南山隧道地面開裂、初支變形侵蝕等地質病害的原因和處理方案

路立娜

摘 要：本文依托平興高速公路七標段南山隧道工程，由于隧道工程為隱蔽工程，地質條件復雜，隧道開挖初期支護后，由于初支入侵二襯，圍巖地質軟弱為煤系地層，遇水易軟化成流動狀態，從而使地面產生裂縫和變形。隧道初期支護地面可能會產生開裂和變形，一般位于洞口。本文根據平興高速公路七標段南山隧道工程實例，就隧道初期支護地面開裂和變形原因進行分析和處理。

關鍵詞：隧道；地面開裂；初支變形；處理方案

中圖分類號：U452 文獻標識碼：A

隧道工程近些年取得了一定成就和相應的發展，但還是存在很多問題和不足，隧道結構斷面大，施工環境惡劣，施工工人勞動強度大，工程造價比較高，特別是遇到工程穿越不良地質土分布，因為復雜的地質條件和施工工況，施工過程中很容易造成圍巖穩定性問題，若處理不當，就會造成嚴重的事故。

1.工程地質條件

1.1 工程概況

本隧道是短隧道且穿過低緩丘陵地貌區。左線隧道起迄里程LK1625+926～LK1626+284，長358m，隧道最大埋深約57m；右線隧道起迄里程RK1625+900～LK1626+276，長376m，隧道最大埋深約61m。

1.2 工程地質條件

隧址地層圍巖主要由第四系覆蓋層及基地二疊系龍潭組粉砂巖、砂巖、炭質頁巖、炭質泥巖，炭質頁巖等組成，覆蓋層厚度為4.9m～30.8m之間，強風化或全風化的炭質灰巖遇水易軟化破碎，鉆探資料和地質調察報告表明，該隧道圍巖為Ⅴ級。

2.對不良土質調查

1.1 放射性

南山隧道圍巖為碎屑沉積巖，但不存在圍巖放射安全問題。

1.2 煤系地層

隧道洞身圍巖沒有探測到煤層，某些區域可能存在劣質煤線，煤系地層的圍巖級別和強度都很低，容易對其穩定性產生不利影響。

1.3 瓦斯

南山隧道屬第四系覆蓋層及二疊系上統龍潭組地層，由于煤層不是很厚，需考慮會有少量瓦斯和煤層自燃的現象。根據勘探報告和周邊歷年開采測定，未發生過瓦斯爆炸。

1.4 小煤窯采空區

南山隧道存在小煤窯，通過查閱勘察結果和調查資料，發現共存在4個小煤窯。4個煤窯情況如下：

（1）L0小煤窯：為平洞，洞口位于RKL626+310.6右58.5m，洞口標高約194m，尺寸為1m×1.8m，于標高150m位置發現煤層并已開采。

（2）L17小煤窯：為平洞，洞口位于RK1626+097.23右154.37m，洞口標高約200m，尺寸大小為1.5m×1.8m，以1500方位角往山體共掘進約180m。

（3）L18小煤窯：為平洞，洞口位于RK1625+973.68右147.05m，洞口標高約206.6m，尺寸為1.2m×1.8m，在標高40m和100m處遇煤進行了開采。

（4）L19小煤窯：為平洞，洞口位于RK1625+945.68右143.79m，洞口標高約203m，尺寸為1.0m×1.7m，在標高203m處遇煤進行了開采。根據現有綜合勘察成果可知，隧道底板不受底部巷道4個小煤窯影響，處于穩定狀態。

3.隧道洞口及軟弱圍巖地段設計及地面產生開裂、初支變形原因

3.1 隧道洞口及軟弱圍巖地段設計

隧道洞口段通常地質條件不良，覆蓋層較薄，巖層易碎、易風化。同時洞口穩定性較差，洞口開挖和進洞施工宜避免雨期和嚴寒季節，洞口仰坡和邊坡應從上往下挖，保證邊坡和仰坡穩定性，洞口植物容易被破壞，隧道洞門與原來隧道洞門保持形式一致。邊坡和仰坡均采用植草皮防護措施并盡量與原地貌植被相銜接。具體采用以下的技術措施：

