大跨度小間距千枚巖隧道施工工藝淺談

摘要：通過(guò)對(duì)香溪洞千枚巖隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)滑塌、侵限等病害的分析、處理，探討大跨度小間距千枚巖隧道施工應(yīng)注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：大跨度 小間距 千枚巖 隧道 施工工藝淺談

1 工程概況

香溪隧道位于陜鄂界十（堰）至天（水）高速公路安康東段，安康市漢濱區(qū)香溪洞風(fēng)景區(qū)，隧道區(qū)屬微丘地貌，地形起伏較大。隧道范圍內(nèi)中線高程310m～350m，最大高差約40m。山體自然坡度20°～35°，植被較發(fā)育。進(jìn)、出口均位于陡斜坡，山坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。兩端洞口處均發(fā)育有一條沖溝。

隧道左線位于線路直線段，縱坡為-2.3%。隧道左右線進(jìn)口間距22m，出口左右線間距65m，隧道最大開(kāi)挖斷面163m2。隧道起止里程為ZK117+484～ZK117+673，全長(zhǎng)189m，為三車道大跨度千枚巖隧道。隧道地表為回民墓葬區(qū)，墓葬眾多，并在ZK117+645處穿越香溪洞旅游專用公路，隧道埋深僅為10m。

地質(zhì)情況復(fù)雜，圍巖較差，主要為V級(jí)強(qiáng)風(fēng)化千枚巖，支護(hù)形式為V淺埋（加管棚）30m、VX淺埋加雙層小導(dǎo)管40m、V淺埋加雙層小導(dǎo)管56m、V淺埋30m管棚、8m回填暗挖，隧道左線出口段埋深為1～23m，最大埋深40m。明暗洞交界里程分別為ZK117+499、ZK117+663。隧道斷面圖如下：

2 地質(zhì)特性

香溪隧道隧址區(qū)屬第四系覆蓋層薄，大部分路段基巖裸露，出露巖層為志留系梅子埡組（S1m）千枚巖，巖體呈褐黃色、灰綠色，強(qiáng)風(fēng)化，變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，千枚狀構(gòu)造，受斷裂帶構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯多呈碎屑狀和碎塊狀，巖質(zhì)軟，巖體極破碎，局部炭質(zhì)含量較高，片理發(fā)育，片理面手感光滑，有絲絹光澤，巖質(zhì)較軟，巖體極破碎，自穩(wěn)能力差，開(kāi)挖時(shí)拱部易坍塌，側(cè)壁易失穩(wěn)，該層揭露厚度為34.8m～43.8m。

十堰端洞口段巖層產(chǎn)狀為148°∠33°，節(jié)理J1：160°∠65°；節(jié)理J1密度5-7條/m；節(jié)理水平延伸一般小于1.5m，豎向切深約1.0m，微張至閉合狀，裂隙為方解石脈、泥質(zhì)充填。相對(duì)應(yīng)的巖石完整性系數(shù)Kv=0.63。

天水端洞口段巖層產(chǎn)狀為332°∠40°，節(jié)理J2：61°∠75°；節(jié)理J3：186°∠74°。節(jié)理J2密度5-7條/m；節(jié)理J3密度4-6條/m；節(jié)理水平延伸一般小于1.0m，豎向切深約1.0m，微張至閉合狀，裂隙為方解石脈、泥質(zhì)充填，相對(duì)應(yīng)的巖石完整性系數(shù)Kv=0.49。

隧址區(qū)有區(qū)域性大斷裂——月河斷裂通過(guò)，斷裂破碎帶寬度約85m～115m，斷裂走向約274°，傾向約4°，傾角50°∠70°。隧道左線、右線均位于斷裂破碎帶中。地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s，對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。

香溪隧道V級(jí)圍巖為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)風(fēng)化千枚巖，圍巖深灰色，千枚狀構(gòu)造，千枚巖遇水后軟化為粉末狀，泥化呈淤泥狀。

3 水文地質(zhì)條件

隧址區(qū)地下水主要為基巖中的風(fēng)化裂隙水。千枚巖巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，深部節(jié)理多呈閉合狀，聯(lián)通性較差，多充填泥質(zhì)，賦水條件較差；淺部強(qiáng)風(fēng)化巖風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎，含少量裂隙水，主要靠大氣降水補(bǔ)給，沖溝等低洼部位以地下徑流形式排泄，流量隨季節(jié)性變化明顯，雨季流量大，暴雨時(shí)易發(fā)山洪，旱季流量小。圍巖中水主要為風(fēng)化裂隙水，集中降雨?duì)顟B(tài)下洞室內(nèi)呈淋雨?duì)罨蚓€狀出水。

