千枚岩地质下偏压隧道变形地质原因分析及应对措施

　　摘要：吕河隧道位于十天高速旬阳联结线，出口以风化千枚岩为主，含少量石英片岩，节理发育，洞口右侧存在东西走向断层，裂隙水丰富，石英岩与千枚岩分层界线容易产生岩层下滑，地形、地层双作用偏压，出口段 V级围岩103m，最浅埋深仅4m，开挖断面15.1×10.5米,典型的大跨、浅埋、偏压隧道。在施工中多次出现塌方情况，本文总结施工中遇见的问题及应对方法，通过对地表、山体、洞内三方面的加固，总结出一整套千枚岩地质下偏压大跨隧道的施工方法，为陕南同类型隧道提供了施工指导和借鉴。

　　关键词：千枚岩  偏压隧道  地质原因  应对措施

　　一 工程概况

　　1．1吕河隧道位于十堰-天水高速公路A-CD40标陕西省安康市，里程LBK1+456- LBK2+030间，全长574m，出口端位于汉江河畔半山腰，地势极其陡峭，103米为偏压段浅埋层，在洞顶右上方有1984年的滑坡痕迹，垂直断裂带高约4米。地质以风化千枚岩为主，含少量石英片岩，节理发育层厚小于20cm，较为破碎。岩层自左向右倾35°- 60°（倾向北）与隧道夹角很小，拱墙部容易顺层塌方。洞口右侧存在东西走向断层，裂隙水丰富（初步估计断层在LBK0+960附近与隧道交汇）。地质构造存在偏压，石英岩与千枚岩分层界线容易产生岩层下滑。

　　2011年7月施工至LBK1+888时（距出口142米）初支多处发生开裂剥落、至9月6日偏压挡墙沿上导地面水平向出现2-3毫米裂缝，左侧明暗洞结合处喷射混凝土向外鼓起75毫米，拱顶出现不同程度喷射混凝土开裂、掉块现象，隧道右侧LBK1+970- LBK1+982段在拱脚部位开始出现纵向裂缝，裂缝处喷射混凝土大量掉块，外露钢拱架扭曲，外凸达20厘米，随时都有坍塌的危险，连夜进行钢支撑顶撑加固处理；2天后对侧隧道拱脚部位（隧道左侧LBK1+963- LBK1+982）出现混凝土剥落、拱架扭曲外鼓现象。

　　1．2隧道顶山体状况

　　1．2．1、临近洞口仰坡顶面处裂缝（距离坡体塌方面5-10m）：洞口仰坡顶面裂缝呈圆弧形分布，裂缝宽度达到5～25cm不等。

　　1．2．2、在坡顶村民宅基地处(距离塌方面约45m)：院子内裂缝宽度达到1～15cm不等；房屋内墙体及地面裂缝达0～2.5cm不等，上下楼顶的砼楼梯与墙体间均已产生裂缝；在宅基地两侧下方，裂缝宽度以及溜塌距离达到1～25cm不等；

　　1．2．3、在坡顶耕地内(距离塌方面约85m)，裂缝宽度达到1～50cm不等，土体明显下滑呈断裂状。

　　二  隧道变形地质原因分析

　　2．1、斜坡失稳的地质类型定性：

　　2．1．1、隧道通过的主体岩层为薄层状千枚岩，岩质软弱，层面极其发育，揉皱强烈，风化深重，在斜坡重力作用下，易沿陡山坡向下蠕变；

　　2．1．2、隧道出口二、三十米地段左侧恰位于地层分界面部位，千枚岩覆盖于坚硬的中、厚层石英片岩之上，且岩层界面倾向隧道，形成上软下硬的顺层不稳定结构（见图）。

　　2．1．3、岩层从左向右倾向隧道，倾角40～45度，是最容易形成临空面、产生向下滑移的角度。

　　2．1．4、隧道左侧为冲沟岸坡，顺层滑动具备临空的陡坡地形条件。

　　2．1．5、在千枚岩体中发育一小断层揉皱破碎带，在LBK1+920通过隧道，有7m宽破碎带，有泉水流出，说明千枚岩体中含水。

　　上述岩性、界面、产状、地形以及地下水等5方面不利组合，使隧道出口段成为极有利于产生顺层滑动的不稳定山体地段，尤其在雨季地表水大量下渗的条件下，极易产生向下滑移变形。地表存在的陡坎表明，可能在未开挖隧道之前，就发生过滑移变形。隧道内的变形和地表产生多条裂缝，表明2011年由于隧道开挖的扰动和雨水下渗，斜坡产生了较为明显下滑蠕动变形，致使隧道结构承受地层错动的作用而变形、开裂。

　　因此可以定性为：破碎软弱的千枚岩层，沿软硬岩层界面产生蠕动下滑变形。

　　2．2、可能产生的危害

　　由于目前造成所处山体斜坡不稳定的5方面地质因素及不利组合仍然存在，单纯在隧道内采取措施无法消除和对抗，存在发生更大范围或更大幅度下滑的可能，尤其是在雨季渗水使千枚岩软化、增重的条件下可能发生整体滑动，造成重大滑坡地质灾害，其后果是公路断道而无法补救，即使施工时未出现大灾害，在今后运营中也是长期隐患，对其产生后果应有充分估计，尽快采取根治措施。

