隧道下穿向斜富水破碎段施工處治措施

樂業至望謨高速公路煙棚隧道進口左洞洞身穿越向斜地質構造，該段地層含水率高、透水性好，特別是向斜核部受擠壓作用影響，圍巖風化強烈，軟弱破碎，自穩能力差，向斜地質構造原因導致隧道洞內滲水嚴重、掌子面拱頂溜土滑塌、初支沉降收斂劇烈。文章以此為工程背景，基于現場勘察，提出了加強超前支護、優化開挖工法加強支護、基底加固和加強排水等一系列綜合處治措施，通過監控量測數據及現場觀察，驗證了處治措施的有效性，可為同類工程提供借鑒。

隧道；向斜；監控量測；超前支護；開挖工法

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作者簡介：

郭寬銳（1990—），工程師，研究方向：公路工程施工與管理。

0" 引言

山嶺隧道在施工過程中易穿越許多不良地質段落，向斜是其中之一。樂業至望謨高速公路煙棚隧道進口左洞施工穿越K30+815～K30+910向斜地質構造段，該段圍巖為強風化粉砂質泥巖夾灰巖，因向斜地層含水率高、透水性好，向斜核部受擠壓作用影響，圍巖風化強烈、軟弱破碎、自穩能力差，導致隧道洞內滲水嚴重、掌子面拱頂溜土滑塌、初支沉降收斂劇烈。本文通過現場追蹤調查與考察，利用加強超前支護、優化開挖工法加強支護［1］、基底加固和加強排水等一系列綜合處治措施來處治該類問題，以期為今后的隧道施工提供借鑒。

1" 工程概況

1.1" 工程概述

煙棚隧道為分離式隧道，位于廣西壯族自治區百色市樂業縣花坪鎮，左線起訖里程為ZK30+308～ZK31+254，長度為946 m；右線起訖里程為K30+363～K31+230，長度為867 m。建筑限界采用凈寬為10.75 m，凈高為5 m，單向縱坡為1.4%。

1.2" 工程地質

1.2.1" 地形地貌

隧道區屬構造剝蝕中山地貌，山體連綿起伏，地形起伏較大，地形地貌主要受地層巖性及地質構造控制，山脈走向多呈南西-北東向，與區域構造線走向基本一致。隧址區總體地勢北東高，南西低，地面高程在1 015.30～1 207.90 m，相對高差為170.60 m，落差較大。隧道區位于深海濁流沉積巖區，山澗沖溝發育，呈雞爪狀分布，沖溝切割較深，坡降較大，多呈“V”型。進洞口路段斜坡坡角一般為20°～25°，出口段坡角一般為25°～30°，多覆蓋第四系殘坡積層，局部基巖裸露，種植速杉木、松樹、獼猴桃等經濟林。沖溝表層多覆蓋第四系沖洪積碎石、卵石等。

1.2.2" 隧道水文地質條件

隧道位于當地侵蝕基準面之上，山坡坡體較陡，隧道洞身穿越多條沖溝，沖溝中地表水為雨源型，流量變化較大，枯水期斷流，雨季流量一般為5～13 L/s。出口K31+220（ZK31+225）處分布一引水渠，寬約0.30 m，深約0.30 m，長度＞200 m，為當地農民灌溉用水渠，局部破損，溢出渠的地表水對坡積土沖蝕強烈，導致地面開裂、滑塌，破損地段現已改為引水管。ZK31+000～ZK31+200段地表為水稻田。場地地下水主要為賦存于第四系覆蓋層中的孔隙水及基巖中的裂隙水、構造裂隙水和巖溶水。

1.2.3" 向斜破碎段設計圍巖情況

根據設計地勘資料及隧道縱斷面圖顯示，ZK30+815～ZK30+910段為向斜地質構造，圍巖為中風化粉砂質泥巖夾灰巖，巖體破碎，圍巖穩定性極差；地下水以淋雨狀或涌流狀出水為主［2］。

2" 向斜富水破碎段情況

2.1" 向斜富水破碎段設計情況

原設計ZK30+805～ZK30+910段采用S5-B型襯砌，初期支護鋼拱架為Ⅰ18工字鋼，間距為80 cm，二襯設計厚度為45 cm，采用22 mm鋼筋，間距為25 cm，超前支護采用42 mm超前小導管，L=4.5 m，環向間距為40 cm。

2.2" 向斜富水破碎段施工情況

煙棚隧道為進口端雙洞掘進，其中右洞為先行洞，右洞掌子面超前左洞55 m，左洞掌子面對應右洞段尚未施工二次襯砌。左洞采取三臺階法施工，根據現場施工記錄，上臺階掌子面施工至里程ZK30+805時，圍巖揭露為強風化泥巖夾灰巖，圍巖軟弱破碎，掌子面巖面潮濕；上臺階掌子面施工至里程ZK30+817時，圍巖揭露為強風化泥巖夾灰巖，圍巖軟弱破碎，掌子面巖面點滴狀出水；上臺階掌子面施工至里程ZK30+820時，掌子面拱頂出現溜土滑塌現象，圍巖揭露為強風化泥巖，圍巖軟弱破碎，地層富水，滲透性好，掌子面拱頂多處股狀出水。

根據監控量測數據顯示，ZK30+820處拱頂下沉累計量為11.55 cm，周邊收斂累計量為2.86 cm；ZK30+815處拱頂下沉累計量為29.76 cm，周邊收斂累計量為7.91 cm；ZK30+810處拱頂下沉累計量為18.57 cm，周邊收斂累計量為6.38 cm；ZK30+805處拱頂下沉累計量為23.93 cm，周邊收斂累計量為7.35 cm。向斜破碎段初支沉降收斂劇烈。

