隧道淺覆土下穿水庫施工及塌方防治技術研究

翁賢杰，張新宙

（1.江西交通咨詢有限公司，江西 南昌 330008；2.江西省高速公路投資集團有限公司撫州管理中心，江西 撫州 344000）

隨著交通強國建設的推進和發展，修建隧道的數量大幅增加，隧道下穿既有水庫、河道等情況日漸增多。目前關于隧道下穿水庫工程的涉及和施工有一定的研究，周冠南等[1]針對水庫滲流對淺埋暗挖隧道施工影響的問題，采用數值模擬研究了水庫水滲流對隧道穩定性；孔繁越[2]以廣昆鐵路秀寧隧道為背景，對注漿加固的效果進行評價，提出了下穿水庫的施工方案；宋藝[3]研究了地鐵區間淺覆土下穿水庫的基底控制、基巖孤石處理和結構防水等問題的處理措施；文獻[4-7]研究了山嶺隧道淺埋段塌方冒頂的治理方案。目前針對公路隧道淺覆土條件下穿水庫的施工技術研究相對較少。本文以蓮花隧道工程為例，基于安全可靠、經濟合理的原則，提出了隧道淺覆土條件穿水庫的綜合施工技術。

1 工程概況

蓮花隧道起點位于萍鄉市湘東區白竺鄉柘村東風自然村附近，終點位于蓮花縣六市鄉埡塢村源里自然村附近，為雙線分離式隧道，左右線起止樁號為ZK 35+035～ZK38+245/YK35+050～YK38+270，隧道長度為3 210 m/3 220 m，屬于公路特長隧道。隧道區地貌類型屬剝蝕丘陵—低山，山脊多呈北東—南西向，地形起伏大，地表植被發育。隧址區揭露圍巖主要為粉質黏土及碎石土、砂質板巖、砂巖、頁巖鈣質泥巖和灰巖等。

隧道穿越武功山—會稽山前緣褶沖帶之武功山隆起，隧址區發育6條構造斷裂帶，巖體破碎，節理裂隙發育，地質條件復雜。

蓮花隧道出口右洞YK37+450～YK37+580段下穿一地方原有水庫，出口左洞相應位置為農田。庫底面積約2946 m2，蓄水后面積約為4 320 m2，蓄水高度最大為6 m。庫底淤泥厚度約1 m，隧道在淺覆土的情況下下穿水庫，隧道洞頂距離庫底高度為15.8～20.1 m。水庫下伏基巖裂隙發育，圍巖主要為全-強風化砂頁巖，結構較松散，穩定性差。

2 超前地質預報

為防止隧道穿越水庫施工過程出現塌方或突水突泥，采用TSP地震波方法，查清掌子面前方150 m范圍的圍巖和地下水情況。出口右洞為施工先行洞，掌子面施工至樁號YK37+610進行超前地質預報工作。在隧道左邊墻布置24個炮孔，炮孔間距1.5 m，左右側各布置1個傳感器，檢測結果如圖1所示。

圖1 出口右洞YK37+610掌子面前方地震波形圖

根據波形圖，推斷YK37+610～YK37+584區域掌子面前方圍巖較破碎、含水量稍大。YK37+584～YK37+549區域圍巖較破碎，裂隙較發育，含水量較大，可能存在斷層破碎帶或軟弱夾層，YK37+584及YK37+573附近存在巖性變化帶，施工時需注意。YK37+549～YK37+487區域圍巖較前段圍巖完整性稍差，圍巖仍以破碎狀態存在，裂隙發育，存在軟弱夾層；YK37+522～YK37+513段含水量較大。YK37+487～YK37+452區域圍巖仍破碎，裂隙發育，YK37+487附近存在巖性變化帶，需注意夾層滑落。

現場掌子面圍巖為泥盆系強風化頁巖和綠泥石砂巖互層狀，巖體破碎，結構較松散，呈碎裂結構，水庫區段附近發育有F6斷層破碎帶，地下水較豐富，以滲流出水為主。原設計YK37+590～YK37+492段地表為凹谷水庫，勘察期間地下水位高于洞頂，地下水以淋雨狀出水，隧道洞頂易發生坍塌，側壁穩定性差，隧道施工至水庫底區間應加強支護。

