余震及強降雨條件下千枚巖隧道施工塌方預防

孔祥菊

在我國西南地區隧道的修建中，圍巖種類、性能及水文情況等的差異及變化較大，地質條件相當復雜。在四川理縣薛城隧道施工中出現了千枚巖。千枚巖是隧道施工中并不多見的一種巖石，為軟巖，它除了具有軟巖的共性外，更具有它本身性能多變和遇水易泥化、膨脹的特殊性能;另外本隧址區位于5·12地震震區，今年降雨量處于歷史較高水平，圍巖本身的特殊性和外界復雜的誘因，給本地區隧道的施工帶來了較大的困難。因此通過分析千枚巖的工程力學性能，為今后在類似條件下的千枚巖地段施工提供有價值的參考。

1 千枚巖力學性能分析

千枚巖是一種具千枚狀構造的巖石，屬于區域變質、淺變質帶巖之一，由粘土巖或火山凝灰巖等變質而成。礦物成分以絹云母為主，多呈微粒狀或片狀;有時含有綠泥石、黑云母、石榴石或十字石等。主要特征是被剝成葉片狀的薄片，表面呈顯著的絲絹光澤，質地軟，遇水易軟化或泥化，整體穩定性較差，圍巖干燥松散光滑，無自穩能力。

通過對千枚巖取樣(對風化程度相對較弱的Ⅳ級圍巖取樣，風化程度較嚴重的Ⅴ級圍巖過于破碎，試件無法切割成型)進行了含水率、吸水性、密度、單軸抗壓強度、單軸飽和抗壓強度和三軸壓縮強度等試驗，結果如表1所示。

表1 試驗結果

通過以上試驗結果分析能夠得出千枚巖具有以下性能:1)千枚巖的天然含水率和吸水率極低;

2)千枚巖在天然狀態下強度不高，在飽水狀態下比天然狀態下抗壓強度下降61.4%，遇水極易軟化;

3)千枚巖飽水后的粘聚力是天然狀態下的44%，遇水后粘聚力降低較大。

由以上實驗結果分析可以得出以下結論:

千枚巖天然狀態下含水率極低，抗壓強度不高，吸水率極低，在遇水之后少量吸水即達到飽和而軟化，導致巖石單軸抗壓強度和粘聚力迅速降低。

2 千枚巖隧道在余震、強降雨等諸多不利因素條件下施工塌方的預防

支護方法、支護參數、施工方法和施工質量等對隧道的圍巖穩定起著決定性的作用。為了預防塌方，需要在全面了解了千枚巖特點的基礎上，考慮本施工區域余震及強降雨的影響，采取一系列工程措施，確定正確的支護方法、支護參數和施工方法，確保施工質量，方能防止施工塌方的發生。

2.1 本隧道的特殊性

1)圍巖的特殊性。本隧道屬于千枚巖隧道，千枚巖本身強度低、裂隙發育、完整性差、性能多變和遇水易泥化、膨脹的特點從根本上決定了本隧道的特殊性。

2)隧址區域的特殊性。隧址區地處5·12汶川大地震震中汶川約30 km，5·12地震本身對隧道圍巖的結構產生了一定的影響，使得圍巖裂隙變大，結構更加松散和復雜，裂隙水更加發育，加之在施工期間余震不斷，對隧道圍巖和支護結構進行反復擾動，對隧道支護極其不利。

3)水文條件的特殊性。隧址區2010年春夏期間當地雨水充沛，降雨量為歷史罕見。

2.2 可能造成千枚巖隧道在類似條件下塌方的原因

1)千枚巖小斷層發育，一經開挖，潛在應力釋放、承壓快，圍巖易失穩而坍塌。2)千枚巖薄層狀在構造運動的作用下形成的小褶曲、錯動發育，施工中常常發生滑層和坍塌。3)開挖后在水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用下易使巖體失穩和坍塌。4)余震對支護結構進行反復擾動，使支護結構易失穩而發生坍塌。5)隧址區域內山體覆蓋層薄，大部分暴露在外，巖石風化嚴重，裂隙發育。充沛的雨水使隧道圍巖裂隙水發育，圍巖吸水而軟化、膨脹，導致已施工地段圍巖荷載增加，應力變大，易導致塌方發生。6)施工方法不當、施工質量得不到保證。a.施工方法選擇不當或工序間距安排不合理。各工序間距拉的過長，巖層暴露時間過久，引起圍巖松動、風化，導致坍塌。b.噴錨不及時，或噴射混凝土質量、厚度不符合要求，未及時進行掌子面素噴封閉。c.采用鋼架時，鋼架架設質量欠佳，鋼架與圍巖不密貼，兩者間的空隙填塞不密實，或連接不夠牢固，不能滿足圍巖壓力所需要的強度要求。d.爆破作業不當，裝藥量過多。e.有超前時，超前導管及錨桿未按設計要求進行打設。

