杉坡嶺隧道初支變形原因分析及綜合治理

王曉馳

(中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東青島 266000)

1 概述

新建鐵路玉林—鐵山港線隧道施工過程中，遇到了洞頂地表沉降，洞內塌方、初期支護變形等難題。工程從環境影響、施工控制、經濟比選等方面入手，理論分析洞頂地表沉降，洞內塌方、初支變形原因，并提出切實可行的綜合治理辦法，取得了很好的效果。

2 工程概況

杉坡嶺隧道位于廣西玉林市博白縣徑口鎮與博白鎮交界處，距離縣城8 km。隧道中心里程DK35+586.5，進口里程DK34+640，出口里程DK36+533，單線，全長1 893 m。隧址覆蓋層為粉質粘土，棕紅色，硬塑，1 m～3 m，下伏基巖為:全風化礫巖，棕紅色，鈣泥質膠結，原巖完全破壞，巖石風化成土狀夾40%礫石。下層弱風化礫巖為棕紅色間灰白色，鈣泥質膠結，巖層呈柱狀。本隧道處于華夏—新華夏構造體系，無斷裂發育，地層產狀平緩，近于水平。隧道無地表水發育，隧道范圍地下水類型主要以基巖裂隙水為主，由于本線所經區域降雨量充沛，在雨季基巖裂隙水補給充裕，隧內滲水、透水性強，場地地下水被二氧化碳侵蝕，化學作用等級為H1級。本隧道不良地質主要是巖層破碎，風化程度高，雨季滲水、透水性強，在隧道開挖過程中掌子面巖石易于崩落或坍塌，隧內有涌水。本隧道均為Ⅴ級圍巖，隧道暗挖段設計均采用復合式襯砌，明挖段采用明洞襯砌，襯砌斷面均為曲墻帶仰拱的結構形式。其中DK34+710～DK34+720段上部圍巖為礫巖，開挖過程中涌水量大，拱頂局部掉塊，圍巖自穩能力極差。經2011年5月30日變更設計會議紀要確定:將該段初支形式由原設計格柵鋼架間距0.8 m變更為Ⅰ16鋼架，間距0.6m，超前預支護為雙層φ42超前小導管，縱向間距0.6 m，每根長度3 m，導管環向間距40 cm，每環24根，該段已按會議紀要施工完畢。

3 塌方變現事情經過

1)塌方。2011年6月26日在DK34+707正洞上地表處出現塌方，塌方面積長寬各4 m，深3.8 m。

2)初支變形。2011年6月26日發現杉坡嶺隧道DK34+700拱頂A單元出現環向裂縫、DK34+705～DK34+707邊墻AB銜接處出現縱向裂縫、DK34+716拱頂A單元出現環向裂縫，其中裂縫最大寬度4 mm，通過監控量測發現:DK34+711凈空收斂累計達到34.4 cm，拱頂沉降量累計達到7.9 cm，DK34+716凈空收斂累計達到6.4 cm，拱頂沉降量累計達到8.8 cm，且已支護的邊墻鋼架局部有變形，掌子面與初支滲水量較大。

4 原因分析

1)時間因素的力學效應。時間因素對巖體的變形特征有多方面的影響，最重要的是不變荷載長時間作用下產生的徐變現象。松散礫巖具有不穩定徐變特性，巖體的非勻質性較顯著，在外力作用下易引起應力集中，使某部分最先發生塑性變形，同時將應力傳遞到相鄰部位，逐漸造成巖體的塑性變形。因此，隨著時間的增長，變形逐漸增大，造成圍巖坍塌。圍巖的不穩定徐變和時間的累積是隧道此段塌方、初支變形的原因之一。

2)雨水的影響。近期連續暴雨，雨水的滲入使土體飽和，土石分界面形成一個積水滑動面并產生浮力及動水壓力，分界面抗剪強度大大降低，加劇了開挖巖體滑塌過程。

3)圍巖軟弱。杉坡嶺隧道圍巖于DK34+705處開挖揭示的地層上部為褐紅色礫巖，巖體尚未膠結，巖質較松散軟弱;下部為砂質泥巖，已膠結成巖，巖體節理裂隙稍發育。由于砂質泥巖的相對隔水性，使上部礫巖在雨后易形成水量較大的上層滯水。當隧道開挖揭示上層滯水時，隨著上層滯水的迅速排泄、滲透，引起礫巖中細顆粒的流失而發生地面變形塌陷，同時也增加了隧道圍巖的壓力。

4)施工控制不力。DK34+710～DK34+720段于2011年5月30日已經變更，該段雖已按會議紀要施工完畢。但對圍巖監控量測頻率未加強，導致未能及時反饋信息指導施工，致使出現隧道坍塌和初支變形。

5 處理措施

根據以上原因分析和現場實際情況，采取以下治理措施。

1)DK34+698～DK34+718段全環范圍圍巖采用φ42小導管雙液注漿，注漿采用SL-669單液型止水劑，與水泥、水的重量比采用1∶5∶5，徑向注漿長度為 4 m，環、縱向間距為 0.8 m ×0.8 m，注漿前需用Ⅰ16工字鋼架施作臨時支架，鎖腳錨桿固定，間距0.8 m/榀。2)DK34+707隧道地表塌方處用粘土分層夯填至原地表。3)DK34+700～DK34+716段因鋼架B，C單元已變形，需測量是否侵限，若侵占二襯部分必須進行更換，每次只能更換一榀鋼架。更換后的鋼架鎖腳錨桿改為φ42鎖腳注漿錨管。4)注意事項。a.加強洞內排水，保證仰拱邊墻腳不積水。b.加強警戒，禁止人員進入變形段，掌子面禁止施工。c.加強洞內外的監控量測頻率。

6 坍塌變形段處理效果

該段經過以上處理后，地表沒有沉陷現象發生，洞內初支變形段換拱順利完成，完成的襯砌混凝土也沒有出現裂縫等任何安全質量問題。事實說明采取的處理措施行之有效。

7 經驗教訓

通過對杉坡嶺隧道洞頂塌方、洞內初支變形原因的分析和對該段的處理，現將感受及經驗總結如下:1)對軟弱圍巖地段，要特別注意客觀因素對圍巖變形的影響。其中在雨季要提前覺察易受雨水侵害地段，及早進行防范，及早采取工程措施，減少水害對隧道施工的影響。2)注重小導管注漿加固作用，對處理塌方安全可靠，是一種有效而經濟的塌方處理方法。3)圍巖較差隧道施工必須遵循“短進尺、強支護、早封閉、快襯砌”的原則，縮短安全距離，盡早成環。模筑混凝土后應及時壓漿，使圍巖與支護接觸完全，以減少圍巖擾動，將圍巖變形嚴格控制在允許范圍內。4)加強和重視圍巖監控量測，將其納入關鍵工序化管理。監控量測組負責日常監控量測的全權工作，對監控量測所采集的數據負責，當天采集的數據當天必須處理完，經分析、處理的數據資料作為工程資料存檔。監控量測如發現地表沉降、拱頂下沉、凈空變化或其他項目出現變形每天大于5 mm或異常情況時，監控組負責人應及時將情況向隧道工程師、總工程師、設計院專冊等逐級詳細匯報以便采取相應措施。