4 地質(zhì)病害及處理措施

4.1 邊坡滑塌

香溪隧道左線出口右側(cè)位于地表沖溝一側(cè)，地表為香溪旅游公路修建時(shí)的坡積松散土，埋深1m～5m，左側(cè)埋深24m，形成嚴(yán)重偏壓，原設(shè)計(jì)ZK117+673-ZK117+663采用M偏壓型明洞襯砌形式（明挖法）進(jìn)洞，邊仰坡開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)多次滑塌，進(jìn)洞異常艱難，且進(jìn)洞方向右側(cè)臨時(shí)邊坡高達(dá)16多米，植被破壞嚴(yán)重。

原因分析：

①隧道出口埋深較淺，處于嚴(yán)重偏壓地段，開(kāi)挖坡腳后邊坡松散堆積體難以自穩(wěn)形成滑塌。

②隧道出口位于地表沖溝一側(cè)，常年飽水豐富，極不穩(wěn)定。

處理方案：

①在進(jìn)洞方向左側(cè)設(shè)置偏壓擋墻（ZK117+673-ZK117

+655）。

②延長(zhǎng)護(hù)拱（ZK117+673-ZK117+655），施作大管棚后進(jìn)洞。

③進(jìn)洞方向右側(cè)護(hù)拱拱腳預(yù)設(shè)錨管（5米φ50×5鎖腳鋼管4根/榀），以加強(qiáng)護(hù)拱與山體連接。

ZK117+673～+615埋深最低為1.5m，右側(cè)為沖溝，左側(cè)存在嚴(yán)重偏壓，故將原來(lái)套拱變更為偏壓套拱，在出洞方向左側(cè)拱腳預(yù)設(shè)鋼管（5mφ50*5鎖腳4根/榀）以加強(qiáng)與山體的連接，原管棚長(zhǎng)度增加至58m。

④ZK117+673-ZK117+615襯砌具體為：

a ZK117+673-ZK117+615超前支護(hù)采用管棚（φ108×6），共51根。

b ZK117+673-ZK117+615采用Ⅴx淺埋型復(fù)合式襯砌形式，采用φ50×5小導(dǎo)管，L=400cm，間距30cm加強(qiáng)超前支護(hù)。

c套拱部分：C25噴射混凝土60cm、I20b型鋼支撐60cm/榀、φ8鋼筋網(wǎng)20×20cm（雙層）、φ127×4導(dǎo)向管51@40cm。

原設(shè)計(jì)明洞段ZK117+673～+655，由于護(hù)拱左側(cè)基礎(chǔ)承載力小于設(shè)計(jì)350kpa，不能滿足施工要求故套拱左側(cè)基礎(chǔ)加深120cm、厚度由原來(lái)100cm變?yōu)?20cm，確保套拱施做及安全。

變更方案：經(jīng)研究在原有基礎(chǔ)將ZK117+655～+640

段共15m，每榀拱架拱腰兩側(cè)增設(shè)4根注漿小導(dǎo)管，導(dǎo)洞掌子面臨時(shí)支撐在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加一榀。

4.2 收斂變形較大

套拱施做完成后開(kāi)始暗洞掘進(jìn)，由于香溪隧道為強(qiáng)風(fēng)化千枚巖大三車道大斷面隧道，洞頂為坡積土，洞頂為公墓區(qū)，山頂有較多洞穴，開(kāi)挖后容易失穩(wěn)、坍塌、掌子面出現(xiàn)滑落，在這種不良地質(zhì)環(huán)境下隧道施工堅(jiān)持“先預(yù)報(bào)、管超前、短進(jìn)尺、早封閉、勤量測(cè)”的原則，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工（施工參數(shù)如圖一）。

自進(jìn)入暗洞開(kāi)挖后，隧道頻繁出現(xiàn)圍巖變形，初期支護(hù)開(kāi)裂，拱頂下沉等現(xiàn)象。當(dāng)開(kāi)挖至ZK117+600處時(shí)，隧道頂部位于香溪洞旅游公路，公路出現(xiàn)開(kāi)裂和下沉現(xiàn)象，洞頂?shù)乇沓霈F(xiàn)大量長(zhǎng)度2～7m不等寬度2～13mm的裂縫。經(jīng)設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場(chǎng)查看后，確定將ZK117+673～+655段原有襯砌形式變?yōu)閂X淺埋復(fù)合式襯砌，并每榀拱架拱腰打設(shè)5根φ50*5長(zhǎng)5m間距為50cm的注漿小導(dǎo)管，同時(shí)在原預(yù)留變形量基礎(chǔ)上增加10cm（原設(shè)計(jì)預(yù)留沉降量15cm）。在采取以上加固措施后，隧道內(nèi)初期支護(hù)噴射砼仍出現(xiàn)裂縫、掉塊、拱架變形等現(xiàn)象。

