鸡口山隧道塌方处理与超前地质预报技术的应用

邹永艳，崩建平，黄功伟

(湖北省交通规划设计院)

鸡口山隧道塌方处理与超前地质预报技术的应用

邹永艳，崩建平，黄功伟

(湖北省交通规划设计院)

针对鸡口山隧道地质复杂、断裂破碎带多、岩溶发育及施工过程中多次出现塌方、涌水情况，介绍了鸡口山隧道塌方处理方法，超前地质预报技术在施工和动态设计中的应用。

塌方;超前地质预报;动态设计

1 工程概况

鸡口山隧道是湖北杭瑞高速公路的重点控制性工程，隧道设计为分离式隧道，左洞起讫桩号为ZK81+920～ZK84+889，长2 969 m，右洞起讫桩号为 YK81+923.5 ～YK84+907.5长2 984 m，设计行车速度为100 km/h。隧道左、右洞净距为22～35 m，穿过的山体地形起伏较大，最大埋深319 m。

2 工程地质、水文地质

2.1 工程地质

鸡口山隧道处于构造溶蚀～剥蚀低山区坑口背斜北翼，背斜北翼发育四组节理，岩体被切割呈碎块状。隧道区地表可见3条断裂，分别为F15-1、F15、F16。3条断裂均为早期的EW向断裂，以张扭性为特征，破碎带宽15～30 m，倾向350～15°，倾角一般72～82°，后期有硅质热液充填，并在断裂旁侧形成劈理带，造成岩体极为破碎。详勘物探推测3条断裂，分别为 F-1、F-2、F-3。

隧道区地层岩性为志留系下统新滩组(S1x)页岩，奥陶系上统龙马溪组(O3S1l)炭质页岩，奥陶系下统南津关组(O1n)厚层状白云质灰岩，寒武系石龙洞组(∈1sl)白云岩、粉砂质页岩。

2.2 水文地质

隧道区的地下水主要为基岩裂隙水、岩溶水。

基岩裂隙水赋存于页岩、炭质页岩的风化裂隙中，主要接受大气降水、上覆层下渗等方式补给;岩溶水赋存于寒武系、奥陶系灰岩、白云岩层中，受层间裂隙、节理、断层及溶蚀洞穴发育程控制，岩溶发育段水量丰富。在隧道进口2～2.5 km附近出露多个较大岩溶泉，泉口高程高出隧道进口25 m左右。其中在隧道进口左侧2.5 km杨畈处一岩溶泉冬季流量约0.5 t/s，夏季流量约1.5 t/s，进口右侧约2 km大孟处一带有四个溶泉，冬季一般约0.1 t/s左右。在隧道近出口有岩溶泉出露，泉口标高约220 m，泉流量约0.8 L/s。

3 隧道塌方处理

3.1 塌方位置及规模

鸡口山隧道岩溶发育，受断裂破碎带影响，围岩破碎。施工期间围岩复杂多变，掌子面处多次发生不同程度的塌方。主要塌方及规模如表1。

表1 鸡口山隧道施工期间主要塌方一览表

3.2 塌方处理

塌方处理以“先稳后穿”的理念进行。在处理隧道塌方之前，先稳定塌方体及塌方影响段已施工的初期支护。

稳定塌方体主要采用隧道洞渣进行反压回填，并以此作为塌方处理开挖的施工平台。塌方影响段处理根据已施工的初期支护变形情况，二次衬砌离塌方处的距离进行综合确定。在本隧道塌方处理中，塌方影响段5～10 m的初期支护采用18工字钢进行环向或竖向井子型临时支撑，初期支护采用小导管径向注浆加固，确保塌方处理过程中后方支护的安全。

塌方处理时，对塌方体采取大外插角单层或双层超前小导管进行注浆加固，注浆加固后，采用三台阶法进行施工，以“强支护，短进尺，局部弱爆破”进行穿越塌方体。对于塌方规模小、无水地段，采用单层外插角30°的超前注浆小导管进行注浆加固;对于塌方规模大、塌方体内涌水地段，采用双层超前注浆小导管进行注浆加固，外层注浆小导管外插角为30°～45°，用于固结塌方体和堵水，内层外插角10°，用于增加超前支护的刚度，内、外层小导管梅花型布置。小导管均采用 φ42 ×3.5 mm，长4.5 m 钢花管，纵向间距2 ～2.5 m，环向间距0.4 m;小导管注浆材料无水地段采用纯水泥浆，涌水地段采用水泥浆、水玻璃双液浆;注浆初压0.5～1 MPa，终压1.5 MPa。塌方区双层注浆小导管设计见图1所示。

