油坊坪隧道絹云母片巖區塌方原因分析及處理措施

魏騰遠 唐長生

（東盟營造工程有限公司，陜西西安 710000）

油坊坪隧道絹云母片巖區塌方原因分析及處理措施

魏騰遠 唐長生

（東盟營造工程有限公司，陜西西安 710000）

油坊坪隧道圍巖層理間填充的粘土礦物，主要成分為伊利石、石英、蒙脫石等，該類礦物在隧道施工過程中極易引起塌方，通過對油坊坪隧道塌方情況分析，進一步探索該類型圍襯砌支護結構合理性、施工工藝以及坍塌的處理措施。

巖性特征 塌方處理 新奧法 監控量測 注漿 強支撐

1 工程概況

油坊坪隧道位于湖北襄陽市谷城縣紫金鎮油坊坪村，右幅起訖樁號為YK41+105～YK42+222，長1117m，最大埋深148.4m。進出口段設計為V級圍巖長度197m，IV級圍巖長345m，III級圍巖長575m，工程地質：整個隧址區設計勘察地質描述為強-中風化片巖，巖體破碎～較完整180≤［BQ］≤380，水文地質：無地表水體，主要為基巖裂隙水，水量大小受季節性影響，洞室內有滲水、滴水現象。

2 坍塌原因分析

2.1 隧址區總體地質情況

本項目在大地構造上位于南秦嶺構造帶與揚子準地臺交接部位，且位于武當山復背斜次級構造單元，分布青峰斷裂帶，多重復雜構造對區域地質的控制非常明顯的。油坊坪隧道隧址區出露、揭露的地層主要為第四系全新統殘坡積（Q4el+dl）粉質粘土和武當群（Pt2wb）片巖。

2.2 初期支護強度不足

本段隧道原設計按III級圍巖S3襯砌，后經現場變更調整為S4b襯砌，支護類型為錨噴網混凝土+鋼拱架。從前期施工的情況分析以及垮塌段落的17米，僅為YK41+375～YK41+465同類型襯砌（S4b）中的一小段，從侵限到垮塌整個過程看，隧道右側鋼拱架在圍巖壓力條件下，發生的屈服變形，起不到應有的支護加固效果，且變形后應力再次重分配，致使整環鋼拱架屈服變形，最終導致坍塌，說明該段的支護結構與圍巖所要求的支護強度不匹配。

2.3 水壓力的影響

此段隧道埋深為75～85m，隧道沿線地下水類型主要為基巖裂隙水，主要由大氣降水進行補給。塌方段落對應地表有較低洼地，加之塌方期間降雨量較大，雨水于地表洼地匯集增加了水頭壓力，致使滲入巖層中水量較大，使得裂隙水發育，水壓力增大，造成圍巖壓力的增大，對支護結構施加的作用力也隨之增加，使得鋼拱架發生一定的屈服變形。

2.4 變形處理措施不當

該段落位于掌子面后方50m左右；開挖、初期支護均已經安全通過，且二次襯砌已經跟進，同時監控量測也已發現該范圍初期支護變形異常，采用臨時環向工字鋼進行加固，但為跳槽施工一模二襯進行兩端強剛性支撐，而耽誤了該段落初期支護的水平橫向支撐和豎向頂撐，致使初期支護繼續變形侵限。在上述因素的共同作用下，圍巖壓力超出初襯的強度，造成坍塌。

3 塌方段處理措施研究

3.1 塌方段總體處理分析

對于該段落塌方，塌方體已將斷面全部封堵，在未能探得塌方長度，塌腔范圍的情況下；為達到施工及結構安全、處理經濟合理的效果，采用以超前小導管預加固為輔助措施，加強襯砌強度、剛度為主的總體處理思路。

3.2 具體處理方案

（1）對塌方體進行噴漿封閉：對塌方體進行噴漿處理，噴漿采用C25混凝土，噴射厚度為25 cm，噴漿的作用：一是防止小導管注漿時漿液從孔隙流出；二是防止塌方體繼續擴展；（2）超前輔助施工：本段落塌方體處理中超前小導管施工，上層小導管以30°仰角，下層以5-7°仰角打入拱部，外層以較大仰角插入塌方體，內層以正常角度超前，并通過注漿可在開挖輪廓線外形成約2～4米厚的承力拱，超前小導管長6米，環向間距40 cm，沿隧道拱部120°范圍對稱布置；縱向間隔3.0m施工一循環。超前小導管保證2m以上縱向搭接長度。注漿漿液為水灰比1：1的水泥單液漿，上層小導管注漿時，因塌方松散體范圍未能探明，保證安全前提下，通過塌方體空隙率分析，進行量化注漿控制，單根鋼管注入8-10包水泥的水泥漿液（注漿量化），可使小導管周邊形成一道80～120cm厚的拱圈；下層小導管注漿采用注漿壓力控制，控制在0.2Mpa，注漿的次序由兩側對稱向中間進行，自下而上逐孔注漿；（3）開挖施工：開挖采用上中下小臺階預留核心土法開挖，開挖中擴大開挖面，增加預留沉降量，以防止變形侵入二襯界限。開挖方式以人工風鎬為主，挖掘機微弱爆破為輔；每循環進尺為一榀拱架間距（60cm），這盡量減少對圍巖擾動，以達到開挖后塌方體上部相對穩定；（4）初期支護施工：初期支護采用I18工字鋼，縱距60cm；系統錨桿采用Φ22砂漿錨桿縱距60cm×環距120cm，長3.5m；φ8雙層鋼筋網，間距20×20cm，在拱部與邊墻鋼支撐連接處沿垂直方向各打設4根Φ42×3.5mm小導管作為鎖腳錨桿，錨桿長4m，壓注水泥漿液，加固松散體，使鋼支撐落于穩定的基礎之上，噴射混凝土采用24cm厚C20混凝土，盡早完成噴錨施工，使其封閉成環，到達支撐塌方體的目的；（5）二次襯砌施工：該段落圍巖極其破碎自承能力極弱，二襯需及時跟進以承擔部分圍巖壓力。當初期支護每完成6m后，及時施工防水層及二襯。二襯采用鋼筋混凝土，環向主筋為雙層Φ22螺紋鋼，層間距32.6cm，縱距25cm；縱向分布鋼筋采用Φ12螺紋鋼，外側環向間距為30.8cm，內側環向間距為28.9cm；內外層主筋采用φ8鋼筋連接。采用上述具體實施方案，以到達及時加強襯砌強度、剛度為主的總體處理思路。

4 結語

從隧道的施工開挖情況看，對絹云母片巖軟巖地層，原設計的初期支護的強度和剛度均不足，以及后續襯砌加強調整時，對絹云母片巖軟巖性質認識不到位以致使用的襯砌類型仍與圍巖級別不匹配。為避免類似大變形的再度發生，建議對此類圍巖地段的隧道，支護結構必須進行加強，以適應該類型地層隧道開挖的需要，二襯襯砌施工應盡早進行，確保隧道安全順利穿越此類地層，避免塌方事故的再次發生。

從本隧道多次小規模塌方情況來看，本次塌方具有較大的特殊性，但在施工處理過程中未出現二次塌方，且安全、快速的處理完成。從后續各方面監測資料來看結構安全穩定，故此本次塌方處理采取的處理方案及施工工藝，實踐證明是完全可行的。只要正確分析出圍巖的巖性，采用該方案就能對這類地質災害提前預防。