近距離裂隙帶對隧道施工質量控制的影響分析

陳思曉

（福建省交通建設質量安全中心，福州 350001）

0 引言

隨著國家路網建設的逐漸完善， 在復雜地質環境里建設橋隧工程已經成為所有建設者都要面臨的課題。 公路隧道多建設于山嶺中，存在著隱蔽性強、地質條件復雜多變、勘探不徹底等諸多不確定性因素，給工程施工建設帶來安全隱患，是工程質量監督管理的難點，尤其近距離裂隙密集帶等不良的地質條件， 對隧道工程安全施工及管理的影響更顯突出。裂隙帶內節理發育，巖土體較為破碎，是控制隧道圍巖變形破壞的主要軟弱結構面，一般蘊藏著豐富的地下水，極容易引發隧道突泥、塌方等事故。裂隙帶與隧道間距越小，越容易引發問題，給隧道設計和施工帶來了挑戰， 也給質量安全監督工作提出了更高的要求。 因此，基于復雜地質條件下隧道圍巖受力特點，對建設過程中各種不利影響因素進行分析， 研究施工方案的調整，可為工程質量監督管理提供技術支撐，具有一定的理論意義和工程實踐價值。

目前，國內外專家學者采用數值仿真、模型試驗、現場監測等手段進行了大量的類似工程研究[1-5]。然而，由于隧道所處的工程地質條件、施工環境等的不同，過程質量控制技術也存在差異。本文依托公路隧道工程實例，分析近距離裂隙帶對隧道施工質量的影響， 并提出可靠有效的現場管理技術手段， 可供今后類似工程的施工及質量監管提供有益借鑒。

1 工程概況及地質條件

福建某隧道建設于既有隧道左側， 全長2.67km，單孔雙車道，內跨度11.06m，凈高9.43m。 隧道位于低山丘陵山坡地帶， 其表層覆蓋坡殘積粉質黏土、 粉質粘化體（孤石），洞身圍巖為全、強、中風化凝灰熔巖。隧道區域內發育的地質構造，樁號從ZK8+455 至ZK9+425，長度約970m。 鉆探揭露為一裂隙密集帶，與擬建隧道斜交，裂隙帶與拱頂巖層厚最小處僅0.8m 且走勢向下。裂隙帶內巖石破碎，裂隙發育，圍巖等級主要為Ⅲ～Ⅳ級，部分極破碎帶為Ⅴ級圍巖。洞身地下水主要聚集在裂隙密集帶附近，地下水位標高均高于路面設計高程， 尤其洞身圍巖裂隙較發育處，完整性較差，巖層透水性強。

2 圍巖荷載

隧道的圍巖壓力分為兩種類型， 松弛壓力和形變壓力。在多數隧道中，圍巖的強度均比應力重分配產生的應力大， 因此， 大部分的隧道圍巖壓力只有松弛壓力的問題。在裂隙圍巖里，松弛壓力主要受到不連續面方向的控制， 開挖過程和支護結構的施設過程也會對松弛應力產生影響。松弛壓力是一個隨機的物理力學現象，其基本形態多是局部的，不對稱的，具有很大的不均勻性，因此很難用解析方法求解，一般采用經驗方法推定[6]。

在裂隙帶圍巖下開挖隧道， 破壞了原始結構面的性質，導致巖塊滑動、掉落、松弛等現象，塌方就是這類圍巖破壞最直接的表現形式。 通過工程實例分析可知， 在Ⅳ級、Ⅴ級圍巖中，塌方多為局部塌方，亦佐證了荷載作用是局部作用且不對稱的。因此，近距離裂隙帶下開挖的隧道受力情況難以準確確定， 給工程安全建設帶來較大的不確定性。

3 因素分析

（1）設計方案

隧道結構設計采用新奧法， 即充分利用圍巖的自我承載力，達到支護體系和圍巖共同承擔荷載。復合式支護的各項支護參數根據隧道的地質條件， 采用工程類比和理論分析相結合的方式確定。工程類比法普遍性強，但是針對特殊的地質條件，適用性不強，需要結合地質超前預報，及時進行圍巖級別的調整，并對支護方案進行實時優化。

