大偏壓小凈距碳硅質(zhì)板巖隧道零開挖進洞施工

贠宏漢 王 艷

(陜西省高速公路建設(shè)集團公司，陜西 西安 710000)

1 工程概況

神河1號隧道位于陜鄂界十(堰)天(水)高速公路安康東段的安康市旬陽縣神河鄉(xiāng)，隧道區(qū)屬低山地貌，地形起伏較大。隧道右線起訖里程為K76+732～K77+083，全長351 m，中線高程302.1 m ～390.2 m，最大高差約 88.1 m，山體自然坡度為 45°～65°，植被較發(fā)育。進出口均處于陡斜坡地帶，山坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，屬小凈距大偏壓隧道。

地質(zhì)為寒武系魯家坪組強、中風(fēng)化碳硅質(zhì)板巖，巖層產(chǎn)狀30°∠65°，節(jié)理裂隙較發(fā)育，遇水易軟化。右線進口處居民房較密集，屬淺埋地段。

隧道進口端下方約20 m處為大神河，呈∪形展布，水面寬約15 m，流向335°，隧道位于沖刷岸;隧道天水端洞口下方30 m為小神河，水面寬約8 m，流向36°，與線路近于垂直相交，隧道路面設(shè)計為雙向四車道，時速80 km/h，隧道左右線平面設(shè)計線最小凈距為12 m，最大間距為12.2 m。凈寬11.25 m，凈高5.2 m。主線神河1號隧道左、右線進口與神河2號大橋相接，出口與神河1號小橋相接，主線進口設(shè)計高程與大神河水面高差17 m。

隧道原設(shè)計十堰端右線進口邊坡防護采用錨桿拱形骨架護坡，明暗交界處設(shè)計形式為超前大管棚，設(shè)計參數(shù)導(dǎo)管外徑108 mm，長度10 m～40 m;管距環(huán)向間距40 cm;傾角為外插角1°～3°;施作范圍拱部120°～135°。進口段6 m范圍K76+732～K76+738按照M普通型襯砌標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，進口28 m K76+738～K76+766為Ⅳ級淺埋段，φ50×4超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距為40 cm，設(shè)R25超前加固錨桿，長度為4.5 m，環(huán)向間距40 cm，其他按照Ⅳ級淺埋標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計。

2 地質(zhì)特性

隧道址區(qū)上覆為第四系殘積碎石，下伏基巖為寒武系魯家坪組(∈11)碳硅質(zhì)板巖，巖層產(chǎn)狀為42°∠71°。碎石呈灰褐色，單斜構(gòu)造，中密，稍濕，粒徑一般為30 mm～70 mm，多呈棱角狀，母巖成分主要為碳硅質(zhì)板巖，泥質(zhì)充填，顆粒級配一般。該層廣泛分布于隧道頂部及兩側(cè)斜坡地段，層厚約2.0 m;碳硅質(zhì)板巖(∈11)②－1:黑色，強風(fēng)化，巖石結(jié)構(gòu)大部分已破壞，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖體較為破碎，巖質(zhì)較軟。該層在隧道區(qū)廣泛分布，厚度為3.2 m ～3.4 m;碳硅質(zhì)板巖(∈11)②－2:灰黑色，中風(fēng)化，變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較完整，巖質(zhì)較堅硬。該層廣泛分布于隧道區(qū)，揭露厚度為32.6 m～32.8 m。

隧道址區(qū)圍巖主要為強風(fēng)化碳硅質(zhì)板巖及中風(fēng)化碳硅質(zhì)板巖，頂部少量碎石，強風(fēng)化巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，自穩(wěn)能力差，勘察區(qū)內(nèi)地震動峰值加速度為0.1g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，對應(yīng)地震基本烈度為7度。

3 水文地質(zhì)條件

隧址區(qū)斜坡地段地表水不發(fā)育，附近主要地表水體為小神河及大神河。大神河呈∪形蜿蜒展布，距隧道十堰端洞口約20 m，水面寬約15 m，流向335°;小神河距隧道天水端洞口約30 m，水面寬約8 m，流向36°，與線路近于垂直相交，以北東流向匯入大神河;大、小神河均為山區(qū)常年性河流，流量隨季節(jié)變化明顯，雨季流量大，旱季流量小;由于河流匯水面積較大，兩岸地形較陡，溪溝發(fā)育，溪水暴漲暴落;遇強降雨河水水位高，流速快，流量大，常伴生洪水;旱季流量小;河水主要接受大氣降水補給，以地表徑流形式排泄;勘察期間河水水面寬5 m～15 m，水深0.5 m～1.5 m。

隧址區(qū)地下水主要為基巖中的風(fēng)化裂隙水。碳硅質(zhì)板巖巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，深部節(jié)理裂隙多呈閉合狀，連通性較差，且多充填泥質(zhì)，賦水條件較差;淺部強風(fēng)化巖風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎，含少量裂隙水，主要靠大氣降水補給，沖溝等低洼部位以地下徑流形式排泄;斜坡部位以沿裂隙滲流形式或受地形切割排出地表。由于節(jié)理裂隙連通性差，地下水并非為具有連通性的裂隙潛水，僅為局部破碎巖體中賦存的裂隙水，水量不大。

