雞口山隧道塌方處理與超前地質預報技術的應用

鄒永艷，崩建平，黃功偉

(湖北省交通規劃設計院)

雞口山隧道塌方處理與超前地質預報技術的應用

鄒永艷，崩建平，黃功偉

(湖北省交通規劃設計院)

針對雞口山隧道地質復雜、斷裂破碎帶多、巖溶發育及施工過程中多次出現塌方、涌水情況，介紹了雞口山隧道塌方處理方法，超前地質預報技術在施工和動態設計中的應用。

塌方;超前地質預報;動態設計

1 工程概況

雞口山隧道是湖北杭瑞高速公路的重點控制性工程，隧道設計為分離式隧道，左洞起訖樁號為ZK81+920～ZK84+889，長2 969 m，右洞起訖樁號為 YK81+923.5 ～YK84+907.5長2 984 m，設計行車速度為100 km/h。隧道左、右洞凈距為22～35 m，穿過的山體地形起伏較大，最大埋深319 m。

2 工程地質、水文地質

2.1 工程地質

雞口山隧道處于構造溶蝕～剝蝕低山區坑口背斜北翼，背斜北翼發育四組節理，巖體被切割呈碎塊狀。隧道區地表可見3條斷裂，分別為F15-1、F15、F16。3條斷裂均為早期的EW向斷裂，以張扭性為特征，破碎帶寬15～30 m，傾向350～15°，傾角一般72～82°，后期有硅質熱液充填，并在斷裂旁側形成劈理帶，造成巖體極為破碎。詳勘物探推測3條斷裂，分別為 F-1、F-2、F-3。

隧道區地層巖性為志留系下統新灘組(S1x)頁巖，奧陶系上統龍馬溪組(O3S1l)炭質頁巖，奧陶系下統南津關組(O1n)厚層狀白云質灰巖，寒武系石龍洞組(∈1sl)白云巖、粉砂質頁巖。

2.2 水文地質

隧道區的地下水主要為基巖裂隙水、巖溶水。

基巖裂隙水賦存于頁巖、炭質頁巖的風化裂隙中，主要接受大氣降水、上覆層下滲等方式補給;巖溶水賦存于寒武系、奧陶系灰巖、白云巖層中，受層間裂隙、節理、斷層及溶蝕洞穴發育程控制，巖溶發育段水量豐富。在隧道進口2～2.5 km附近出露多個較大巖溶泉，泉口高程高出隧道進口25 m左右。其中在隧道進口左側2.5 km楊畈處一巖溶泉冬季流量約0.5 t/s，夏季流量約1.5 t/s，進口右側約2 km大孟處一帶有四個溶泉，冬季一般約0.1 t/s左右。在隧道近出口有巖溶泉出露，泉口標高約220 m，泉流量約0.8 L/s。

3 隧道塌方處理

3.1 塌方位置及規模

雞口山隧道巖溶發育，受斷裂破碎帶影響，圍巖破碎。施工期間圍巖復雜多變，掌子面處多次發生不同程度的塌方。主要塌方及規模如表1。

表1 雞口山隧道施工期間主要塌方一覽表

3.2 塌方處理

塌方處理以“先穩后穿”的理念進行。在處理隧道塌方之前，先穩定塌方體及塌方影響段已施工的初期支護。

穩定塌方體主要采用隧道洞渣進行反壓回填，并以此作為塌方處理開挖的施工平臺。塌方影響段處理根據已施工的初期支護變形情況，二次襯砌離塌方處的距離進行綜合確定。在本隧道塌方處理中，塌方影響段5～10 m的初期支護采用18工字鋼進行環向或豎向井子型臨時支撐，初期支護采用小導管徑向注漿加固，確保塌方處理過程中后方支護的安全。

塌方處理時，對塌方體采取大外插角單層或雙層超前小導管進行注漿加固，注漿加固后，采用三臺階法進行施工，以“強支護，短進尺，局部弱爆破”進行穿越塌方體。對于塌方規模小、無水地段，采用單層外插角30°的超前注漿小導管進行注漿加固;對于塌方規模大、塌方體內涌水地段，采用雙層超前注漿小導管進行注漿加固，外層注漿小導管外插角為30°～45°，用于固結塌方體和堵水，內層外插角10°，用于增加超前支護的剛度，內、外層小導管梅花型布置。小導管均采用 φ42 ×3.5 mm，長4.5 m 鋼花管，縱向間距2 ～2.5 m，環向間距0.4 m;小導管注漿材料無水地段采用純水泥漿，涌水地段采用水泥漿、水玻璃雙液漿;注漿初壓0.5～1 MPa，終壓1.5 MPa。塌方區雙層注漿小導管設計見圖1所示。

