中寨隧道不良地質及處理措施論述

李順中

貴州橋梁建設集團有限責任公司

摘要：中寨隧道是六枝至六盤水高速公路中的一條中長隧道，全長700多m。施工中碰到的不良地質主要有：進口端為粘土夾塊石堆積土；隧道中段有約70m全斷面高含水黃粘土；出口段為煤系地層順層。根據出現的不良地質問題，建設、設計、咨詢、監理、施工多次現場勘查并采用必要的處理措施，保證隧道施工安全并順利貫通。

關鍵詞：中寨隧道；不良地質；堆積體；黃粘土；煤系地層；偏壓

中寨隧道位于貴州省六盤水至鎮寧高速公路六盤水至六枝段第3合同段，為分離式隧道，其中左線里程ZK68+422～ZK69+160，全長738m，；右線里程YK68+440～YK69+200，全長760m。

轄區地層巖性：根據鉆探、物探及地質調繪，地層巖性由新至老為第四系全新統坡殘積（Q4dl+el）粉質黏土、角礫、碎石，二疊系下統梁山組（P1l）砂巖、砂巖夾薄層砂質泥巖、頁巖，石炭系上統馬平群（C3mp）灰巖。第四系土層主要為全新統坡殘積粉質黏土、角礫、碎石，主要分布于隧道進、出洞口斜面坡地帶及洞身地表，其結構特征如下：

粉質黏土（Q4dl+el）：灰褐色，黃褐色，可塑，含約3%角礫，粒徑2-10mm，分布不均勻。該層土進口段于石槽內、石芽之間星點狀、片狀、帶狀不連續分布，上部常見植物根分布，層厚0.5～1.0m，洞身地表及出口段連續分布。

角礫（Q4dl+el）：黃褐色，中密，稍濕，母巖成份為灰巖，粒徑2-20mm，尖棱狀，含量約55%，粉質黏土充填，分布不均。該層土進口段與石槽、石芽之間呈點狀、片狀、帶狀不連續分布，厚度不均，層厚1.0～6.1m。

碎石（Q4dl+el）：黃褐色，稍密，稍濕，母巖成份為砂巖，粒徑20-60mm，尖棱狀，含量約60%，粘性土充填，分布不均。該層土出口段連續分布，厚度不均，層厚1.0～3.5m。

基巖為二疊系下統梁山組（P1l）砂巖、砂巖夾薄層砂質泥巖、頁巖和石炭系上統馬平群（C3mp）灰巖，依據其巖石風化、節理裂隙發育程度及強度差異劃分為中風化一個風化巖帶：

中風化砂巖夾砂質泥巖、頁巖（P1l），呈層狀連續分布，砂質結構，中厚層構造，節理裂隙發育，呈放射狀，隙面見褐黃色～褐紅色鐵質浸染，巖質較硬，巖體較完整。

中風化灰巖（C3mp），呈層狀連續分布，隱晶質結構，中厚層構造，節理裂隙較發育，隙面見褐黃色～褐紅色鐵質浸染，巖質較硬，巖體較完整。

由地層巖性可判斷，隧道轄區工程地質條件極差。在施工中主要存在以下不良地質現象及處理措施：

1、進口段粘土夾塊石堆積土

該不良地質對洞口段造成的工程危害主要為：邊仰坡滑坡、隧道在開挖時容易造成冒頂式塌方，存在重大的安全和質量隱患。該隧道在施工完大管棚和套拱后，發現設計仰坡外50m自然坡面出現5～20 cm裂縫，并有局部坍陷；同時混凝土套拱也出現裂紋。這種情況說明隧道邊仰坡已經處于失穩狀態。針對出現的不良地質現象，決定對該段坡面實施地面小導管高壓預注漿處理，以提高圍巖強度，改善隧道成拱的作用；洞內采用CD法施工，以控制初支的變形和圍巖的穩定。

注漿實施方案：注漿材料采用水泥單液漿和水泥水玻璃雙液漿兩種，即外圍周邊孔采用雙液漿，內部采用水泥單液漿。當內部的地下水豐富，地下水活動較強，吸漿量大，注漿壓力不上升的情況下內外均采用雙液漿。為了選擇適合廣福隧道地表注漿的最佳漿液配合比，對各配合比的漿液性能作幾組有代表性的現場試驗，重點比較其凝結時間、抗拉強度及抗折強度。根據試驗結果及設備所能達到的要求，決定單漿液水灰比為0.5︰1，雙漿液水灰比為0.8︰1，而水玻璃和水泥的質量比為3︰20。注漿范圍可根據地質情況、地下水壓力大小和隧道施工方法等因素綜合確定。一般來說，注漿加固半徑為隧道開挖半徑的2～3倍，當地下水壓力過大或在水下施工時，應為隧道開挖半徑的4～6倍。本次地表注漿加固的豎向范圍為開挖輪廓拱頂以上8m至仰拱底以下2m；橫向范圍為開挖輪廓以外3.8m。注漿孔布設根據注漿試驗確定注漿的擴散半徑為1.5m，并通過現場對注漿壓力、注漿時，先行鉆孔，鉆孔孔徑為91mm；之后在鉆孔內放入42mm的鋼管，鋼管下半段鉆設孔徑φ10mm間距40mm呈梅花型布置的花孔；最后通過鋼管向圍巖注漿。注漿壓力是給予漿液在土層中滲透、擴散、劈裂及壓實的能量，其大小決定著注漿效果的好壞和費用的高低。注漿次序在設計注漿孔的排列時，一般原則是從外圍進行圍、堵、截，內部進行填、壓，以獲得良好的注漿效果。本段注漿順序為：整體注漿時先外圍后內部，并采取隔孔注漿方式；分段注漿先注溝側周邊孔，后注山側周邊孔。每孔又采取分節注漿的方式，每次注漿結束后及時清孔，以便保證下次順利壓注。注漿結束標準以注漿終壓和注漿量進行綜合判定。