尤其是導(dǎo)洞施工至ZK117+555處時(shí)，主洞掌子面位于ZK117+560，鄰近幾日降雨，導(dǎo)洞、主洞掌子面均出現(xiàn)滲水，已經(jīng)施工段落初期支護(hù)出現(xiàn)不同程度的變形加劇，初期支護(hù)出現(xiàn)開(kāi)裂，拱架下沉嚴(yán)重，為保證施工安全，停止掌子面掘進(jìn)，對(duì)已經(jīng)掘進(jìn)ZK117+555的段落進(jìn)行臨時(shí)支撐，但導(dǎo)洞掌子面增加的臨時(shí)支撐嚴(yán)重變形失穩(wěn)，經(jīng)觀測(cè)下沉近45cm，現(xiàn)場(chǎng)又臨時(shí)增加φ108×6mm無(wú)縫鋼管支撐，也同樣出現(xiàn)下沉，鋼管變形彎曲。

在雨水過(guò)后，ZK117+620-555仍有不同程度的下沉變形，其中ZK117+607.5～+565變形更為嚴(yán)重，最大侵限為49.9cm，嚴(yán)重影響二襯厚度。

分析原因：

①隧道出口段埋深較淺，斷面大，圍巖破碎，開(kāi)挖后自穩(wěn)能力較差。

②隧道出口位于地表沖溝一側(cè)，常年飽水豐富，千枚巖具有微膨脹性，開(kāi)挖后含水量變化，致使圍巖極不穩(wěn)定。

處理方案：

ZK117+606.9～ZK117+555段由于初期支護(hù)變形、已侵入二襯，需換拱處理，處理方案為：

①停止掌子面掘進(jìn)施工，封閉掌子面，對(duì)隧道洞頂?shù)牧芽p用水泥漿灌注，然后用3：7灰土封口，對(duì)洞頂隧道軸線方向進(jìn)行觀察，對(duì)存在積水及時(shí)進(jìn)行排水。

②按照雙側(cè)壁臨時(shí)支護(hù)形式對(duì)ZK117+606.9～ZK117+555段進(jìn)行臨時(shí)加固，臨時(shí)加固采用I20b工字鋼、連接鋼板采用厚δ18mm、縱向采用I20b工字鋼連接。

③對(duì)侵限段每1m進(jìn)行段面侵限情況掃描，標(biāo)出斷面侵限部位，從ZK117+606.9向小樁號(hào)方向逐榀拱架侵限段進(jìn)行鋼拱架更換，從邊墻到拱頂逐段進(jìn)行更換，ZK117+606.9～ZK117+555采用φ50×5小導(dǎo)管對(duì)圍巖進(jìn)行注漿加固，小導(dǎo)管徑向布置，縱環(huán)向間距：1.2×1.0m。（其中ZK117+606.9～ZK117+569換拱采用I22b型鋼支護(hù)），連接筋設(shè)置與Ⅴ級(jí)淺埋相同；對(duì)于ZK117+575～ZK117+555段初期支護(hù)先進(jìn)行落底成環(huán)后，再進(jìn)行上斷面換拱處理，適當(dāng)加大預(yù)留變形量，每換拱完成10m后澆二襯砼，然后繼續(xù)下一段換拱處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

香溪隧道左線大跨度小間距千枚巖隧道的順利貫通，為三車道大跨度強(qiáng)風(fēng)化千枚巖隧道施工及施工過(guò)程中病害處理積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，根據(jù)幾次塌方處理，對(duì)大跨度強(qiáng)風(fēng)化千枚巖隧道施工和塌方處理也提出一些想法和建議：

①由于強(qiáng)風(fēng)化千枚巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎，圍巖自穩(wěn)能力差，且遇水后軟化為粉末狀，泥化呈淤泥狀。因此進(jìn)洞時(shí)間的選擇應(yīng)盡量避免冬雨季節(jié)，同時(shí)必須遵循先做排水再開(kāi)挖邊仰坡進(jìn)洞的原則。

②大斷面小間距強(qiáng)風(fēng)化千枚巖隧道施工時(shí)，左右洞應(yīng)保證已施工段落二襯完成后方進(jìn)行另側(cè)洞室的開(kāi)挖，且導(dǎo)洞與主洞掌子面距離不宜過(guò)大，應(yīng)控制在10m以內(nèi)為宜，以爭(zhēng)取及落底施做仰拱早成環(huán)，保證合理受力。

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