中寨隧道不良地質(zhì)及處理措施論述

李順中

貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)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(zhì)主要有：進(jìn)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(jù)出現(xiàn)的不良地質(zhì)問題，建設(shè)、設(shè)計、咨詢、監(jiān)理、施工多次現(xiàn)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(guān)鍵詞：中寨隧道；不良地質(zhì)；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(zhèn)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(qū)地層巖性：根據(jù)鉆探、物探及地質(zhì)調(diào)繪，地層巖性由新至老為第四系全新統(tǒng)坡殘積（Q4dl+el）粉質(zhì)黏土、角礫、碎石，二疊系下統(tǒng)梁山組（P1l）砂巖、砂巖夾薄層砂質(zhì)泥巖、頁巖，石炭系上統(tǒng)馬平群（C3mp）灰?guī)r。第四系土層主要為全新統(tǒng)坡殘積粉質(zhì)黏土、角礫、碎石，主要分布于隧道進(jìn)、出洞口斜面坡地帶及洞身地表，其結(jié)構(gòu)特征如下：

粉質(zhì)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(jìn)口段于石槽內(nèi)、石芽之間星點狀、片狀、帶狀不連續(xù)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(xù)分布。

角礫（Q4dl+el）：黃褐色，中密，稍濕，母巖成份為灰?guī)r，粒徑2-20mm，尖棱狀，含量約55%，粉質(zhì)黏土充填，分布不均。該層土進(jìn)口段與石槽、石芽之間呈點狀、片狀、帶狀不連續(xù)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(xù)分布，厚度不均，層厚1.0～3.5m。

基巖為二疊系下統(tǒng)梁山組（P1l）砂巖、砂巖夾薄層砂質(zhì)泥巖、頁巖和石炭系上統(tǒng)馬平群（C3mp）灰?guī)r，依據(jù)其巖石風(fēng)化、節(jié)理裂隙發(fā)育程度及強度差異劃分為中風(fēng)化一個風(fēng)化巖帶：

中風(fēng)化砂巖夾砂質(zhì)泥巖、頁巖（P1l），呈層狀連續(xù)分布，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈放射狀，隙面見褐黃色～褐紅色鐵質(zhì)浸染，巖質(zhì)較硬，巖體較完整。

中風(fēng)化灰?guī)r（C3mp），呈層狀連續(xù)分布，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，隙面見褐黃色～褐紅色鐵質(zhì)浸染，巖質(zhì)較硬，巖體較完整。

由地層巖性可判斷，隧道轄區(qū)工程地質(zhì)條件極差。在施工中主要存在以下不良地質(zhì)現(xiàn)象及處理措施：

1、進(jìn)口段粘土夾塊石堆積土

該不良地質(zhì)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(zhì)量隱患。該隧道在施工完大管棚和套拱后，發(fā)現(xiàn)設(shè)計仰坡外50m自然坡面出現(xiàn)5～20 cm裂縫，并有局部坍陷；同時混凝土套拱也出現(xiàn)裂紋。這種情況說明隧道邊仰坡已經(jīng)處于失穩(wěn)狀態(tài)。針對出現(xiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象，決定對該段坡面實施地面小導(dǎo)管高壓預(yù)注漿處理，以提高圍巖強度，改善隧道成拱的作用；洞內(nèi)采用CD法施工，以控制初支的變形和圍巖的穩(wěn)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(nèi)部采用水泥單液漿。當(dāng)內(nèi)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(nèi)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(xiàn)場試驗，重點比較其凝結(jié)時間、抗拉強度及抗折強度。根據(jù)試驗結(jié)果及設(shè)備所能達(dá)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(zhì)量比為3︰20。注漿范圍可根據(jù)地質(zhì)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(dāng)?shù)叵滤畨毫^大或在水下施工時，應(yīng)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(shè)根據(jù)注漿試驗確定注漿的擴散半徑為1.5m，并通過現(xiàn)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(nèi)放入42mm的鋼管，鋼管下半段鉆設(shè)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(shè)計注漿孔的排列時，一般原則是從外圍進(jìn)行圍、堵、截，內(nèi)部進(jìn)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(nèi)部，并采取隔孔注漿方式；分段注漿先注溝側(cè)周邊孔，后注山側(cè)周邊孔。每孔又采取分節(jié)注漿的方式，每次注漿結(jié)束后及時清孔，以便保證下次順利壓注。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以注漿終壓和注漿量進(jìn)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(wěn)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(hù)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(chǔ)位置鋼管樁加密，初期支護(hù)以下增設(shè)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(jìn)行設(shè)置，減少變形，逐級拆換已變形的初期支護(hù)。對未開挖段，嚴(yán)格按照微臺階法施工，臺階不宜超過5m，初期支護(hù)必須早封閉；要認(rèn)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(cè)落底或雙側(cè)交錯落底，避免上部斷面兩側(cè)拱腳同時懸空；落底長度應(yīng)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(shè)臨時橫撐頂緊兩側(cè)墻腳，防止邊墻內(nèi)擠，待仰拱混凝土達(dá)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(dāng)發(fā)現(xiàn)速率增大時，應(yīng)立即澆筑二次襯砌，或先行構(gòu)件支頂；當(dāng)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(shè)計變更和施工方案修改后，施工速度達(dá)到正常的月進(jìn)尺。根據(jù)隧道周邊位移的量測結(jié)果，變形基本控制在1cm之間。表明結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，應(yīng)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(shè)計標(biāo)高。2014年8月30日上午，出口端左洞邊仰坡出現(xiàn)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(xiàn)裂縫，縫寬最寬處約80cm。根據(jù)調(diào)查結(jié)合本段地質(zhì)勘察資料分析，該段邊坡經(jīng)工程切坡后，坡度變陡，破壞了原始水、土和植被環(huán)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(dǎo)致層間結(jié)合面抗剪強度降低，從而產(chǎn)生順層滑動。結(jié)合會議意見和現(xiàn)場實際情況對本段進(jìn)行處治設(shè)計，具體設(shè)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(jìn)一步發(fā)展。

2、與ZK69+135～ZK69+189段右側(cè)設(shè)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(shè)，樁長13～18m；ZK69+135～ZK69+145段抗滑樁截面尺寸2×2.5m，間距5m布設(shè)，樁長20～26m。抗滑樁共布設(shè)18根，樁長共441m。ZK69+145～ZK69+189段抗滑樁樁間設(shè)置C20片石砼擋土墻。

3、路基段根據(jù)現(xiàn)有情況重新進(jìn)行坡形坡率設(shè)計，左側(cè)邊坡坡率為1：0.75～1：1.5，坡面采用噴播植草灌防護(hù)，右側(cè)原則上盡量不擾動現(xiàn)有滑體，局部位置根據(jù)地面線情況適當(dāng)修坡，坡率設(shè)置為1：1.5，坡面采用噴播植草灌防護(hù)，坡頂設(shè)山坡截水溝，加強排水。

通過對以上不良地質(zhì)的處理，中寨隧道的施工安全和質(zhì)量得到保證，實現(xiàn)了按期貫通的目標(biāo)工期?？傊淼朗┕こ捌诘刭|(zhì)勘測工作要做到精準(zhǔn)，設(shè)計采用合理的支擋加固措施外，還必須采用科學(xué)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(wěn)破壞，造成重大損失，甚至留下后患，影響邊坡的長期穩(wěn)定和運營的安全。