下車亭隧洞出口段不良地質條件分析及處理措施

李增平

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

下車亭隧洞出口段不良地質條件分析及處理措施

李增平

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

下車亭隧洞為南水北調中線京石段工程大型輸水建筑物之一，出口段地質條件復雜，巖體風化嚴重，寬大裂隙發育，多被紅粘土充填，出現風化深槽，出口洞臉垂直邊坡穩定性較差。通過攻克洞口圍巖“半巖半土”進洞技術難題，保證了隧洞工程的安全。這些技術難題的解決，為復雜地質條件下隧洞工程的建設提供了借鑒和參考。

隧洞出口;邊坡;地質條件;支護;措施

1 工程概況

下車亭隧洞樁號為208+818.4～209+678.4，全長860m，其中進口段樁號208+818.4～208+888.4，長70m。洞身段樁號208+888.4～209+593.4，長705m。 出口段樁號209+593.4～209+678.4，長85m。

隧洞設計型式為雙線馬蹄型無壓輸水洞,洞線方向NE50°11′，洞徑6.6m×6.6m，兩洞間距16m。 洞身為無壓流馬蹄型斷面，采用鋼筋混凝土全斷面襯砌。設計進口底高程56.794m，出口底高程56.721m，設計流量60m3/s，加大流量70m3/s。

隧洞出口段開挖分三級馬道布置，一級馬道高程62.852m，二級馬道高程74.952m，三級馬道高程86.952m，出口段洞臉上部直墻頂部高程為69.052m，一級馬道以下邊坡為1∶0.5，基坑其它邊坡為1∶1.5，出口底板高程為56.015m。

隧洞出口初步設計階段洞臉均為強風化及弱風化白云巖，圍巖類別為Ⅳ類，基坑開挖后，發現白云巖巖面起伏較大，寬大裂隙發育并充填紅粘土，地質條件惡化嚴重。

2 地質條件

2.1 地形地貌

本區屬太行山東麓與華北平原過渡地帶的丘陵區，隧洞穿過的西武山為一條走向NW～SE山脈的近末端，山頂高程160.0～170.0m，出口為坎狀梯田，地面高程65.0～70.0m。

2.2 地層巖性

2.3 地質構造

2.3.1 斷層

下車亭隧洞出現的斷層較多，對出口有影響的主要為f6斷層。該斷層上盤為青白口系下馬嶺組（Qnx）灰黃色、灰黑色、紫紅色頁巖，厚2～16m，下盤巖性為薊縣系鐵嶺組（Jxt）青灰色含燧石條帶白云巖,f6斷層基本上沿頁巖與白云巖之間的界面發育，波狀起伏較大，f6斷層造成上盤頁巖產狀不穩，變化較大，下盤白云巖的完整性也受到影響，白云巖面出露高程變化較大，出現大的風化深槽及較抗大裂隙夾泥。洞室處為弱風化含燧石條帶白云巖，白云巖與頁巖界面高程在70m高程左右，洞室上覆弱風化圍巖不足一倍洞徑，巖層走向NW315°，傾NE∠20°～30°，產狀極為不穩，地下水活動微弱。

2.3.2 節理及裂隙

受f6斷層影響，出口基坑巖石節理、裂隙發育，巖石破碎，且規律性較差，隱節理極為發育，裂隙寬大，產狀不明顯，多被紅粘土充填。

2.4 水文地質條件

地下水類型主要為基巖裂隙水，埋深較大，基坑開挖施工為干場地作業。

3 工程地質條件

3.1 邊坡地質條件分析

隧洞出口地層結構為巖體單一結構，上部為全強風化頁巖，灰黃色，灰黑色、紫紅等色，巖石風化嚴重，巖體破碎，多呈碎片夾粘土狀，軟弱，強度較低，底板分布高程68～91m，巖面起伏較大，但總體走向自出口向上游逐漸抬升，沿橫剖面方向在總干渠左側15m范圍內該層面相對較低，局部出露在68m高程以下；下部為鐵嶺組白云巖，大部分為弱風化，巖體強度較高，但節理裂隙發育，特別是大的高角度裂隙發育，裂隙寬度較大，推測寬度局部3～5m，裂隙內充填紅粘土及全強風化頁巖。上部下馬嶺組頁巖與下部鐵嶺組白云巖為f6斷層接觸，f6斷層沿層面展布，斷層角礫巖寬度為0.2～2m不等，斷層帶內為紅粘土夾頁巖及少量白云巖。