　　三 处理隧道变形的原则

　　3．1、处理措施的基本原则

　　隧道施工时，严格遵循以下基本原则，以确保工程质量及施工安全。

　　1、先外后内，在先整治斜坡，确保山坡整体稳定的条件下，再继续隧道拱底施工。

　　2、隧道大里程方向右侧外山坡增设抗滑桩，确保斜坡坡脚和下部稳定。

　　3、尽快完成抗滑主体工程和地表防、排水和封闭工程。

　　4、根据中上部稳定和检算情况，研究确定中上部加固的措施。

　　5、洞内开挖施工，要研究和实施不诱发变形发展的施工程序和精细工艺。

　　6、隧道内主体工程施工时，要抓好施工工序细节，目的是为了初支早成环、二衬早封闭，从而确保施工质量和安全。要做到：步步为营、步步到位；

　　7、先加固后施工，边施工边加固，不安全不施工。施工主体时是在工程安全、施工人员安全的前提下进行的；

　　8、施工主体时，先易后难。比如：初期支护开裂严重地段先加固好，但不要开挖下部，因为不安全。安全地段、容易施工段要先施工、快施工；

　　9、隧道内主体施工时，还要遵守"二衬紧跟铺底、铺底紧跟支护、支护紧跟开挖"，实现"初支早成环、二衬早封闭"才能保证施工安全优质。

　　10、洞外地表开裂错落、蠕动等及洞内支护开裂、变形等，应做好监测、观察标记和资料记录及分析资料等形象工作。

　　四 处理隧道变形的措施

　　4．1、洞外：采用"抗、拉、注"三结合的措施进行吕河隧道综合治理。

　　4．1．1、"抗"：即在隧道出口明暗交界处与偏压墙顶平齐位置，沿山体圆弧状设置抗滑桩；同时在偏压拱墙外侧设置砼挡墙。

　　①、抗滑桩设置：沿山体圆弧状设置，高度与偏压墙顶平齐，结构尺寸2m×3m，抗滑桩截面长方向沿山体走向布设，共10根。桩与桩之间及顶部用坡脚挡墙和桩间挡墙连接，防止山体流滑、覆盖土流失。

　　②、砼挡墙：偏压拱墙外侧，明暗洞交界处向吕河大桥方向，设置宽度为5.0m的C25砼挡墙。墙基并采取如下抗滑措施：

　　基底：挡墙基底置于基岩内1.0m，同时在挡墙基底基岩内打入长4.0m、间距为1.5m×1.5m的R25锚杆(基岩下2.5m，基岩上留置于挡墙内1.5m)。

　　明暗洞交界处坡体段范围内：打入长度为4.5m、间距为1.5m×1.5m的R25锚杆(打入岩体3m，外留置于挡墙内1.5m)。

　　4．1．2、"拉"，即在抗滑桩顶以及仰坡面，设置预应力抗拉锚索。

　　⑴、桩顶锚索：在抗滑桩顶2米处预埋锚索孔道，斜下方25度角布置，长度60米，穿过隧道底3米以下，锚固在左侧坚硬的片状石英岩中，消除抗滑桩顶面自由挠度变形。

　　⑵、边仰坡：采用C25砼护面墙（厚度40cm），护面墙内设置钢筋骨架，参照格子梁设置；并设置间距为4m×4m的锚索，锚索长度35米m，边坡垂直于坡面布设，仰坡与隧道轴线呈45度布设，锚索型号为6φs15.2mm。

　　4．1．3、"注"，即注浆。

　　由于山体表层3-5米为泥质千枚岩，在自重力的作用下会产生蠕动下滑，极不稳定，尤其是千枚岩遇水融化的土质特性，在暴雨季节表现为线状泥石流，进而发展为次第牵引式滑坡，极易诱发隧道山体变形。应对现正处于蠕动的山体表层进行注浆，起到固结、防水作用，以从根源上稳固山体，以确保通车后的隧道安全。

　　4．2洞内：

　　4．2．1、对LBK1+963- LBK1+982段初支扭曲侵限部位继续用双20b工字钢立柱支撑，防止变形进一步加剧。

　　4．2．2、对LBK1+955- LBK2+023段左侧拱腰施做 2排￠108注浆无缝大导管，长度9-12米，间距1.2米,加强左侧山体的整体性和抗下滑力，为下导开挖提供安全保证。

　　4．2．3、在初支开裂严重段拱腰设置2排预应力锚索，排间距为2.5m，纵向间距为4.0m，长度不小于25m(具体长度根据现场钻芯样围岩情况再定)，对山体进行再加固。

　　4．2．4、对30米长的侵限段进行换拱处理，钢拱架型号由20b提高到22b，间距由60厘米加密为30厘米，强支撑抵抗地应力变形。

　　4．2．5、LBK1+955- LBK2+023二衬混凝土标号由C25提高到C30，二衬钢筋由￠22提高到￠25，间距由20厘米加密到15厘米。

　　由于采用了以上措施及严格遵守施工规范，吕河隧道初支变形再没有继续发展，于2011年12月2日顺利完成全部二衬施工，比计划工期提前了18天。

　　五  几点体会

　　千枚岩偏压隧道施工要点重在对地形的准确地质分析，通过稳山体、固地表、强支护的措施，首先保证山体的稳定，在隧道施工时才可能不因开挖的扰动而局部失稳，才能用常规的开挖方法确保施工安全。