3 水庫改移處理

水庫底隧道埋深較淺，且超前地質預報揭示圍巖較差。為保障施工安全，隧道掘進至水庫段落附近時（YK37+610），將原水庫水排干后，對水庫向路線右側改移處理后，再進行隧道穿越施工。為減少新建水庫對隧道安全施工及運營的影響，將水庫沿沖溝方向上移約100 m。在保證原有庫容量不變的情況下，利用現有地形新建水庫一座，擬新建面積約為4 611 m2的水庫。水庫設重力式土壩一道，土壩外側增設M7.5漿砌片石浸水護坡，長度約為35 m，高度約為8 m，上口寬度為4 m，下口寬度約為20 m。在新建水庫出水口處兩側設置大小兩條M7.5漿砌片石排水溝，并與原有灌溉溝渠順接。為防止原水庫底部積水對隧道結構穩定的影響和滿足生態環境保護要求，并減少對淺覆土段隧道圍巖的擾動，隧道二襯施工穿過水庫并達到設計強度后，對原水庫基底進行分層反壓回填黏土并綠化。填土成中間高四周低形狀，中心高度為1～1.5 m，排水坡度不小于4%。同時，在回填土四周設置0.8 m×0.6 m的漿砌片石排水溝，使坡面水順利排出。

4 淺埋塌方防治技術

2020-05-29，右洞開挖至YK37+482.5時，洞頂覆蓋層厚僅約16 m，為既有水庫最低處，圍巖進一步變差。掌子面圍巖為殘坡積土及全強風化砂頁巖，為富水松散體，穩定性極差。受連續暴雨影響，開挖后隧道拱頂出現掉塊，至05-30凌晨，坍塌延伸至地表，地表出現直徑約8 m的塌坑。坍塌穩定后，立即對掌子面回填反壓，回填后掛網噴射C30混凝土封閉。地表塌坑采用泵送C20混凝土進行封底和堵水，防止降雨入滲，圍巖軟化泥化，掌子面形成突水突泥，同時泵送C20混凝土可對洞身塌腔進行填充。塌坑封底混凝土厚0.6 m，底部鋪設φ8單層鋼筋網。在YK37+483處采用15 m長φ108×6 mm管棚穿越塌方體，管棚環向間距40 cm，拱部120°范圍附近布置，每環33根，內設3根直徑22 mm HRB400鋼筋籠，增強管棚剛度。

YK37+483～YK37+468塌方及其影響段，初期支護工字鋼采用I20a工字鋼，間距為50 cm；噴混凝土采用27 cm厚C30砼，內設φ8雙層鋼筋網。系統錨桿取消，調整為3.5 m長，φ42×5 mm徑向注漿小導管，加固形成止水加固圈，小導管間距0.5 m×1 m（縱向×環向）梅花形布置；注漿終壓1～1.5 MPa，采用水泥單液漿，水灰比1∶1。二襯采用55 cm厚防水鋼筋混凝土，主筋規格由φ20調整為φ22，間距20 cm；混凝土由C30調整為C40。待塌方段二襯通過并達到強度后，對塌坑進行回填及防排水處理，回填采用輕質土，頂層回填土采用1 m厚隔水的黏土層，高出原地表約30～50 cm，防止雨水匯集滲入塌坑。

為防止水庫底淺埋段隧道塌方再次發生，YK37+471～YK37+430段采用三臺階留核心土法開挖，每循環進尺0.5～1 m。超前支護采用φ42×5 mm雙層小導管。小導管長4.5 m，縱向間距3 m，環向間距0.4 m。初期支護及二襯支護參數同YK37+483～YK37+468段一致。隧道洞頂上方屬雨水匯聚區，施工中對防排水結構進行加強，環向排水管由原設計5 m調整為3 m一道。塌方治理及掘進支護設計如圖2所示。

圖2 YK37+482.5處塌方治理及掘進支護設計

5 結語

按照“探測先行”原則，隧道即將下穿水庫施工前至少30 m，采用瞬變電磁探測方法查明前方150 m地質情況，及時調整工法。隧道在淺覆土條件下穿水庫，將水庫改移至路線外側適當距離，并做好地表防排水，既降低了隧道施工難度，又最大程度減少了水庫對隧道長期運營的不利影響，符合技術經濟合理要求。采用管棚注漿和襯砌結構加強工法，有效地治理了淺埋段塌方；在后續施工中，綜合采用三臺階留核心土開挖法、雙層小導管超前支護等措施，隧道安全順利地通過了淺覆土軟弱段。