出口洞臉直墻69.0m高程以下，距建筑物中心線兩側寬約15m范圍內，為f6斷層及紅粘土夾碎石，與原預計的弱風化白云巖巖石界線變化很大，從而影響到洞臉部位邊坡穩定，也影響到左洞的進洞。

3.2 左洞成洞條件分析

隧洞出口邊坡地層結構為巖體單一結構，上部為全強風化頁巖，灰黃色，、灰黑色、紫紅等色，巖石風化嚴重，巖體破碎，多呈碎片夾粘土狀，軟弱，強度較低，底板分布高程68m左右；中部為f6斷層，斷層寬度1～2m，斷層下部為5～8m的紅粘土及粘土碎石；下部為鐵嶺組白云巖，大部分為弱風化，巖體強度較高。

從剖面分析，左洞左側全部為白云巖，洞軸線右側側墻及拱腳以粘土及粘土碎石為主，底板為白云巖，在進洞8.5m左右洞室全部為白云巖。

3.3 右洞成洞條件分析

隧洞出口邊坡地層結構為巖體單一結構，上部為全強風化頁巖，為灰黃色、灰黑色、紫紅色等，巖石風化嚴重，巖體破碎，多呈碎片夾粘土狀，軟弱，強度較低，底板分布高程71m左右；中部為f6斷層，斷層寬度0.2～1m，斷層下部為薄層紅粘土及粘土碎石；下部為鐵嶺組白云巖，推測強風化底板達洞底板以上1～2m，其下部弱風化巖體強度較高。進洞后5～7m洞室內巖石全部為弱風化白云巖。

4 隧洞出口洞臉地質缺陷及處理

4.1 出口洞臉地質缺陷

下車亭隧洞出口地層結構為巖體單一結構，上部為全強風化頁巖，為灰黃色、灰黑色、紫紅色等，巖石風化嚴重，巖體破碎，多呈碎片夾粘土狀，軟弱，強度較低。下部為鐵嶺組白云巖，大部分為弱風化，巖體強度較高，但節理裂隙發育，特別是大的高角度裂隙發育，裂隙寬度較大。上部下馬嶺組頁巖與下部鐵嶺組白云巖為f6斷層接觸，f6斷層沿層面展布，斷層角礫巖寬度為0.2～2m不等，斷層帶內為紅粘土夾頁巖及少量白云巖。

由于邊坡開挖爆破控制措施不力，邊坡坡面深坑較多使用棄渣回填，故在隧洞出口邊坡二級馬道及三級馬道附近發現4條裂縫，延伸長度3～8m，寬度2～3mm，多數為沿巖層層面發展。

左洞出口洞臉從剖面分析，左側全部為白云巖，右側拱腳以上為粘土夾碎石，底部為白云巖。洞口為半土半巖結構。

4.2 處理措施

4.2.1 邊坡處理措施

對出口二級馬道以下洞臉垂直邊坡，中部19.2m的范圍采用土釘墻加固處理，土釘墻結構布置采用上面3排土釘的長度為12m，以下2排為9m，共設置5排（局部3排和4排），土釘水平和豎向間距均為120cm。土釘向下傾斜5°。土釘鉆孔孔徑為108mm，孔深12m和9m。土釘釘材采用Ⅱ級鋼筋（20MnSi），鋼筋直徑覫28。釘孔注漿材料采用M30水泥砂漿，水灰比為0.45～0.5， 水泥和砂重量比為1∶1～1∶2， 并加入10%UEA膨脹劑。注漿采用孔底注漿法，注漿壓力為0.1～0.2MPa。由于在隧洞出口洞臉垂直邊坡在加固施工過程中全風化頁巖段出現了塌方，塌方左邊界距離渠道中心線4～5m，右邊界距離渠道中心線5～6m，縱向1～2m，深3～4m。塌方周圍有較多松散巖體。清除塌方周圍松散巖體，掛網噴混凝土10cm。加密加固方案中的槽鋼，在橫、豎槽鋼中加入混凝土預制板，使槽鋼、混凝土預制板及土層錨桿構成土釘墻。塌方缺口回填壤土并壓實至開挖面并復噴混凝土覆蓋預制混凝土板及槽鋼。

