介：

郭寬銳（1990—），工程師，研究方向：公路工程施工與管理。

0" 引言

山嶺隧道在施工過程中易穿越許多不良地質(zhì)段落，向斜是其中之一。樂業(yè)至望謨高速公路煙棚隧道進(jìn)口左洞施工穿越K30+815～K30+910向斜地質(zhì)構(gòu)造段，該段圍巖為強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r，因向斜地層含水率高、透水性好，向斜核部受擠壓作用影響，圍巖風(fēng)化強(qiáng)烈、軟弱破碎、自穩(wěn)能力差，導(dǎo)致隧道洞內(nèi)滲水嚴(yán)重、掌子面拱頂溜土滑塌、初支沉降收斂劇烈。本文通過現(xiàn)場追蹤調(diào)查與考察，利用加強(qiáng)超前支護(hù)、優(yōu)化開挖工法加強(qiáng)支護(hù)［1］、基底加固和加強(qiáng)排水等一系列綜合處治措施來處治該類問題，以期為今后的隧道施工提供借鑒。

1" 工程概況

1.1" 工程概述

煙棚隧道為分離式隧道，位于廣西壯族自治區(qū)百色市樂業(yè)縣花坪鎮(zhèn)，左線起訖里程為ZK30+308～ZK31+254，長度為946 m；右線起訖里程為K30+363～K31+230，長度為867 m。建筑限界采用凈寬為10.75 m，凈高為5 m，單向縱坡為1.4%。

1.2" 工程地質(zhì)

1.2.1" 地形地貌

隧道區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中山地貌，山體連綿起伏，地形起伏較大，地形地貌主要受地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造控制，山脈走向多呈南西-北東向，與區(qū)域構(gòu)造線走向基本一致。隧址區(qū)總體地勢北東高，南西低，地面高程在1 015.30～1 207.90 m，相對高差為170.60 m，落差較大。隧道區(qū)位于深海濁流沉積巖區(qū)，山澗沖溝發(fā)育，呈雞爪狀分布，沖溝切割較深，坡降較大，多呈“V”型。進(jìn)洞口路段斜坡坡角一般為20°～25°，出口段坡角一般為25°～30°，多覆蓋第四系殘坡積層，局部基巖裸露，種植速杉木、松樹、獼猴桃等經(jīng)濟(jì)林。沖溝表層多覆蓋第四系沖洪積碎石、卵石等。

1.2.2" 隧道水文地質(zhì)條件

隧道位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上，山坡坡體較陡，隧道洞身穿越多條沖溝，沖溝中地表水為雨源型，流量變化較大，枯水期斷流，雨季流量一般為5～13 L/s。出口K31+220（ZK31+225）處分布一引水渠，寬約0.30 m，深約0.30 m，長度＞200 m，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民灌溉用水渠，局部破損，溢出渠的地表水對坡積土沖蝕強(qiáng)烈，導(dǎo)致地面開裂、滑塌，破損地段現(xiàn)已改為引水管。ZK31+000～ZK31+200段地表為水稻田。場地地下水主要為賦存于第四系覆蓋層中的孔隙水及基巖中的裂隙水、構(gòu)造裂隙水和巖溶水。

1.2.3" 向斜破碎段設(shè)計圍巖情況

根據(jù)設(shè)計地勘資料及隧道縱斷面圖顯示，ZK30+815～ZK30+910段為向斜地質(zhì)構(gòu)造，圍巖為中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r，巖體破碎，圍巖穩(wěn)定性極差；地下水以淋雨狀或涌流狀出水為主［2］。

2" 向斜富水破碎段情況

2.1" 向斜富水破碎段設(shè)計情況

原設(shè)計ZK30+805～ZK30+910段采用S5-B型襯砌，初期支護(hù)鋼拱架為Ⅰ18工字鋼，間距為80 cm，二襯設(shè)計厚度為45 cm，采用22 mm鋼筋，間距為25 cm，超前支護(hù)采用42 mm超前小導(dǎo)管，L=4.5 m，環(huán)向間距為40 cm。

