某山區(qū)鐵路隧道不良地質(zhì)災(zāi)害分析及治理

蘇大海 倪振強(qiáng)

（聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院，山東 聊城252000）

隨著基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)以及我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷走出國門，鐵路隧道建設(shè)進(jìn)入了一個高峰期。隧道洞口以及掌子面部位發(fā)生滑坍是鐵路隧道中經(jīng)常出現(xiàn)的問題之一。由于土體較為疏松且需要承受較大荷載作用，在隧道施工以及外界環(huán)境因素?cái)_動作用下，洞口及掌子面部位容易發(fā)生活動與坍落。因此，有必要對鐵路隧道的一系列不良地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行分析。

以老撾人民共和國境內(nèi)某單線鐵路隧道為研究對象，詳細(xì)分析了洞口及掌子面發(fā)生滑坍原因，對隧道建設(shè)過程中可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)災(zāi)害問題提出了治理措施，為我國在隧道建設(shè)和不良地質(zhì)災(zāi)害的理論和技術(shù)創(chuàng)新方面給予一定的幫助和指導(dǎo)。

1 工程概括

1.1 工程實(shí)例概況

隧區(qū)屬于構(gòu)造剝蝕中低山地貌，地面高程323-390m，相對高差大于60m，坡面植被發(fā)育。隧區(qū)上覆蓋第四系全新統(tǒng)統(tǒng)坡洪積粉質(zhì)黏土、坡殘積層粉質(zhì)黏土、下伏基巖為石炭系板巖、碳質(zhì)板巖。松軟土（粉質(zhì)黏土）主要分布于D2K175+375-385 段，粉質(zhì)黏土分布于測區(qū)斜坡地帶，此外局部稍厚、板巖夾砂巖、碳質(zhì)板巖分布于測區(qū)內(nèi)，節(jié)理裂隙發(fā)育，質(zhì)較軟。隧道可能存在瓦斯等有害氣體，順層偏壓等不良地質(zhì)地段，特殊巖土為松軟土。隧道總長246m，其中Ⅴ級圍巖246m，明洞20m；鑾山隧道總長158m，均為Ⅴ級圍巖；相嫩一號隧道總長767m，Ⅳ級圍巖260m，Ⅴ級圍巖507m。

測區(qū)地表水為山間槽谷流水，受大氣降水補(bǔ)給，地表水不發(fā)育，水流流量受季節(jié)及降雨影響明顯，大部分楠堪河排泄，部分沿基巖裂隙下滲補(bǔ)給地下水。土層孔隙潛水主要賦存于溝槽土體內(nèi)，水量不大。

1.2 工程簡介

該隧道道位于老撾民主共和國境內(nèi)，為單線隧道，進(jìn)口里程為D2K175+404 出口里程為D2K175+650，全長246m。最大埋深47m，進(jìn)出口均為路基，線路坡度為人字坡，隧道洞內(nèi)線路坡度為單面下坡，坡度大小為7‰。隧區(qū)構(gòu)造屬剝蝕中低山地貌，地形起伏較大，穿越有害氣體、松軟土等不良地質(zhì)地段，不良地質(zhì)段等施工為本隧道重點(diǎn)和難點(diǎn)。

該隧道設(shè)計(jì)為單洞，里程為D2K176+560～D2K176+718，全長158m，最大埋深43m，隧道洞內(nèi)線路坡度為單面下坡，線路坡度 為7‰。隧 道D2K176+585、881 ～D2K176+718 段，長 度132.119m 位于半徑R=2500m 的左偏曲線上，其余地段均為直線。另一個隧道里程為D2K176+993～D2K177+777。一號隧道全長784 米，最大埋深45m，隧道洞內(nèi)線路坡度為單面下坡，線路坡度為7‰（784m）。全隧除D2K176+993～D2K177+235.849 段242.849m 位于半徑R=2500m 的左偏曲線上，D2K177+527.569～D2K177+777 段249.431m 位于半徑R=3500m 的右偏曲線上外，其余地段均為直線。

2 隧道施工方案

2.1 圍巖爆破設(shè)計(jì)

本工程將選用2#巖石乳化炸藥，每節(jié)直徑為32mm、長度為20cm、重0.20kg。為了充分發(fā)揮圍巖的自承能力，減輕對圍巖的振動破壞，隧道開挖采用微振動控制光面爆破技術(shù)。

2.2 Ⅳ級圍巖爆破掘進(jìn)參數(shù)

單線隧道正洞Ⅳ級圍巖，上下臺階法爆破，循環(huán)進(jìn)尺均為2.5m，統(tǒng)一采用圖示的掏槽形式和光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)。

圖1 Ⅳ級圍巖上臺階炮眼布置圖

上部臺階開挖面積31.95m2，計(jì)劃循環(huán)進(jìn)尺2.5m，一循環(huán)開挖數(shù)量79.88m3，采用一般爆破開挖，炮孔密度2.69 孔/m2;

圖2 Ⅳ級圍巖下臺階炮眼布置圖

下部臺階開挖面積28.15m2，計(jì)劃循環(huán)進(jìn)尺2.5m，一循環(huán)開挖數(shù)量70.38m3，采用一般爆破開挖，炮孔密度1.85 孔/m2;鉆孔前，測量人員要用紅油漆準(zhǔn)確繪出開挖面的中線和輪廓線，標(biāo)出炮孔位置，其誤差不得超過5cm。裝藥需分片分組按炮孔設(shè)計(jì)圖確定的裝藥量自上而下進(jìn)行，雷管要“對號入座”。裝藥時爆破員要對炮孔的孔位、深度進(jìn)行檢查，對不合格的應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)鉆。盡量減少裝藥量，炸藥單耗控制在設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)。