（1）增設仰拱。

（2）增設工字鋼。

（3）超前支護使用長管棚、小導管或鋼插管完成。

（4）開挖過程中提前做好地質預報，提前掌握掌子面前方水文條件，及時采取相應措施。

3.2 隧道地面產生開裂和變形的原因

由于該隧道圍巖地質軟弱為煤系地層，遇水易軟化成流動狀態，初期支護入侵二襯，從而使南山隧道地面產生裂縫和變形。

4.隧道地質病害的處理方案

4.1 對于南山隧道左線地質病害處理方案

（1）隧道進口端地表處理方案，應即時清理進口端隧道范圍左右側各5m范圍內的棄土棄渣，以減小隧道頂的荷載。未施工的LK1626+020～LK1625+960段左洞采用φ50鋼花管按2m×2.5m（橫向×縱向）間距進行地表注漿加固處理。注漿范圍橫向以超出隧道外輪廓兩側約5m內區域進行控制，中間部位的注漿鋼花管伸入隧道輪廓線內0.5m，兩側需伸至仰拱設計標高0.5m。工藝上選用間歇式多次注漿，拱頂6m范圍使用二次劈裂注漿，初次壓力大小為0.5MPa，漿液先采用水泥漿，若鉆孔時發現下有采空區或注漿量明顯多于其他孔，則改為水泥砂漿。

（2）注漿完成后，按3臺階法進行施工，預留變形量調整為20cm，其他參數均維持原設計不變。

（3）初期支護已侵入二襯的LK1626+020～LK1626+ 086路段（其中LK1626+048—LK1626+086路段仰拱已施作完畢，LK1626+020～LK1626+074路段為整體變形侵入二襯，其余路段為部分侵限），首先采用長4m的φ42小導管按1m×0.5m（環向×縱向）間距環向注漿加固，然后對初支進行換拱處理。換拱處理的施工工藝為：先拆除兩榀原初期支護（每榀0.5m），重新施作一榀初期支護，再拆除第三榀原初期支護，擴挖并重新施作第二榀初期支護，循環往復直至完成原初期支護的拆除、擴挖和初期支護的重新施作。重新施作時初期支護需預留變形量為120mm。

4.2 對于南山隧道右線地質病害處理方案的意見

（1）已施工完仰拱但部分初支侵限的RK1625+974～RK1626+033路段，侵限部分首先采用同左線相同尺寸小導管進行環向注漿加固，然后對侵限的初支進行換拱處理，換拱施工工藝和左洞相同，預留變形量為120mm。

（2）下導未開挖的RK1625+916～RK1625+974路段，每個拱腳的φ22鎖腳錨桿均調整為前后各3根，并在隧道左右側拱腳位置沿縱向水平各設置一道Ⅰ20b工字鋼作為托架，托架與鋼拱架焊接，沿托架每3m（原初支有鋼拱架位置）設置一道兩根Ⅰ20b工字鋼作為橫撐，并與托架焊接。下導及仰拱按3m一節進行施工，每施工完一節仰拱，拆除該位置的橫撐保留縱向托架。在二襯施工前將縱向托架拆掉。

4.3 其他

南山隧道左右洞均采用地質雷達進行掃描，探明隧道底是否存在采空區。

結語

隧道工程斷面比較大、地質結構復雜，尤其是洞口地段，不可預見的地質病害較多。因此在組織施工之前務必要詳細收集施工場地的地質狀況，采取切實可行的手段、選擇優質高效的施工方法。施工中應嚴格遵循：在施工前和施工時要采取先排水措施、開挖工序距離盡量縮短、減少對圍巖的擾動、必須爆破時采取弱爆破、開挖后及時初支形成封閉環、盡快襯砌、高度重視監控測量的施工原則，可以有效避免地質災害給人們帶來的經濟損失，以及對施工人員造成生命安全的危害。確保隧道施工順利完成。

參考文獻

[1]齊廣林，安春英.山區公路隧道初期支護變形下沉垮塌的成因分析與防治措施[J].內蒙古公路與運輸，2009（4）：30-31.

[2]胡輝榮，程崇國，秦之富.公路隧道塌方處理方案[J].山西建筑，2007，33（29）：104-106.

[3]楊曉華，謝永利.公路隧道塌方綜合處治技術[J].長安大學學報（自然科學版），2004，24（1）：61-64.