斑竹林隧道軟弱圍巖段塌方治理技術(shù)研究*

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 高攀科 毛紅梅 宋秀清

斑竹林隧道軟弱圍巖段塌方治理技術(shù)研究*

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 高攀科 毛紅梅 宋秀清

一、工程地質(zhì)概況

重慶至長沙高速公路斑竹林隧道，隧址屬構(gòu)造剝蝕淺切割低山區(qū)地貌（由一系列脊狀山、坪狀山組成），山頂海拔最高處為935 m，河谷海拔約555 m，地形最大切割深度約380 m，最大切割部位在進洞口段。左幅隧道進口段山坡坡向約206°，自然坡度約35°;出口段山坡坡向約354°，自然坡度約55°。右幅隧道進口段山坡坡向約141°，自然坡度約45°；出口段山坡坡向約18°，自然坡度約46°。按工程地質(zhì)分區(qū)，隧址位于斷裂帶破碎巖石亞區(qū)和平緩褶皺半堅硬巖石亞區(qū)。隧址山體位于泥質(zhì)、砂質(zhì)碎屑巖分布區(qū)，組成山體的巖層為志留系中統(tǒng)羅惹坪群第二段（S2lr2），巖層以頁巖、砂質(zhì)頁巖、粉砂巖為主，局部互層狀發(fā)育，較軟巖居多，其中粉砂巖、石英砂巖為硬巖（單層厚度一般小于1.0 m）。斑竹林隧道左線掌子面ZK35+191.8圍巖屬軟質(zhì)頁巖，巖石呈水平層狀，層間結(jié)合差，含泥化夾層，巖體軟弱破碎，裂隙發(fā)育，有股狀水流出，路線前進方向從左向右有一豎向斷層，與路線夾角約15°，圍巖穩(wěn)定性差，埋深約130 m。

二、塌方形成過程及原因

1.塌方形成過程。斑竹林隧道左線ZK35+193.8～ZK35+ 191.8段，原設(shè)計采用s4b復(fù)合式襯砌類型施工,因地質(zhì)因素（圍巖破碎）影響變更為s4a復(fù)合襯砌類型，并增加超前錨桿；當掌子面開挖到ZK35+191.8時，拱部出現(xiàn)坍塌、掉塊，路線前進方向左側(cè)拱部坍塌較大，高2 m，有股狀水從坍腔流出，不時有石塊從拱頂墜落，為保證施工安全，施工單位立即停止施工；停工2 d后掌子面ZK35+191.8拱頂再次出次大面積坍塌，坍體將掌子面封閉，坍方量為300～400 m3，坍塌體主要由切割整齊大小不等的塊石組成，估計坍方縱向長5 m，高7～8 m。斑竹林隧道軟弱圍巖段坍塌情況如圖1所示。

2.塌方形成原因。隧道周邊圍巖屬軟質(zhì)頁巖，地質(zhì)構(gòu)造影響嚴重，節(jié)理發(fā)育，巖石被切割嚴重，形成了主要由塊石堆積而成的圍巖，塊石間少有填充物，黏結(jié)力小，在未擾動的情況下處于平衡狀態(tài)，開挖后形成新的臨空面，應(yīng)力重新分布，一旦有一顆塊石失穩(wěn)就有可能形成多米諾效應(yīng)，進而產(chǎn)生大規(guī)模坍塌。隧道周邊圍巖均為塊石堆積，圍巖的自穩(wěn)能力差（拱效應(yīng)無法形成），隧道埋深在130 m的情況下無法承受其施加的巨大壓力。地下水豐富，通過裂隙進入巖體，在地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解下加劇了巖體失穩(wěn)，加速了層間移動。

三、塌方處理方案

對坍塌體圍巖注漿，以改善圍巖的物理力學(xué)性能，形成較為緊密的承壓拱，進而提高圍巖的自穩(wěn)能力。由于前方掌子面坍塌，導(dǎo)致已施作好的格柵拱架下沉、變形，應(yīng)對相鄰初期支護段進行緊急加固處理，以防止塌方的進一步擴大。

1.塌方影響段加固。加固措施如下。

（1）設(shè)置臨時鋼支撐護拱。ZK35+191.8～ZK35+201.8段設(shè)置臨時18工字鋼拱架，縱向間距1 m，工字鋼拱架間用Φ22 mm縱向連接筋相連，環(huán)向間距2 m。工字鋼拱架的徑向固定采用Φ22 mm徑向藥卷錨桿（長3.0 m），縱、環(huán)向間距1 m×3 m，梅花型布置，尾部焊在工字鋼拱架上。每榀工字鋼拱架拱腳設(shè)Φ22 mm鎖腳錨桿（長3.5 m）4根。

（2）徑向小導(dǎo)管注漿加固。ZK35+191.8～ZK35+201.8段拱部120°（圓心）范圍內(nèi)采取徑向小導(dǎo)管注水泥-水玻璃雙液漿加固，小導(dǎo)管（外徑42 mm、壁厚3.5 mm）為熱軋無縫鋼管，長3.5 m，縱、環(huán)向間距1.0 m×1.2 m，梅花形布置。小導(dǎo)管前端呈椎狀，尾部焊上Φ6 mm加筋箍，管壁四周鉆8 mm壓漿孔，但尾部1 m段不設(shè)壓漿孔。