4.2.2 左洞出口處理措施

左洞從剖面分析，左側全部為白云巖，右側拱腳以上為粘土夾碎石，底部為白云巖。預測在進洞8.5m左右洞室全部為白云巖。根據半土半巖結構，為保證順利進洞，對出口左洞口采用了長10m、環向間距為40cm的覫75管棚和鋼架、噴錨聯合支護進行加固處理。

管棚支護的導管沿洞身拱頂輪廓線布置，管心與設計開挖外廓線間距為30cm，其環向間距40cm，上仰角1°～2°。導管采用熱軋無縫鋼管，外徑覫=75mm，壁厚t=5mm，長10m。導管分段安裝，兩段之間采用對焊或絲扣連接，絲扣長度不小于15cm。相鄰導管的接頭應前后錯開。同一橫斷面內的接頭數不大于50%，相鄰導管接頭至少錯開1m。導管上鉆設注漿孔，孔徑覫10mm，孔距：環向10cm、縱向40cm，呈梅花形布置，導管尾部留有不鉆孔的止漿段。

洞口采取短進尺分部開挖并及時支護，并保證右側鋼架底部坐落在基巖或混凝土基礎上。

右洞洞臉為弱風化白云巖，仍按原設計方案進洞。

5 結語

下車亭隧洞相對地質條件較差，在施工中發現了出口地質條件嚴重惡化，出現了風化深槽及寬大裂隙夾泥，針對這些地質缺陷采取了加固處理措施，如左洞洞臉半土半巖的地質條件下采取了土釘墻固坡、采用槽鋼的加強措施保證邊墻穩

定，特別是加強拱腳穩定性（挖除軟弱土巖換填混凝土）等一系列綜合措施，取得了較好的效果，確保了隧洞的安全。經過近4a的通水運行，證明所采取的措施是合理有效的。這些處理措施為今后類似工程遭遇相同地質條件加固處理提供了寶貴經驗。

［1］閆莫明，徐禎祥，蘇自約.巖土錨固技術手冊［K］.北京.人民交通出版社，2004.

［2］工程地質手冊（第三版）［K］.北京：中國建筑工業出版社.1992.

［3］水利部河北水利水電勘測設計研究院.下車亭隧洞初步設計報告［R］.2003.

［4］GB50287—99，水利水電工程工地質勘察規范［S］.

［5］SL279—2002，水工隧洞設計規范［S］.

［6］GB50330—2002，建筑邊坡工程技術規范［S］.

Bad Geological Conditions and Treatment Measures of the Xiacheting Tunnel Exit

LI Zeng-ping
（Hebei Research Institute of Investigation＆Design of Water Conservancy＆Hydropower,Tianjin300250,China）

The Xiacheting tunnel is one of a large water buildings of Jing-Shi section in the Mid-route of South-North water transfer,the geological conditions of the exit is complex,rock weathering serious and large fissures,more were filled with red clay,appearing weathered deep grooves,export holes face vertical slope and less stable.Capturing the technical problems of“semi-rock and-semi-soil” of hole surrounding rock to ensure the safety of tunnel construction.The solve of technical problems provide a reference for the construction of the tunnel project in the complex geological conditions.

tunnel exit;slope;geological conditions;support;measures

P642

A

1672-9900（2011）05-0085-03

2011-08-01

李增平（1966—），男（漢族），河北定州人，高級工程師，主要從事水利水電工程勘察、巖土工程工作，（Tel）022-26154829。