4 地質(zhì)病害及處理措施

神河1號隧道左線開挖進洞時由于受“半錐形”地形條件限制，施工方不得不在靠近山體一側(cè)開挖便道及施工作業(yè)平臺，開挖寬度約為5 m，連日陰雨，導(dǎo)致隧道左線進口處山體一側(cè)整體滑塌，滑塌高度42 m，塌方數(shù)量20 000余立方米。塌方清理完畢后，因隧道右線進口為大偏壓區(qū)，3次進洞均以初期支護嚴(yán)重變形、坍塌結(jié)束。

4.1 原因分析

1)施工期間陰雨天氣持續(xù)時間較長，地表第四系殘積碎石及強風(fēng)化碳硅質(zhì)板巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎很難形成自承體系，地表風(fēng)化層保水豐富，裂隙充填泥質(zhì)含水量增加，圍巖擾動后極易形成坍塌。

2)巖層傾向與地表水排水方向相同，在持續(xù)降雨狀態(tài)下，巖層間由于水的浸潤作用形成滑動面。

3)原地表處于半錐形大偏壓區(qū)，地質(zhì)受力較為復(fù)雜，坡腳開挖后，工序銜接不到位，防護不及時。

4.2 變更處理方案

1)及時施作線外排水溝，將地表水排除，減少因雨季來臨地表水對山體的影響。

2)在隧道拱頂及拱腳埋設(shè)地表沉降觀測點，并在右側(cè)建筑物周圍增設(shè)地表下沉觀測點。同時成立沉降觀測領(lǐng)導(dǎo)小組，定人定時對地表沉降、拱頂下沉及收斂等進行圍巖觀測并對觀測數(shù)據(jù)進行分析，待圍巖趨于穩(wěn)定后開始施作護拱及進洞大管棚。

3)在隧道右線進口施作2 m混凝土套拱，套拱內(nèi)設(shè)置φ127×4導(dǎo)向管，設(shè)置3榀Ⅰ18工字鋼。采用φ108×6超前大管棚進行圍巖預(yù)加固，鋼管長度32 m，環(huán)向間距40 cm。

4)在隧道右線K76+748～K76+757右側(cè)邊坡施作鋼筋混凝土立柱，立柱間距為3 m，尺寸為1.2 m×2 m，通過錨索錨固到左側(cè)基巖里。設(shè)置4排預(yù)應(yīng)力錨索及防護立柱，每排設(shè)置6根，錨索長度22 m～34 m。

5)在隧道右線K76+746～K76+759.5側(cè)面邊坡采用φ50×4小導(dǎo)管注漿加固，間距1.5 m×1.5 m，縱向布置10排，小導(dǎo)管長度距開挖面50 cm。

6)該隧道右線從K76+742～K76+752段10 m范圍內(nèi)存在大偏壓，巖體破碎，右側(cè)拱部埋深2 m，明顯較薄，按照Ⅴ級淺埋施工，支護標(biāo)準(zhǔn)按Ⅴ級淺埋的標(biāo)準(zhǔn)實施，隧道設(shè)計斷面圖見圖1～圖3。

圖1 隧道注漿加固

圖2 隧道進口端噴錨加固

5 結(jié)語

神河1號右線小凈距大偏壓隧道在采取了以上處理措施后，有效的控制住了隧道施工過程中產(chǎn)生的塌方、變形，為隧道的順利貫通打下了堅實的基礎(chǔ)，同時也為寒武系魯家坪組(∈11)碳硅質(zhì)板巖大偏壓隧道施工及施工過程中的病害處理積累了寶貴的經(jīng)驗。

根據(jù)幾次塌方、變形的處理，對小凈距大偏壓硅質(zhì)板巖隧道施工和塌方處理提出幾點建議:

圖3 V塌方型復(fù)合式襯砌設(shè)計圖（1∶100）

1)由于第四系殘積碎石及強風(fēng)化碳硅質(zhì)板巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，自穩(wěn)能力差，地表風(fēng)化層保水豐富，裂隙充填泥質(zhì)含水量增加，圍巖擾動后極易形成坍塌。因此在進洞前必須做好洞頂排水，以避免擾動巖體因富水飽和形成滑動面。

2)由于大偏壓隧道覆蓋層薄，地面橫坡較陡、圍巖類別較低時隧道上方的巖土很難形成自承體系，而且圍巖早期壓力大，變形快，如果對隧道變形控制不當(dāng)，圍巖會很快松弛，產(chǎn)生張裂破壞，將直接導(dǎo)致地表塌陷，因此要以施作偏壓擋墻反壓回填或者地表注漿施作套拱等方式盡可能減少偏壓帶來的應(yīng)力不平衡。

3)在隧道開挖階段要注重圍巖變形的控制而不應(yīng)強調(diào)圍巖變形的釋放，支護必須采用強度較高和剛度較大的初期支護，以限制巖體變形，避免破壞巖體結(jié)構(gòu)。

4)在施工過程中，既要加大監(jiān)控量測及地質(zhì)預(yù)報的頻率，還應(yīng)做好隧道周邊地表沉降的觀測及封水排水工作，以確保工程優(yōu)質(zhì)高效的完成。

[1] JTG F60－2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 何發(fā)亮.隧道地質(zhì)超前預(yù)報[M].成都:西南交通大學(xué)出版社，2006.

[3] 凌昌榮.偏壓小間距隧道的荷載結(jié)構(gòu)特性研究[D].上海:同濟大學(xué)，2008.