2.塌方段處理。處理措施如下。

（1）因該坍塌體松散無法成孔，故采用T60自進式錨桿先期注漿，同時為Φ42 mm小導(dǎo)管成孔創(chuàng)造條件，以便對坍塌體第二次補漿，進一步加強對坍塌體的加固。圍巖段塌方處理措施如圖2所示。

（2）T60自進式錨桿長12 m（地質(zhì)超前探孔塌方區(qū)縱向長度10 m），環(huán)向間距40 cm，外傾角5°～10°，Ф42 mm小導(dǎo)管穿與T60自進式錨桿交叉布設(shè)，長4.5 m，外傾角10°～15°。

（3）ZK35+179.8～ZK35+171.8段采用Φ42 mm小導(dǎo)管作為超前支護，長3.5 m，環(huán)向間距0.4 m，縱向間距2.0 m，每環(huán)35根。

（4）坍塌體開挖采用三臺階法施工，ZK35+191.8～ZK35+ 171.8段按s5e復(fù)合襯砌類型施工。

3.雙液注漿技術(shù)參數(shù)。水泥漿水灰比為1∶1，水泥漿水玻璃體積比為1∶0.5；水玻璃濃度為35波美度，模數(shù)為2.4；小導(dǎo)管注漿壓力為0.5～1.0 MPa；管棚及R51自鉆式錨桿注漿壓力為：初壓0.5～1.0 MPa，終壓2.0 MPa；注漿參數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場試驗按實際情況確定，注漿量根據(jù)實際情況作相應(yīng)調(diào)整。

四、施工注意事項

1.臨時鋼支撐支護18工字鋼拱架與噴射砼之間的空隙用木楔塞緊，加大臨時支護的受力點。

2.自進式錨桿施工前要按照方案要求準確定位，鉆進時要掌握好施工角度，角度偏差過大會嚴重影響注漿質(zhì)量。

3.該變更設(shè)計中固結(jié)坍塌體最為關(guān)鍵，應(yīng)采用反復(fù)、多次注漿的辦法保證注漿質(zhì)量，并根據(jù)實際情況調(diào)整注漿參數(shù)。

4.開挖必須是在水泥-水玻璃漿液凝固并達到強度后進行。

5.及時施作仰拱及二次襯砌。

五、監(jiān)控量測及信息化管理

1.加強軟弱圍巖段監(jiān)測工作。由于地下工程的復(fù)雜性和特殊性，在隧道施工過程中一般需要根據(jù)隧洞內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查、洞內(nèi)觀察、現(xiàn)場監(jiān)控量測及巖土物理力學(xué)試驗等施工反饋信息，進一步分析圍巖的物理力學(xué)參數(shù)，進而確定和修改隧道施工方法和支護方式。斑竹林隧道支護結(jié)構(gòu)應(yīng)用新奧法原理，采用復(fù)合襯砌，施工過程中必須進行現(xiàn)場監(jiān)控量測，以便及時掌握圍巖在開挖過程中的動態(tài)和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，提供有關(guān)隧道施工的信息資料，通過對量測數(shù)據(jù)的分析和判斷，對圍巖-支護體系的穩(wěn)定狀態(tài)進行監(jiān)控和預(yù)測，并據(jù)此制定相應(yīng)的施工措施，以確保洞室周邊巖體的穩(wěn)定以及支護結(jié)構(gòu)的安全。

2.軟弱圍巖段施工信息化管理。地下工程施工是動態(tài)的，可變因素多，施工過程中圍巖的物理力學(xué)性能是不斷變化的，施工方法和技術(shù)應(yīng)根據(jù)實際情況確定。隧道施工決策要在施工階段的地質(zhì)技術(shù)、量測技術(shù)、施工質(zhì)量控制技術(shù)的基礎(chǔ)上進行，施工中應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)和實際施工情況，對圍巖的力學(xué)狀態(tài)、現(xiàn)有支護參數(shù)進行比較分析，及時調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。

六、結(jié)論

1.隧道軟弱段圍巖破碎帶物理力學(xué)性能穩(wěn)定性差，尤其是淺埋、偏壓、高低應(yīng)力、地下水豐富的軟弱圍巖段，圍巖掉塊、變形問題突出，塌方常有發(fā)生。

2.軟弱圍巖隧道塌方處治時，應(yīng)立即停止施工，先分析塌方原因，待塌方體穩(wěn)定后（停止掉塊、塌方），迅速對封堵掌子面的塌方體及其鄰近的塌方影響段進行自鉆式錨桿、小導(dǎo)管等多種形式注漿、架設(shè)臨時鋼支撐等，及時加固塌方體和塌方影響段，同時加強一系列監(jiān)控量測等信息化管理，待塌方體和塌方影響段穩(wěn)定后，方可繼續(xù)開挖。斑竹林隧道軟弱圍巖段塌方處理得當，效果良好，可供類似工程借鑒。

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項目“軟巖隧道施工控制理論研究”（2011-42）。