隧道花崗巖蝕變段施工技術(shù)

青葉婷　肖永鵬

摘要：文章結(jié)合新柳南高速公路中望隧道施工實例，針對花崗巖蝕變段圍巖特征及地質(zhì)災(zāi)害，介紹了花崗巖蝕變段的塌方處治措施和圍巖支護變更方式，為類似高速公路花崗巖蝕變體隧道工程施工提供經(jīng)驗參考。

關(guān)鍵詞：隧道工程;花崗巖蝕變體;塌方處治;超強支護;監(jiān)控量測

中圖分類號：U455.4A190693

0 引言

花崗巖蝕變巖體是指在晚期侵入的花崗巖熱液及表生作用蝕變下，經(jīng)多次地層構(gòu)造作用及巖漿侵入影響，生成含大量親水性軟巖礦物的低強度巖體[1]，且?guī)r性混雜，結(jié)構(gòu)松散。根據(jù)被侵入巖體的不同，蝕變體巖性也有所不同，可能會產(chǎn)生高嶺土化、蒙脫石化、云母化、大理巖化、角巖化等蝕變，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且易發(fā)生不良地質(zhì)災(zāi)害，對隧道施工安全及隧道質(zhì)量安全產(chǎn)生嚴重的損害。如高嶺土化、蒙脫石化蝕變，均為親水性軟巖礦物，在水的作用下易膨脹、崩解及泥化，開挖過程中易產(chǎn)生突泥、滑坍，且作用在支護結(jié)構(gòu)上的土壓力超出承載范圍，易導(dǎo)致初支大變形。云母化蝕變，結(jié)構(gòu)面很發(fā)育，完整性差、破碎、松散、強度低，孔隙裂隙更加發(fā)育，巖體易產(chǎn)生塌方冒頂、大變形等病害。大理巖化侵蝕巖中多見溶蝕現(xiàn)象，差異風(fēng)化嚴重，巖塊顆粒之間膠結(jié)不牢固，成巖性差，整體強度較低，敲擊易碎，開挖過程中易產(chǎn)生坍塌等病害。角巖化蝕變巖為中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，細砂結(jié)構(gòu)，層理不清，巖石產(chǎn)生熱化學(xué)蝕變，巖體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育密集，巖體極破碎，巖石強度低，受蝕變作用的頁巖夾層極為軟弱，遇水易軟化，形成軟土狀，巖體滲水性差，整體強度低，易產(chǎn)生洞頂坍塌，擠出變形等病害。在隧道花崗巖蝕變段掘進施工時，清晰地判定圍巖地質(zhì)特征、穩(wěn)定性及周邊環(huán)境影響因素，嚴謹?shù)氖┕す芾矸椒皽蚀_有效的處置措施，對安全通過蝕變段起到關(guān)鍵作用。中望隧道花崗巖侵入砂巖發(fā)生蝕變，蝕變長度達50 m，在施工中發(fā)生坍塌。為進行病害的整治，結(jié)合工程地質(zhì)特征分析形成病害的地質(zhì)原因，提出經(jīng)濟可行的整治措施，順利通過花崗巖蝕變段，確保了施工安全及工程質(zhì)量安全，為今后類似花崗巖侵入砂巖的蝕變段施工提供技術(shù)參考。

1 工程概述

中望隧道位于南寧市賓陽縣昆侖鎮(zhèn)聯(lián)光村，起始樁號為：ZK178+870～ZK1780+560（1 690 m）/YK178+875～YK180+560（1 685 m）。隧道穿越低山丘陵山脊山谷，地面高程為188.30～513.70 m，相對高差約為325.40 m。隧道圍巖主要為寒武系第二段（∈b）砂巖和燕山晚期白堊紀（γη53）中風(fēng)化花崗巖。

1.1 花崗巖蝕變段圍巖特征及地質(zhì)災(zāi)害描述

中望隧道進口左洞掘進至ZK179+350段，發(fā)現(xiàn)花崗巖蝕變體，具體情況如下：

（1）ZK179+350～ZK179+362段開挖揭示地質(zhì)主要為：中風(fēng)化花崗巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，蝕變現(xiàn)象明顯，節(jié)理間白色結(jié)晶，觸感膩滑，爆破后巖體松散易塌落，地下水較發(fā)育，裂隙水呈線狀。

（2）ZK179+362～ZK179+386段隧道圍巖為強風(fēng)化花崗巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，蝕變現(xiàn)象明顯，節(jié)理間白色結(jié)晶，觸感膩滑，巖體自穩(wěn)性差，易塌落。開挖后拱頂?shù)魤K現(xiàn)象明顯，圍巖欠穩(wěn)定，未見裂隙水發(fā)育。2020-06-13掘進至ZK179+363段，拱頂下沉嚴重，2020-06-14發(fā)生掌子面塌方，塌方寬9 m，長5 m，高3 m。

（3）ZK179+386～ZK179+398段隧道圍巖為中風(fēng)化花崗巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理間白色結(jié)晶，觸感膩滑，爆破后拱頂兩側(cè)巖體較松散破碎，未見地下水發(fā)育，無滲水現(xiàn)象。

（4）ZK179+398～ZK179+408.6段隧道圍巖為中風(fēng)化花崗巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，爆破后拱頂兩側(cè)巖體較松散破碎，地下水發(fā)育，滲水呈滴水狀。