（2）地質條件

隧道區域內發育的地質構造較多處， 裂隙密集帶距離拱頂巖層最小厚度僅0.8m，并且走勢向下。 圍巖的完整性差且強度不高，圍巖等級多為Ⅳ～Ⅲ級，極破碎處為Ⅴ級。裂隙密集帶中巖層的富水性比較強，地下水削弱隧道圍巖主要軟弱結構面的承載力， 導致洞身開挖時易發生地下水滲漏、涌水。富水區粉質粘化體亦遇水容易化成稀泥，極大地降低土體的c、φ 值，使得巖土體不再具備承載能力，繼而造成坍塌。 因此，不良的地質情況是影響隧道建設的一個重要因素。在進行隧道建設前，對隧道沿線的地質條件勘探盡量完整、準確，遇到裂隙帶等不良地質段需加密勘測點。 施工過程中，重視超前預報的數據，對于前方未可見的不良地質要提前預警， 及時作出設計及施工技術措施的調整，對施工質量進行全程控制。

（3）控制技術

開挖方式采用爆破掘進技術，爆破當量過大，進尺過大， 或是支護架設不及時或不當等情況均會造成圍巖松動，從而導致隧道的坍塌，施工質量控制難度大。因此，在掘進過程中，合理的施工步驟是安全施工的重要環節，尤其對于裂隙破碎帶， 一般應根據開挖斷面大小采用合適的施工步驟和相應的質量控制技術。

4 質量控制

隧道開挖行進至裂隙帶與隧道拱頂距離最小處，圍巖受到擾動， 產生松動壓力， 巖層的承載力快速達到極值，出現了局部坍塌，右側拱腰出現小溜方。 塌方體以黏土為主，少量為強風化巖。此處隧道洞身圍巖為全、強、中風化凝灰熔巖，與超前地質預報顯示的地質情況相符。隧道局部塌方位置詳見圖1。

圖1 局部坍塌位置圖

根據隧道塌方的位置和工程量等情況， 對設計及施工技術措施進一步調整，實現對其過程質量的控制：

（1）噴漿封閉塌腔：塌腔體上部噴射20cm 厚混凝土對操作面進行封閉， 下部反壓足量的片石并噴射10cm厚混凝土。

（2） 架設注漿導管： 塌方口處架設3 根Φ108mm×6mm 的導管，鋪設Φ8mm 鋼筋網，間距20×20cm，塌腔體上部復噴20cm 混凝土。

（3）填充塌腔體：通過Φ108mm×6mm 厚的導管向塌方體泵送1:1 水泥砂漿，順序先泵送長管后短管。

（4）小導管注漿補強：補打6mΦ42mm 超強小導管，注水泥漿（水灰比：1:1，注漿壓力0.5～1.0MPa），環向間距40cm，施打范圍需超出塌方區不小于1m。

（5）增強支護：同段隧道圍護等級提升一級，網噴混凝土厚度由原來的24cm 調整成26cm，3.5m 長的空注漿錨桿布置由之前的70×100cm 加密布置成50×80cm。超前小導管按每1m 一個循環施工。

對隧道設計及施工技術措施進行優化實施后， 該隧道右側拱腰不再出現局部坍塌，在進行增強支護后，依據“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測、二襯緊跟”的原則，施工順利通過該裂隙密集帶，隧道施工質量得到有效控制。

5 結論

（1）裂隙帶圍巖所受的松弛應力受其不連續面方向的影響，具有較大的不均勻性和隨機性，其基本形態多為局部、不對稱的，造成在裂隙帶下開挖隧道出現的塌方多為局部塌方。

（2）復雜地質條件下，隧道施工應加強地質超前預報，全過程進行監測，嚴格控制開挖過程，并完善各類施工預案，以保證隧道施工質量與安全。

（3）隧道施工出現局部塌方應及時封閉塌腔，利用注漿導管對塌腔進行注漿補強，可以遏制塌腔的擴展。從實踐效果來看，該措施是行之有效的，可為類似隧道工程的質量控制提供借鑒。