塌方體范圍內初期支護采用18或20b工字鋼，工字鋼縱向間距0.5 m，開挖進尺每循環控制在0.6 m以內，并加大開挖預留變形量至15～20 cm，二次襯砌采用60 cm厚C25鋼筋混凝土。

圖1 塌方區雙層注漿小導管縱面布置示意圖

4 超前地質預報及動態設計

雞口山隧道地質復雜、巖溶發育，并穿過多條斷裂破碎帶，通過超前地質預報，可及時預測前方地質情況，調整隧道支護參數和施工方法，避免隧道施工過程中突水、突泥事故的發生，減少圍巖突變及斷層破碎帶地段塌方的發生。

雞口山隧道采用地質雷達TRT物探，RPD-150C多功能快速鉆機超前鉆探。施工過程中以TRT物探為主，每次探測長度為50～150 m，通過對收集到的各類地震波信號的綜合分析處理，繪制出三維全息巖土地質結構圖像。施工時根據地質預報成果，對掌子面前方地質異常地段及時調整施工方案，減少了隧道塌方事故的發生。

超前鉆探的段落為ZK84+915～ZK84+004，該段圍巖受出露地表斷層F15和詳勘階段物探推測斷層F-2影響，圍巖破碎，詳勘鉆探時地下水位高于隧道設計標高達35 m。該段地質縱斷面見圖2所示。

圖2 左洞斷裂破碎帶發育地段縱斷面圖/m

2010年7月31日，當隧道掌子面施工至ZK84+004時，掌子面圍巖為碎裂狀強風化白云質灰巖與深灰色中風化白云質灰巖互存，局部巖體表面鐵質浸染，結構面呈褐黃色;節理、裂隙發育，右側節理裂隙張開3～5 mm，有泥質充填;受結構面切割，圍巖較破碎，多呈碎塊狀、塊狀鑲嵌狀結構，圍巖自穩能力差，掌子面及拱頂掉塊時有發生。掌子面地下水較發育，上部較潮濕，右側底部有一股狀涌水，水質較清澈，初略估計總涌水量約5～10 L/s。

該段施工圖設計采用超前帷幕注漿進行超前支護。考慮超前帷幕注漿施工工序復雜，施工周期長，工程造價高，其一般用于高承壓水地段。為確定該地段圍巖破碎程度及巖溶發育情況，采用了“RPD-150C多功能快速鉆機”進行超前水平鉆探。鉆孔數量1個，即ZK1，鉆孔位置示意圖如圖3所示。

圖3 ZK84+004掌子面超前水平鉆探鉆孔位置示意圖

超前水平鉆孔深度89 m，在鉆進過程中儀器自動生成“鉆速及破壞能”曲線圖。根據鉆進過程記錄及鉆探成果資料，綜合推斷出該段圍巖掌子面前方無高承壓水，掌子面多處存在軟弱夾層及巖溶填充物。根據超前地質預報成果，現場變更取消了施工圖設計的超前帷幕注漿加固方案，采用雙層超前注漿小導管注漿進行加固，在施工過程中未發生塌方和突泥事故，節約隧道工程造價，并加快工程施工進度。

5 小結

不良地質及巖溶發育地區隧道的修建，在施工過程中容易發生塌方及涌水、突泥事故，特別是當掌子面圍巖突變時，難以引起施工人員的警覺，導致隧道發生塌方，嚴重時出現工程事故。通過超前地質預報，施工人員可預先了解掌子面前方圍巖情況，在開挖、支護過程中提前采取相應的處理手段，減少施工過程中塌方發生，避免塌方產生人員傷亡事故。

小導管注漿施工速度快，布設靈活，質量容易控制，在處理塌方過程中應用廣泛。地質雷達預報速度快，對隧道施工進度影響小，對施工具有指導作用。

［1］重慶交通科研設計院.公路隧道設計規范(JTG D70-2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］交通部重慶公路科學研究所.公路隧道施工技術規范(JTJ042-94)［S］.北京:人民交通出版社，1995.

U442

C

1008-3383(2013)03-0116-02

2012-09-13

鄒永艷(1978-)，男，工程師，主要從事公路隧道勘察、設計工作。