施工隧道穿越昔格達地層失效機制及對策

魏建貴　黃雙華　汪　杰（.中國建筑西南勘察設計研究院有限公司，四川　成都　6005；.攀枝花學院建筑與土木工程學院，四川　攀枝花　67000）

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施工隧道穿越昔格達地層失效機制及對策

魏建貴1黃雙華2汪杰2
（1.中國建筑西南勘察設計研究院有限公司，四川成都610052；2.攀枝花學院建筑與土木工程學院，四川攀枝花617000）

摘要：簡述了昔格達地層的特性，結合隧道穿越昔格達地層施工中的破壞案例，對其失效機制進行了分析探討，提出了保證隧道穿越昔格達地層施工的合理化建議，為工程后續施工的順利進行提供了參考。

關鍵詞：昔格達地層，隧道，含水率，掌子面

1　概述

昔格達地層作為攀西地區的一套半成巖，遇水軟化快和透水性差等特性導致昔格達地層不宜直接作為回填土和在其之上修建構筑物。但通過對該地層進行改性以及特殊的降排水措施后取得了較為滿意的結果，較為典型的工程案例有攀枝花學院的加竹筋三七灰土改性昔格達足球場高邊坡［1，2］和攀枝花機場滑坡治理［3-5］。2014年成昆鐵路復線正式開工，作為連接西部地區的重要鐵路樞紐，鐵路隧道施工又將在穿越昔格達地層面臨新的挑戰。

筆者通過對隧道在穿越昔格達地層施工過程中失效案例進行闡述，并對其失效原因進行分析，對昔格達地層隧道施工技術的弊端提出改進意見。

2　工程案例分析

2.1不同含水率昔格達試樣直剪試驗

筆者通過在試驗室配制不同含水率昔格達土體重塑試樣，土樣含水率分別為29.5%（飽和含水率），23%（最優含水率），11.5%以及5%（天然風干狀態下）。通過UU直剪試驗得出四組試樣在不固結不排水情況的粘聚力C和摩擦角φ，如表1所示。

表1　不同含水率的昔格達重塑試樣直剪試驗

從表1看出隨著含水率從29.5%降低至5%，昔格達重塑試樣的粘聚力C強度從2.3 kPa上升至62.56 kPa，由此可以看出含水率對昔格達地層粘聚力影響非常明顯，而粘聚力作為土體抗剪強度的重要參數，昔格達土體粘聚力隨含水率增加而驟降，這對昔格達土體抗剪產生較大的影響。而含水率的變化對內摩擦角φ影響較小，這是由于內摩擦角更多是由土體所含礦物顆粒成分本身所決定。

2.2隧道破壞案例

成昆鐵路復線米攀段的桐梓林隧道進口以及埡口隧道1號斜井地質概況顯示在洞口處的特殊巖土為第三系昔格達（N2x）地層，該地層成巖作用差，產狀平緩，陡傾節理發育，開挖后易風化剝落，遇水軟化成砂狀及土狀，水穩性差。施工中若排水不暢可能會產生圍巖變形、基底軟化，頂板易發生塌方、掉塊，甚至坍頂現象。

案例1：桐梓林隧道進口的整體破壞（見圖1，圖2）。分析隧道破壞的原因有如下幾點：1）隧道上覆第四系全新統滑坡堆積角礫土，坡殘積粉質黏土，下伏第三系昔格達組，巖土體松軟，自穩能力差；2）隧道右側已形成臨空面，在隧道施工前就存在偏壓及滑塌的隱患，隧道洞內開挖時的二次擾動造成公路上方巖土體滑塌的可能性增大；3）持續降雨導致隧道上方松散堆積體遇水軟化，降低拱頂圍巖的自穩能力，也是導致變形加劇的原因之一；4）施工工法的及時性與銜接問題，開挖過程中未能及時施作仰拱并封閉成環，以至于拱腳不均勻沉降，加劇初支結構局部應力集中而發生較大變形；5）隧道掘進方向20 m左右的上方民房處的垮塌，由于棚管充當了力臂的作用，隧道正前方土壓施加在棚管上，導致套拱的撕裂；6）此外由于昔格達土體滲透性較差，棚管管內注漿也并未取得較好的效果。