2、全斷面高含水粘土：在施工過程中由于圍巖含水量激增，使其自穩能力大減，造成拱頂上部地表下沉，山體開裂，使已做好的拱部初期支護變形、開裂、下沉，使施工受阻。對YK68+920～YK68+955.7段已變形初支采取處理措施，采取打φ108的鋼管樁，拱圈基礎位置鋼管樁加密，初期支護以下增設每個為2m寬的臨時鋼筋混凝土套拱，每個套拱之間距離按3m進行設置，減少變形，逐級拆換已變形的初期支護。對未開挖段，嚴格按照微臺階法施工，臺階不宜超過5m，初期支護必須早封閉；要認真加固拱腳，保證拱腳位于原狀土上，拱腳所加臨時長鋼墊板；邊墻馬口跳槽開挖必須單側落底或雙側交錯落底，避免上部斷面兩側拱腳同時懸空；落底長度應視圍巖狀況而定，一般采用1m～3m，并不得大于6m；仰拱開挖前，宜架設臨時橫撐頂緊兩側墻腳，防止邊墻內擠，待仰拱混凝土達到混凝土強度70%才能拆除；量測工作必須及時，以觀察拱頂、拱腳和邊墻中部的位移值，當發現速率增大時，應立即澆筑二次襯砌，或先行構件支頂；當圍巖壓力極大，其變形速率難以收斂時，可先修筑臨時仰拱，并考慮采用其它開挖方法。設計變更和施工方案修改后，施工速度達到正常的月進尺。根據隧道周邊位移的量測結果，變形基本控制在1cm之間。表明結構是穩定的，應用該方法順利的通過了前方軟弱圍巖地段。

3、出口段煤系地層夾軟弱薄層順層：該隧道左洞出口端ZK69+150～ZK69+160段明洞套拱已基本施工完畢，ZK69+111～ZK69+150段暗洞已施工，出口端挖方路基已基本開挖至設計標高。2014年8月30日上午，出口端左洞邊仰坡出現坍塌，已施工好的明洞、套拱均被破壞，已開挖好的洞身被掩埋，洞身上方出現裂縫，縫寬最寬處約80cm。根據調查結合本段地質勘察資料分析，該段邊坡經工程切坡后，坡度變陡，破壞了原始水、土和植被環境，在大氣降雨的作用下，雨水順坡滲流至層間軟弱夾層，順層坡度25～30?，導致層間結合面抗剪強度降低，從而產生順層滑動。結合會議意見和現場實際情況對本段進行處治設計，具體設計方案如下：

1、對隧道左洞及左洞出口處路基段采用回填反壓處理，控制坡體變形進一步發展。

2、與ZK69+135～ZK69+189段右側設置抗滑樁支擋，ZK69+145～ZK69+189段抗滑樁截面尺寸2×3m，間距4m布設，樁長13～18m；ZK69+135～ZK69+145段抗滑樁截面尺寸2×2.5m，間距5m布設，樁長20～26m?？够瑯豆膊荚O18根，樁長共441m。ZK69+145～ZK69+189段抗滑樁樁間設置C20片石砼擋土墻。

3、路基段根據現有情況重新進行坡形坡率設計，左側邊坡坡率為1：0.75～1：1.5，坡面采用噴播植草灌防護，右側原則上盡量不擾動現有滑體，局部位置根據地面線情況適當修坡，坡率設置為1：1.5，坡面采用噴播植草灌防護，坡頂設山坡截水溝，加強排水。

通過對以上不良地質的處理，中寨隧道的施工安全和質量得到保證，實現了按期貫通的目標工期?？傊淼朗┕こ捌诘刭|勘測工作要做到精準，設計采用合理的支擋加固措施外，還必須采用科學有效的施工方法、工藝及程序，避免施工過程中隧道坍塌變形，邊坡失穩破壞，造成重大損失，甚至留下后患，影響邊坡的長期穩定和運營的安全。