2.2" 向斜富水破碎段施工情況

煙棚隧道為進(jìn)口端雙洞掘進(jìn)，其中右洞為先行洞，右洞掌子面超前左洞55 m，左洞掌子面對應(yīng)右洞段尚未施工二次襯砌。左洞采取三臺階法施工，根據(jù)現(xiàn)場施工記錄，上臺階掌子面施工至里程ZK30+805時，圍巖揭露為強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾灰?guī)r，圍巖軟弱破碎，掌子面巖面潮濕；上臺階掌子面施工至里程ZK30+817時，圍巖揭露為強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾灰?guī)r，圍巖軟弱破碎，掌子面巖面點(diǎn)滴狀出水；上臺階掌子面施工至里程ZK30+820時，掌子面拱頂出現(xiàn)溜土滑塌現(xiàn)象，圍巖揭露為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，圍巖軟弱破碎，地層富水，滲透性好，掌子面拱頂多處股狀出水。

根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示，ZK30+820處拱頂下沉累計量為11.55 cm，周邊收斂累計量為2.86 cm；ZK30+815處拱頂下沉累計量為29.76 cm，周邊收斂累計量為7.91 cm；ZK30+810處拱頂下沉累計量為18.57 cm，周邊收斂累計量為6.38 cm；ZK30+805處拱頂下沉累計量為23.93 cm，周邊收斂累計量為7.35 cm。向斜破碎段初支沉降收斂劇烈。

2.3" 沉降收斂原因分析

根據(jù)地質(zhì)勘察資料及超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，結(jié)合掌子面圍巖揭露情況，隧道應(yīng)是提前進(jìn)入向斜核部，向斜核部受擠壓作用影響，圍巖風(fēng)化強(qiáng)烈，軟弱破碎。向斜地層含水率高、透水性好，地表有水稻田，地表水下滲，地下水補(bǔ)給較充沛，左洞為后行洞且位于山體內(nèi)側(cè)，更易匯水。因此，向斜地質(zhì)構(gòu)造是導(dǎo)致當(dāng)前煙棚隧道左洞洞內(nèi)滲水嚴(yán)重、掌子面拱頂溜土滑塌、初支沉降收斂劇烈的重要原因。

隧道下穿向斜富水破碎段施工處治措施/郭寬銳

3 "向斜富水破碎段處治措施與效果

3.1" 處治措施的確定

發(fā)現(xiàn)初支沉降收斂劇烈后，相關(guān)人員到現(xiàn)場進(jìn)行勘察，針對向斜富水破碎段設(shè)計及施工情況，經(jīng)各方研究討論，確定了如下具體處治措施。

3.1.1" 加強(qiáng)超前支護(hù)

（1）向斜富水破碎段采用密排42 mm超前小導(dǎo)管支護(hù)，縱向間距為0.8 m，環(huán)向間距為40 cm，長為4.5 m，外插角分別為10°和20°。

（2）向斜滲水嚴(yán)重段落，應(yīng)進(jìn)行注漿試驗(yàn)，確定超前小導(dǎo)管注漿參數(shù)，合理控制注漿壓力。

3.1.2" 優(yōu)化開挖工法，加強(qiáng)支護(hù)

（1）向斜富水破碎段采用三臺階法開挖，短進(jìn)尺，仰拱緊跟，及時施做二次襯砌。上臺階采用4根42 mm×4 mm小導(dǎo)管加強(qiáng)，鎖腳長4.5 m。中臺階設(shè)置30 cm厚C20素混凝土仰拱（若中臺階仰拱開裂，可適當(dāng)放置鋼筋網(wǎng)片），中臺階仰拱施工前應(yīng)清理拱腳虛渣。

（2）型鋼鋼架應(yīng)及時安裝，鋼架與圍巖之間的噴混凝土厚度應(yīng)≥4 cm，安裝完畢后應(yīng)立即用噴混凝土將其完全覆蓋，方可進(jìn)行下一循環(huán)的開挖。型鋼鋼架之間用22 mm鋼筋連接，每節(jié)型鋼拱架端頭用Ⅰ14型鋼縱向焊接連接。上部鋼架落腳基礎(chǔ)部位必須清除虛渣，確保拱腳坐落在密實(shí)基巖上。