圖1　桐梓林隧道進口

圖2　隧道進口偏壓

案例2：埡口1號斜井掌子面失穩見圖3，圖4。該斜井在進洞之初施工狀況進展良好，當進入雨季施工后，隧道上方耕地內積水下滲，加之該斜井為反坡施工，滲水順著底板往隧道掌子面匯集，對掌子面底部巖體進行浸泡加劇圍巖軟化，導致掌子面巖體大面積垮塌。

圖3　隧道積水及掌子面垮塌

圖4　掌子面二次垮塌

3　結論及建議

昔格達地層作為第三系特殊巖土，該地層成巖作用差，開挖后易風化剝落，遇水軟化成砂狀及土狀，水穩性差等導致了該地層在隧道開挖的擾動以及地下水的作用下極易發生事故。針對上述隧道破壞案例，對后續昔格達地層隧道施工提出如下建議：

1）針對該地層透水性較差注漿困難的特點，建議在棚管注漿時適當增大注漿壓力，必要增設地表注漿。

2）加強鎖腳錨桿施工、及時施作仰拱并封閉成環，充分發揮聯合支護的作用，開挖過程中二襯緊跟，盡量縮短二襯與開挖掌子面的間距。

3）加強隧道施工監控量測，特別是洞內變形及地表沉降的監控量測，加密量測斷面和量測頻率，及時處理量測信息特別是位移信息，根據拱頂下沉和洞內收斂值、速度、加速度等信息判斷隧道的施工是否安全，并采取相應技術措施。

4）重視該地層隧道施工時候的防排水工作，兩側拱腳處布置縱向排水溝或排水盲管，利用斜井坡度將滲漏水匯集至集水井并排到洞外。

5）對于偏壓洞口，進洞之前采用增設抗滑樁、削坡減壓、堆載反壓以及增加偏壓一側洞壁支護強度以此保證洞身穩定。

6）在昔格達地層淺埋危險段施工時建議采用CRD法施工。

參考文獻：

［1］魏建貴，黃雙華，王偉，等.加竹筋三軸剪切及有限元對比試驗［J］.山西建筑，2014，40（1）：70-72.

［2］魏建貴.加竹筋三七灰土回填邊坡穩定性及非飽和滲流分析［D］.成都：西華大學碩士學位論文，2014.

［3］李天斌，劉吉，任洋，等.預加固高填方邊坡的滑動機制：攀枝花機場12號滑坡［J］.工程地質學報，2012，20（5）：723-731.

［4］張金航.高填方邊坡變形破壞機理及防治對策研究——以攀枝花機場12#滑坡為例［D］.成都：成都理工大學碩士學位論文，2010.

［5］魏建貴，黃雙華，汪杰.高臨空抗滑樁樁間土回填施工穩定性分析［J］.四川建筑科學研究，2014，40（5）：174-177.

The failure mechanism and countermeasures of construction tunnel through the Xigeda stratum

Wei Jiangui1Huang Shuanghua2Wang Jie2
（1.China Construction Southwest Survey and Design Institute Limited Company，Chengdu 610052，China；
2.Architecture and Civil Engineering Institute，Panzhihua College，Panzhihua 617000，China）

Abstract：This paper elaborated the features of Xigeda stratum，combining with the damage case of tunnel through the Xigeda stratum construction，analyzed and discussed its failure mechanism，put forward the rationalization proposal to ensure the tunnel through the Xigeda stratum construction，provided reference for the subsequent construction smoothly.

Key words：Xigeda stratum，tunnel，moisture content，tunnel face

中圖分類號：U455

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0164-02

收稿日期：2015-12-16

作者簡介：魏建貴（1988-），男，碩士；黃雙華（1957-），男，碩士，教授；汪杰（1987-），男，碩士，講師