粉質砂巖地質下偏壓隧道進洞技術研究

李冰洋

（廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530000）

粉質砂巖地質圍巖對水比較敏感，隧道洞口圍巖容易發生滑動變形，易產生滑移坍塌危險，隧道進洞施工難度隨著洞口圍巖穩定性變化而變。本文對粉質砂巖隧道洞口采用新的半明半暗進洞方法，可以大幅度減少洞口土體開挖，避免對圍巖產生大擾動[1-2]。

強風化砂巖在干燥狀態下或含水率非常低的情況下，巖體強度較高，巖體的自穩能力較好，隧道不易變形，但一旦強風化砂巖的含水率升高，其巖體強度迅速下降，隧道極易發生坍塌、襯砌開裂、大變形等災害，改變施工方法和支護措施，持續推進隧道確保其安全性[3]。

1 工程概況

百寶隧道位于防城港市防城區，為分離式隧道，隧道出口段（防城港端）洞口地處山坡坡腳上方，隧道出洞口段山體斜坡自坡腳為30°，處于坡腳上方，覆蓋層厚度較薄，邊坡在節理裂隙的影響下，穩定性較差。

根據工程地質勘探情況，百寶隧道出洞口邊坡上方主要為強-中風化泥質粉砂巖，巖層節理裂隙較-很發育，巖體處于較破碎-完整狀態，呈中厚構造。邊坡地表為全風化泥質粉砂巖，局部裸露強風化泥質粉砂巖，地下水較發育，開挖后主要以滴水狀出水，洞口段為穩定性較差的V 級圍巖。

2 隧道進洞分析

2.1 隧道洞口偏壓

隧道偏壓是作用在隧道支護結構上的圍巖壓力左右不對稱引起的，百寶隧道出口左洞處地形陡峭半邊埋深過淺，半邊隧道埋深較大，形成隧道洞口偏壓，且隧道洞口位于強風化帶上，圍巖比較破碎，巖體無自穩能力[4]。

2.2 粉質砂巖地質

百寶隧道出口段地表主要由強-中風化泥質粉砂巖組成，粉質砂巖在干燥狀態或在含水率較低的狀態下巖體強度較高，此時的情況下開挖隧道巖體的自穩能力良好，隧道不易變形，采用一般的支護體系即可確保隧道進洞的安全性。

百寶隧道地處防城港市防城港區附近，年均降雨量達2362.6mm，在出現隧道粉砂質巖體較破碎時，巖層的含水率一旦升高將導致其巖體強度迅速下降，出現軟化甚至是崩解的情況，在隧道進洞過程中隧道洞口極易發生大沉降、坍塌等地質災害。

3 隧道進洞施工關鍵技術的分析和研究

3.1 施工原理和方法

3.1.1 隧道洞口偏壓

圍巖自身狀況和山體對洞口的偏壓作用是隧道洞口出現大變形、坍塌災害的主要原因，因此當隧道處于偏壓受力狀態時，需采取相應措施避免隧道結構發生失穩。針對隧道淺埋段洞口偏壓的情況，一般的處理方法有幾種，包括削坡排水法、減載及反壓措施、地表注漿法、支擋措施、地表砂漿錨桿等施工方法。

針對百寶隧道左洞偏壓的實際情況，洞口外側多為破碎巖層自穩能力較差，為解決偏壓問題采取措施為先進行左洞ZK29+585 偏壓墻施工，偏壓墻分三段澆筑成型，待偏壓墻施工完成后進行填充C15 素砼反壓回填，保證隧道洞口的穩定性。

3.1.2 粉質砂巖地質

在自然干燥下或含水率低的時候，粉質砂巖巖體常表現為強度高、穩定性好，當受含水率升高影響時，巖體發生軟化甚至崩解現象，強度迅速下降。調整進洞施工方法和支護措施，優化施工工藝，采用對洞口圍巖擾動小的施工方式，進一步提高支護體系的剛度，并在施工中根據地質條件變化及現場監測數據合理調整預留變形量及二次襯砌的施作時間，可以達到有效控制圍巖變形的效果。

在百寶隧道出口圍巖出現位移變化時，項目優先采取施作地表注漿、提高支護剛度、增加鎖腰錨桿等圍巖加固措施，穩住圍巖變形，并加快二次襯砌和仰拱的施工進度等措施[5]。

3.2 施工方案及優化措施

3.2.1 半明半暗偏壓段施工工藝

1.根據設計圖紙和現場地形先施工洞口邊仰坡截水溝以截排拱部地表水，其開挖線控制距仰坡5m 開外，要求溝底縱坡滿足達到3.5%以上。

2.進洞施工前先對圍巖條件差及偏壓洞口段進行加固，采取地表注漿措施。注漿孔采用間距為1.5m*1.5m梅花型布置，孔徑為Φ110mm，注漿鋼花管采用Φ50×4.5mm，跳孔施鉆。