（3）增加中臺階大鎖腳。中臺階每處施工1根89 mm鋼管鎖腳，由于89 mm鋼管施工存在一定滯后，中臺階落腳后立刻施工2根42 mm小導(dǎo)管鎖腳，即中臺階采用42 mm小導(dǎo)管和89 mm鋼管聯(lián)合鎖腳。

3.1.3" 基底加固

由于地層富水，開挖揭露圍巖為強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾灰?guī)r，泥巖具有遇水軟化、強(qiáng)度降低的不利特性，為確保富水段泥巖地基的長期穩(wěn)定性，需要對地基進(jìn)行加固處理。施工過程中應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場開挖后的地質(zhì)情況、鉆孔情況、監(jiān)控量測數(shù)據(jù)判斷是否需要進(jìn)行地基處理，需要處理的規(guī)模較大、深度較深或者其他異常情況時應(yīng)及時上報相關(guān)責(zé)任方。具體加固措施為：在仰拱基底每側(cè)拱腳設(shè)置4排42 mm×4 mm小導(dǎo)管加固，小導(dǎo)管長5 m，橫向間距為0.8 m，縱向間距為0.8 m。

3.1.4" 加強(qiáng)排水措施

（1）掌子面前方施工30 m超前鉆孔，進(jìn)一步探明前方地質(zhì)情況，同時起到排水泄壓作用。

（2）掌子面外側(cè)設(shè)置3～5根超前排水管，泄水孔深9～12 m，孔內(nèi)布設(shè)89 mm打孔鋼花管，地下水直接通過管道引流至隧道暗溝，提前引排地下水。

（3）向斜富水段仰拱底部，在中央排水溝和兩側(cè)暗溝設(shè)置泄壓孔，排水泄壓，防止運(yùn)營期間二次襯砌開裂滲水。中心溝側(cè)壁預(yù)留100 mmHDPE雙壁波紋管（端頭反包無紡?fù)凉げ迹?，將仰拱底部有壓水引排至中心溝?nèi)，縱向間距為5 m，左右交錯布置并與橫向滲溝泄水孔交錯布置，二者不得沖突，波紋管伸入圍巖1 m。隧道邊墻泄水管（孔）在仰拱施作前預(yù)留100 mmHDPE雙壁波紋管（端頭反包無紡?fù)凉げ迹?，坡度根?jù)襯砌類型進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，縱向間距為5 m，和縱、環(huán)向管位置錯開，且避開鋼架位置，波紋管伸入圍巖1 m。

3.2" 處治效果

通過以上處治措施，煙棚隧道左洞順利通過了向斜富水破碎段，經(jīng)過連續(xù)1個多月的監(jiān)測，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：拱頂沉降、水平收斂均已趨于穩(wěn)定。截至目前，該隧道向斜富水破碎段已完成二次襯砌施工，經(jīng)過半年多的觀察，總體無異常。

4" 結(jié)語

（1）隧道在施工過程中應(yīng)根據(jù)設(shè)計情況、圍巖揭露情況、超前地質(zhì)預(yù)報及監(jiān)控量測結(jié)果及時優(yōu)化設(shè)計方案，調(diào)整施工方法，實(shí)現(xiàn)動態(tài)設(shè)計、動態(tài)施工。

（2）隧道在穿越富水段落時，應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)防、排、截、堵的原則，加強(qiáng)排水措施，確保運(yùn)營期間隧道結(jié)構(gòu)安全。

（3）隧道在穿越軟弱地層時，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場開挖后的地質(zhì)情況，采取基底加固等措施確保隧道基底承載力。

［1］藍(lán)" 華，高" 永，李寒雄.復(fù)雜地質(zhì)隧道施工的沉降變形分析［J］.公路工程，2021，46（1）：142-148.

［2］JTG/T 3660-2020，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［J］.

20240411