塌方体范围内初期支护采用18或20b工字钢，工字钢纵向间距0.5 m，开挖进尺每循环控制在0.6 m以内，并加大开挖预留变形量至15～20 cm，二次衬砌采用60 cm厚C25钢筋混凝土。

图1 塌方区双层注浆小导管纵面布置示意图

4 超前地质预报及动态设计

鸡口山隧道地质复杂、岩溶发育，并穿过多条断裂破碎带，通过超前地质预报，可及时预测前方地质情况，调整隧道支护参数和施工方法，避免隧道施工过程中突水、突泥事故的发生，减少围岩突变及断层破碎带地段塌方的发生。

鸡口山隧道采用地质雷达TRT物探，RPD-150C多功能快速钻机超前钻探。施工过程中以TRT物探为主，每次探测长度为50～150 m，通过对收集到的各类地震波信号的综合分析处理，绘制出三维全息岩土地质结构图像。施工时根据地质预报成果，对掌子面前方地质异常地段及时调整施工方案，减少了隧道塌方事故的发生。

超前钻探的段落为ZK84+915～ZK84+004，该段围岩受出露地表断层F15和详勘阶段物探推测断层F-2影响，围岩破碎，详勘钻探时地下水位高于隧道设计标高达35 m。该段地质纵断面见图2所示。

图2 左洞断裂破碎带发育地段纵断面图/m

2010年7月31日，当隧道掌子面施工至ZK84+004时，掌子面围岩为碎裂状强风化白云质灰岩与深灰色中风化白云质灰岩互存，局部岩体表面铁质浸染，结构面呈褐黄色;节理、裂隙发育，右侧节理裂隙张开3～5 mm，有泥质充填;受结构面切割，围岩较破碎，多呈碎块状、块状镶嵌状结构，围岩自稳能力差，掌子面及拱顶掉块时有发生。掌子面地下水较发育，上部较潮湿，右侧底部有一股状涌水，水质较清澈，初略估计总涌水量约5～10 L/s。

该段施工图设计采用超前帷幕注浆进行超前支护。考虑超前帷幕注浆施工工序复杂，施工周期长，工程造价高，其一般用于高承压水地段。为确定该地段围岩破碎程度及岩溶发育情况，采用了“RPD-150C多功能快速钻机”进行超前水平钻探。钻孔数量1个，即ZK1，钻孔位置示意图如图3所示。

图3 ZK84+004掌子面超前水平钻探钻孔位置示意图

超前水平钻孔深度89 m，在钻进过程中仪器自动生成“钻速及破坏能”曲线图。根据钻进过程记录及钻探成果资料，综合推断出该段围岩掌子面前方无高承压水，掌子面多处存在软弱夹层及岩溶填充物。根据超前地质预报成果，现场变更取消了施工图设计的超前帷幕注浆加固方案，采用双层超前注浆小导管注浆进行加固，在施工过程中未发生塌方和突泥事故，节约隧道工程造价，并加快工程施工进度。

5 小结

不良地质及岩溶发育地区隧道的修建，在施工过程中容易发生塌方及涌水、突泥事故，特别是当掌子面围岩突变时，难以引起施工人员的警觉，导致隧道发生塌方，严重时出现工程事故。通过超前地质预报，施工人员可预先了解掌子面前方围岩情况，在开挖、支护过程中提前采取相应的处理手段，减少施工过程中塌方发生，避免塌方产生人员伤亡事故。

小导管注浆施工速度快，布设灵活，质量容易控制，在处理塌方过程中应用广泛。地质雷达预报速度快，对隧道施工进度影响小，对施工具有指导作用。

［1］重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范(JTG D70-2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］交通部重庆公路科学研究所.公路隧道施工技术规范(JTJ042-94)［S］.北京:人民交通出版社，1995.

U442

C

1008-3383(2013)03-0116-02

2012-09-13

邹永艳(1978-)，男，工程师，主要从事公路隧道勘察、设计工作。