2.3" 沉降收斂原因分析

根據地質勘察資料及超前地質預報結果，結合掌子面圍巖揭露情況，隧道應是提前進入向斜核部，向斜核部受擠壓作用影響，圍巖風化強烈，軟弱破碎。向斜地層含水率高、透水性好，地表有水稻田，地表水下滲，地下水補給較充沛，左洞為后行洞且位于山體內側，更易匯水。因此，向斜地質構造是導致當前煙棚隧道左洞洞內滲水嚴重、掌子面拱頂溜土滑塌、初支沉降收斂劇烈的重要原因。

隧道下穿向斜富水破碎段施工處治措施/郭寬銳

3 "向斜富水破碎段處治措施與效果

3.1" 處治措施的確定

發現初支沉降收斂劇烈后，相關人員到現場進行勘察，針對向斜富水破碎段設計及施工情況，經各方研究討論，確定了如下具體處治措施。

3.1.1" 加強超前支護

（1）向斜富水破碎段采用密排42 mm超前小導管支護，縱向間距為0.8 m，環向間距為40 cm，長為4.5 m，外插角分別為10°和20°。

（2）向斜滲水嚴重段落，應進行注漿試驗，確定超前小導管注漿參數，合理控制注漿壓力。

3.1.2" 優化開挖工法，加強支護

（1）向斜富水破碎段采用三臺階法開挖，短進尺，仰拱緊跟，及時施做二次襯砌。上臺階采用4根42 mm×4 mm小導管加強，鎖腳長4.5 m。中臺階設置30 cm厚C20素混凝土仰拱（若中臺階仰拱開裂，可適當放置鋼筋網片），中臺階仰拱施工前應清理拱腳虛渣。

（2）型鋼鋼架應及時安裝，鋼架與圍巖之間的噴混凝土厚度應≥4 cm，安裝完畢后應立即用噴混凝土將其完全覆蓋，方可進行下一循環的開挖。型鋼鋼架之間用22 mm鋼筋連接，每節型鋼拱架端頭用Ⅰ14型鋼縱向焊接連接。上部鋼架落腳基礎部位必須清除虛渣，確保拱腳坐落在密實基巖上。

（3）增加中臺階大鎖腳。中臺階每處施工1根89 mm鋼管鎖腳，由于89 mm鋼管施工存在一定滯后，中臺階落腳后立刻施工2根42 mm小導管鎖腳，即中臺階采用42 mm小導管和89 mm鋼管聯合鎖腳。

3.1.3" 基底加固

由于地層富水，開挖揭露圍巖為強風化泥巖夾灰巖，泥巖具有遇水軟化、強度降低的不利特性，為確保富水段泥巖地基的長期穩定性，需要對地基進行加固處理。施工過程中應結合現場開挖后的地質情況、鉆孔情況、監控量測數據判斷是否需要進行地基處理，需要處理的規模較大、深度較深或者其他異常情況時應及時上報相關責任方。具體加固措施為：在仰拱基底每側拱腳設置4排42 mm×4 mm小導管加固，小導管長5 m，橫向間距為0.8 m，縱向間距為0.8 m。

3.1.4" 加強排水措施

（1）掌子面前方施工30 m超前鉆孔，進一步探明前方地質情況，同時起到排水泄壓作用。

（2）掌子面外側設置3～5根超前排水管，泄水孔深9～12 m，孔內布設89 mm打孔鋼花管，地下水直接通過管道引流至隧道暗溝，提前引排地下水。

（3）向斜富水段仰拱底部，在中央排水溝和兩側暗溝設置泄壓孔，排水泄壓，防止運營期間二次襯砌開裂滲水。中心溝側壁預留100 mmHDPE雙壁波紋管（端頭反包無紡土工布），將仰拱底部有壓水引排至中心溝內，縱向間距為5 m，左右交錯布置并與橫向滲溝泄水孔交錯布置，二者不得沖突，波紋管伸入圍巖1 m。隧道邊墻泄水管（孔）在仰拱施作前預留100 mmHDPE雙壁波紋管（端頭反包無紡土工布），坡度根據襯砌類型進行適當調整，縱向間距為5 m，和縱、環向管位置錯開，且避開鋼架位置，波紋管伸入圍巖1 m。

3.2" 處治效果

通過以上處治措施，煙棚隧道左洞順利通過了向斜富水破碎段，經過連續1個多月的監測，數據結果顯示：拱頂沉降、水平收斂均已趨于穩定。截至目前，該隧道向斜富水破碎段已完成二次襯砌施工，經過半年多的觀察，總體無異常。

4" 結語

（1）隧道在施工過程中應根據設計情況、圍巖揭露情況、超前地質預報及監控量測結果及時優化設計方案，調整施工方法，實現動態設計、動態施工。

（2）隧道在穿越富水段落時，應嚴格落實防、排、截、堵的原則，加強排水措施，確保運營期間隧道結構安全。

（3）隧道在穿越軟弱地層時，應結合現場開挖后的地質情況，采取基底加固等措施確保隧道基底承載力。

［1］藍" 華，高" 永，李寒雄.復雜地質隧道施工的沉降變形分析［J］.公路工程，2021，46（1）：142-148.

［2］JTG/T 3660-2020，公路隧道施工技術規范［J］.

20240411