3 不良地質(zhì)災(zāi)害分析

3.1 不良地質(zhì)災(zāi)害狀況

據(jù)施工單位提供素朗村隧道出口上臺階掌子面里程為D2K175+606。現(xiàn)場勘察時，掌子面拱部已發(fā)生溜坍，溜坍物為全～強(qiáng)風(fēng)化板巖，呈碎塊石、土狀，灰黃、褐黃色，溜坍量約60～70m3，初支輪廓線外形成空腔，空腔縱向4～5m，寬約7m，高約2～3m，腔壁無水。對洞口進(jìn)行現(xiàn)場核對，素瑯村隧道出口上臺階掌子面里程為 D2K175+588， 左側(cè)下臺階里程為D2K175+609，右側(cè)下臺階里程為D2K175+602。掌子面巖性為板巖，灰色，薄-中厚層狀，巖層傾向掌子面右側(cè)傾角約80。形成6m×2m×3m（長×寬×高）空洞，洞內(nèi)溜坍量約36m3。

表1 裂縫詳情描述表

一段時間后地表下沉形成凹坑，凹坑尺寸約10m×5m×4m（長×寬×高）凹坑；地表開裂下沉，形成約10m×5m×4m（長×寬×高）凹坑。

3.2 不良地質(zhì)災(zāi)害分析

隧道位于構(gòu)造剝蝕中低山地貌，隧區(qū)上覆蓋第四系全新統(tǒng)統(tǒng)坡洪積粉質(zhì)黏土、坡殘積層粉質(zhì)黏土。隧道出口段土層及基巖全，圍巖穩(wěn)定性差，且隧道埋深淺，施工過程中支護(hù)不當(dāng)或不及時是發(fā)生坍方、冒頂?shù)闹饕颉?/p>

3.2.1 洞身工程地質(zhì)條件差，圍巖自穩(wěn)能力低，施工過程中對隧道進(jìn)行爆破后施工人員沒來得及進(jìn)行初期支護(hù)即發(fā)生坍塌。

3.2.2 設(shè)計(jì)過程中未能準(zhǔn)確判斷隧區(qū)地質(zhì)條件，在爆破前沒有充分考慮不良地質(zhì)對隧道的影響，導(dǎo)致在圍巖分級、支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)以及開挖進(jìn)尺要求等不合理

4 治理措施

4.1 第一處滑坍處理方案

對掌子面處地表區(qū)域設(shè)置警示帶進(jìn)行隔離防護(hù)，防止地表塌陷發(fā)生意外。采用渣土反壓掌子面和用C25 噴射混凝土對隧道內(nèi)壁進(jìn)行封閉，掌子面前方空腔體埋設(shè)2 根泵送砼管，泵送C20 混凝土將腔體回填滿，對不良地質(zhì)體進(jìn)行加固。

4.2 第二處滑坍處理方案

4.2.1 在掌子面處地表區(qū)域設(shè)置警示帶進(jìn)行隔離防護(hù)，洞內(nèi)撤離人員和設(shè)備暫停作業(yè)，防止地表塌陷發(fā)生意外。區(qū)段D2K175+625～D2K175+588 段初期支護(hù)增設(shè)Φ42 鋼花管徑向注漿加固，單根長4.5m，間距1.2m×1.0m（環(huán)向×縱向）布置，注漿采用水泥漿，水灰比0.8～1：1，注漿壓力為0.8～1.5Mp，注漿完成后沿線路縱向按間隔5m 鉆孔取芯觀察注漿是否飽滿，否則應(yīng)補(bǔ)注漿。

4.2.2 D2K175+593 處設(shè)置一環(huán)Φ89 大管棚超前支護(hù)，環(huán)向間距04m，每環(huán)27 根，單根長30m。D2K175+588～D2K175+568段20m 段設(shè)置全環(huán)I18 型鋼鋼架加強(qiáng)支護(hù)，鋼架間距為0.5m，每處鎖腳錨管調(diào)整為4 根。加強(qiáng)地表位移與隧道洞內(nèi)監(jiān)控量測，發(fā)現(xiàn)異常及時上報(bào)處理。待D2K175+588～D2K175+568 段二襯施工完成后，地表陷坑采用粘土夯填至原地面。

5 結(jié)論

5.1 該山區(qū)所發(fā)生地質(zhì)狀況在工程施工中較為常見，處理措施為隧道出口段土層及基巖全、圍巖穩(wěn)定性差，且隧道埋深淺，施工過程中支護(hù)不當(dāng)或不及時易發(fā)生坍方、冒頂?shù)裙こ虇栴}提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

5.2 注漿加固過程中，應(yīng)注意注漿前后20m 范圍內(nèi)支護(hù)變形量測，防止坍方，確保施工安全。

5.3 注漿加固后應(yīng)沿線路縱向間隔5m 取芯觀察注漿是否飽滿。施工期間監(jiān)控量測出現(xiàn)異常，應(yīng)及時上報(bào)參建各方，由參建各方現(xiàn)場會勘確定處理措施。