2.3 千枚巖隧道在不利因素條件下施工塌方的預防措施

隧道塌方以“預防為主”，尤其是在諸多不利因素條件下的本隧道。施工前應對設計圖紙和地質資料進行詳細分析，充分掌握各方面情況，弄清楚施工難點和重點，確定正確的施工方法和施工工序。同時根據本隧道的特點，提前制定相應的預防塌方措施并準備有關的機具和材料。在施工過程中嚴格遵循“地質超前、引排地下水、弱爆破、短進尺、強支撐、勤量測、早封閉”的原則，步步為營，穩扎穩打，穩中求快，工序緊跟，嚴禁單工序突進。針對于本隧道不利條件，施工塌方的主要預防措施如下:

1)充分考慮千枚巖的特點，做好地質超前預報和掌子面觀察工作。

隧道設計圖紙地質資料受地質勘探孔數量的限制，在很大程度上與現場實際情況有一定的出入。我們在充分了解了千枚巖的特點后，要切實做好地質超前預報工作，摸清將要施工段落地質、水文情況，結合施工掌子面的觀察和描述，充分考慮千枚巖的特點，認真分析原設計支護結構，對不能滿足千枚巖地質在當前水文條件下的支護結構及時進行變更加強，提前確定正確的支護方法、支護參數和施工方法。

2)充分考慮本地區余震的影響，加強支護結構穩定性。

因為地震對結構的影響主要是擾動而失穩，預防措施主要是在當前支護結構上加強整體性和穩定性，加強的方式有:

a.錨桿型號和長度進行調整加強;b.加密型鋼間連接筋間距，加強聯結;c.加密錨噴鋼筋網間距、增加錨噴厚度。

3)充分考慮本地區雨水對千枚巖隧道的影響，做好防排水措施。

施工前對隧址區進行詳細的水文調查，分析地下水來源及其活動對塌方有無影響及影響程度，制定防排水措施進行防排水。

a.對地表水進行系統處理，引排出影響隧道范圍;b.采用超前鉆孔探水和排水;c.在工作面附近采用井點法降水，然后再進行排水;d.在已支護段拱部邊墻打設排水孔;e.規劃好洞內兩側排水溝，排水溝要采用塑料薄膜鋪底，砂漿抹溝，防止排水溝內水滲透浸泡拱腳。

4)綜合考慮，制定正確的施工方案并嚴格執行，水文、地質發生變化后及時變更和調整施工方案，采用正確的施工工藝。重點控制以下幾點:

a.開挖方法選擇要恰當;b.合理安排工序，各工序緊密銜接，各工序間距合理，尤其確保二襯與掌子面間距不超標;c.合理使用爆破、控制開挖進尺。能采用機械開挖時盡量采用機械開挖，不能采用機械開挖時嚴格按照鉆爆方案施工，多打眼，少裝藥或隔眼裝藥，降低爆破擾動;d.及時進行落底，確保型鋼腳底墊實、杜絕懸空;e.重視鎖腳錨桿的作用，每個臺階均要設置。

5)確保施工質量，杜絕人為因素造成的塌方隱患，良好的施工質量是預防塌方的有力保證，重點控制以下幾點:

a.開挖后及時進行素噴，并保證素噴混凝土厚度和質量;b.確保錨桿有效長度和錨固效果;c.加強型鋼螺栓聯結和縱向聯結，確保初期支護的整體性受力;d.超挖部分采用同級噴射混凝土回填或留孔吹砂注漿，嚴禁出現空洞或采用其他材料填充。

6)加大監控量測點位和量測頻率，及時報警監控量測可以有效地指導開挖與支護結構施工，根據監控量測數據及時采取有效措施調整施工參數。出現險情及時報警，根據監控量測數據分析，及時采取臨時支撐等有效措施進行加強防護，防止變形的進一步擴展。

［1］ 葉少敏.哈大客運專線淺埋超大斷面隧道塌方處理工法［J］.山西建筑，2010，36(9):337-338.