3.在樁號ZK29+590-ZK29+582 段由外向里進行邊仰坡開挖，從上而下分臺階、分層分段開挖，同時也分層分段支護。

4.中空錨管注漿：洞口邊、仰坡臨時防護采用長4m 的Φ25 中空注漿錨桿，縱橫向間距均為1m，掛Φ8間距為20*20cm的鋼筋網片，噴射10cm厚的C25砼防護。

5.由小樁號向大樁號施工，埋設ZK29+580+Zk29+582位置套拱內型鋼拱架和導向管、打設鎖腳錨桿、套拱澆筑、打設大管棚、完成管棚注漿→埋設ZK29+584+Zk29+590 位置套拱內型鋼拱架、打設鎖腳錨桿、套拱澆筑→埋設ZK29+590+Zk29+592 位置套拱內型鋼拱架和導向管、套拱澆筑、打設大管棚、最后完成管棚注漿[6]。

6.施作ZK29+595+Zk29+582 段C35 混凝土偏壓墻（如圖1），綁扎鋼筋進行立模分段澆筑。拱部邊墻混凝土澆筑分三次進行。首先進行基礎澆筑，再澆筑至大跨線位置，最后至頂面。偏壓墻澆筑完成后外側緊跟反壓回填，反壓回填采用C15 素混凝土順地形回填，增強偏壓墻抗滑移和抗傾覆的能力。

圖1 偏壓墻施工工序示意圖（單位：cm）

7.暗洞正常掘進施工。

3.2.2 方案再優化

提高結構剛度及防排水措施如下：

1.在半明半暗段徑向Φ25中空注漿錨桿更換Φ42×4 徑向鋼管并注漿。

2.在半明半暗段為三臺階預留核心土施工，上臺初期支護處增設Φ42×4鎖腰錨桿，長3.5m，每榀拱架2根。

3.淺埋段用三色布遮雨：為減少下雨天氣造成的影響，在隧道洞口上方設置三色布進行擋雨，引流至排水溝。

3.3 圍巖位移分析

3.3.1 超前地質

隧道開挖前，先對百寶隧道左線出口端洞口掌子面ZK29+590 圍巖采用地質雷達法進行檢測，檢測結果揭露掌子面圍巖主要以強風化泥質粉砂巖、砂巖為主，呈紅褐灰褐色，為碎裂狀，巖體破碎且結構較松散，節理裂隙發育，裂隙中充填多為粉質粘土，結合差，掌子面干燥，圍巖自穩能力差。

3.3.2 監控量測

隧道拱頂下沉和地表下沉采用高精度徠卡全站儀（TA09Plus1”R1000），通過在隧道拱頂和地表安裝測量小棱鏡或反射片，利用洞外控制點作為測量后視，通過計算前視點和后視點兩次測量高差來計算出沉降值。

監控量測的要點主要在于監控地表的豎向沉降及監測粉質砂巖段平衡沉降速率以及在外界條件下的沉降速率以及水平滑動速率，利于得到施工措施對地表沉降、位移的影響。

3.4 工程應用效果

依據《公路隧道施工技術規范》(JTG/T 3660-2020)規定，由監測數據分析可見（如表1、2），本階段隧道出口洞口段累計位移量及變形速率均在隧道周邊允許位移值及位移速率標準控制范圍內，地表沉降速率降低，逐漸趨于穩定；本階段隧道實際地質條件與設計所考慮的地質條件基本相符，洞內外觀察未發現異常，施工較為順利，且各測點變形正常，可進行后續工序的作業。

表1 周邊位移、拱頂下沉觀測成果表

表2 地表下沉沉降觀測成果表

通過上述監控措施和數據的實踐證明：以上施工工藝和方案對于地表、拱頂沉降和周邊位移控制有幫助性，監控措施的完善有效地反映了施工過程中地表巖土及支護結構的變形在合理范圍內，變化速率變小，驗證了支護方式的可行性，保證了粉質砂巖地質半明半暗偏壓隧道進洞的安全性。

4 結語

百寶隧道防城港端（出口）淺埋段的施工根據現場施工情況通過分析偏壓及粉質砂巖的處治采取施工方法，采用地表注漿對洞頂覆蓋層進行地表加固、采用偏壓墻及偏壓墻外側反壓回填緊跟、提高半明半暗處圍巖穩定性等方法，通過觀察地表位移、拱頂下沉和周邊收斂的數據監測情況，反映出項目采用的關鍵技術是合理的。