（5）ZK179+408.6～ZK179+420.6段隧道圍巖為中風(fēng)化砂巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，爆破后巖體較為破碎，地下水發(fā)育，掌子面呈滴水狀。

由此可見，花崗巖蝕變發(fā)生在與砂巖的接觸面上，可以通過加強超前鉆探及地質(zhì)預(yù)報，分析預(yù)判是否存在花崗巖蝕變體。

1.2 監(jiān)控量測特征

根據(jù)地質(zhì)條件和工程特點，本隧道按每10 m設(shè)置一個觀測斷面，每個斷面在拱頂設(shè)置1個拱頂下沉觀測點，在拱腰及拱腳設(shè)置2對位移觀測點，同時按1次/d的頻率進行檢測。圍巖地質(zhì)條件較差、較復(fù)雜時，可適當(dāng)加密監(jiān)測斷面。拱頂下沉及周邊收斂測點布置如圖1所示。

根據(jù)塌方段監(jiān)控量測結(jié)果（表1）顯示，2020-06-13，ZK179+342處拱頂初支開始發(fā)生激烈下沉，下沉速率達1.24 mm/d。當(dāng)超過1.00 mm/d時項目啟動應(yīng)急響應(yīng)，啟動預(yù)警，撤離人員，并加強對圍巖穩(wěn)定性進行監(jiān)控檢測。6月14日下沉速率8.00 mm/d，出現(xiàn)塌方，且初支發(fā)生變形，水平收斂達13.4 mm/d。至6月16日拱頂下沉速率恢復(fù)正常，但水平收斂最大達到1.04 mm。6月17日拱頂下沉及水平上收斂恢復(fù)正常，撤銷預(yù)警。

2 花崗巖蝕變段施工技術(shù)

2.1 塌方處理

（1）ZK179+363掌子面塌方采用回填處理，在洞內(nèi)圍巖基本穩(wěn)定后，加強監(jiān)控量測，在塌方區(qū)基本穩(wěn)定后，對塌方體進行回填反壓，防止塌方進一步擴大，當(dāng)發(fā)現(xiàn)較大變形時增加臨時支撐。

（2）對掌子面前方圍巖進行超前鉆探，做好鉆探紀要，探明掌子面前方圍巖情況，鉆孔終孔要求輻射至掌子面開挖輪廓面外≥5 m。

（3）在塌方臨空面進行噴射混凝土處理，以封閉和穩(wěn)定巖面。在塌方體位置打設(shè)泵送管回填C25混凝土，并從上至下分層清理回填土體。

（4）初支外輪廓與回填混凝土間若存在塌方體墟渣，應(yīng)注漿加固。

（5）塌方體造成二襯侵蝕的，應(yīng)對侵陷區(qū)域進行徑向注漿。

（6）塌方體造成初支砸塌或拉裂的，在處理塌方體后對初支進行逐榀換拱，并采用6 m長雙層小導(dǎo)管進行超前支護，打設(shè)雙層鎖腳小導(dǎo)管，實現(xiàn)初支封閉。

2.2 圍巖與支護方式變更

在隧道掘進過程中每日觀測掌子面圍巖情況，當(dāng)現(xiàn)場圍巖情況與設(shè)計不符時應(yīng)對圍巖等級及支護類型進行調(diào)整變更（表2）。

2.3 監(jiān)控量測

采取相應(yīng)的措施處理塌方體，加強支護，之后一個月內(nèi)趨于穩(wěn)定，沒有發(fā)生劇烈變形，變形速率小于規(guī)定值1 mm/d（見表3），證明處治結(jié)果有效。

施工中按時準確地進行現(xiàn)場監(jiān)控量測，對量測數(shù)據(jù)進行分析處理與必要的計算后，判定圍巖的穩(wěn)定性，及時預(yù)報險情，并采取相應(yīng)的措施，是隧道特殊地質(zhì)風(fēng)險防范最根本有效的方式。同時也為修正和確定隧道初期支護參數(shù)、二次襯砌施作時間提供參考依據(jù)。當(dāng)位移-時間曲線出現(xiàn)反常的急驟變化現(xiàn)象時，表明圍巖的支護已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)加強監(jiān)視并適當(dāng)加強支護，必要時立即停止開挖，并進行施工處理。

3 結(jié)語

在高速公路隧道工程施工過程當(dāng)中，可能會遇到花崗巖蝕變體，對存在花崗巖與其他巖層有接觸面的，應(yīng)加強超前地質(zhì)預(yù)報及超前地質(zhì)鉆探，加強掌子面圍巖觀測，及時調(diào)整開挖方式及支護形式，加大超前支護力度，避免塌方或初支大變形等災(zāi)害。本文介紹了花崗巖蝕變段圍巖特征，通過對花崗巖蝕變段塌方處治及圍巖與支護形式變更等方式，并結(jié)合監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，確保了施工安全，為今后類似隧道工程施工提供參考。

參考文獻

[1]景 睿.花崗巖蝕變巖體隧道施工控制技術(shù)[J].低碳世界，2020，10（6）：163-164，166.

作者簡介：

青葉婷（1994—），助理工程師，主要從事公路工程隧道施工技術(shù)管理工作;

肖永鵬（1995—），助理工程師，主要從事公路工程隧道施工技術(shù)管理工作。