中寨隧道不良地质及处理措施论述

李顺中

贵州桥梁建设集团有限责任公司

摘要：中寨隧道是六枝至六盘水高速公路中的一条中长隧道，全长700多m。施工中碰到的不良地质主要有：进口端为粘土夹块石堆积土；隧道中段有约70m全断面高含水黄粘土；出口段为煤系地层顺层。根据出现的不良地质问题，建设、设计、咨询、监理、施工多次现场勘查并采用必要的处理措施，保证隧道施工安全并顺利贯通。

关键词：中寨隧道；不良地质；堆积体；黄粘土；煤系地层；偏压

中寨隧道位于贵州省六盘水至镇宁高速公路六盘水至六枝段第3合同段，为分离式隧道，其中左线里程ZK68+422～ZK69+160，全长738m，；右线里程YK68+440～YK69+200，全长760m。

辖区地层岩性：根据钻探、物探及地质调绘，地层岩性由新至老为第四系全新统坡残积（Q4dl+el）粉质黏土、角砾、碎石，二叠系下统梁山组（P1l）砂岩、砂岩夹薄层砂质泥岩、页岩，石炭系上统马平群（C3mp）灰岩。第四系土层主要为全新统坡残积粉质黏土、角砾、碎石，主要分布于隧道进、出洞口斜面坡地带及洞身地表，其结构特征如下：

粉质黏土（Q4dl+el）：灰褐色，黄褐色，可塑，含约3%角砾，粒径2-10mm，分布不均匀。该层土进口段于石槽内、石芽之间星点状、片状、带状不连续分布，上部常见植物根分布，层厚0.5～1.0m，洞身地表及出口段连续分布。

角砾（Q4dl+el）：黄褐色，中密，稍湿，母岩成份为灰岩，粒径2-20mm，尖棱状，含量约55%，粉质黏土充填，分布不均。该层土进口段与石槽、石芽之间呈点状、片状、带状不连续分布，厚度不均，层厚1.0～6.1m。

碎石（Q4dl+el）：黄褐色，稍密，稍湿，母岩成份为砂岩，粒径20-60mm，尖棱状，含量约60%，粘性土充填，分布不均。该层土出口段连续分布，厚度不均，层厚1.0～3.5m。

基岩为二叠系下统梁山组（P1l）砂岩、砂岩夹薄层砂质泥岩、页岩和石炭系上统马平群（C3mp）灰岩，依据其岩石风化、节理裂隙发育程度及强度差异划分为中风化一个风化岩带：

中风化砂岩夹砂质泥岩、页岩（P1l），呈层状连续分布，砂质结构，中厚层构造，节理裂隙发育，呈放射状，隙面见褐黄色～褐红色铁质浸染，岩质较硬，岩体较完整。

中风化灰岩（C3mp），呈层状连续分布，隐晶质结构，中厚层构造，节理裂隙较发育，隙面见褐黄色～褐红色铁质浸染，岩质较硬，岩体较完整。

由地层岩性可判断，隧道辖区工程地质条件极差。在施工中主要存在以下不良地质现象及处理措施：

1、进口段粘土夹块石堆积土

该不良地质对洞口段造成的工程危害主要为：边仰坡滑坡、隧道在开挖时容易造成冒顶式塌方，存在重大的安全和质量隐患。该隧道在施工完大管棚和套拱后，发现设计仰坡外50m自然坡面出现5～20 cm裂缝，并有局部坍陷；同时混凝土套拱也出现裂纹。这种情况说明隧道边仰坡已经处于失稳状态。针对出现的不良地质现象，决定对该段坡面实施地面小导管高压预注浆处理，以提高围岩强度，改善隧道成拱的作用；洞内采用CD法施工，以控制初支的变形和围岩的稳定。

注浆实施方案：注浆材料采用水泥单液浆和水泥水玻璃双液浆两种，即外围周边孔采用双液浆，内部采用水泥单液浆。当内部的地下水丰富，地下水活动较强，吸浆量大，注浆压力不上升的情况下内外均采用双液浆。为了选择适合广福隧道地表注浆的最佳浆液配合比，对各配合比的浆液性能作几组有代表性的现场试验，重点比较其凝结时间、抗拉强度及抗折强度。根据试验结果及设备所能达到的要求，决定单浆液水灰比为0.5︰1，双浆液水灰比为0.8︰1，而水玻璃和水泥的质量比为3︰20。注浆范围可根据地质情况、地下水压力大小和隧道施工方法等因素综合确定。一般来说，注浆加固半径为隧道开挖半径的2～3倍，当地下水压力过大或在水下施工时，应为隧道开挖半径的4～6倍。本次地表注浆加固的竖向范围为开挖轮廓拱顶以上8m至仰拱底以下2m；横向范围为开挖轮廓以外3.8m。注浆孔布设根据注浆试验确定注浆的扩散半径为1.5m，并通过现场对注浆压力、注浆时，先行钻孔，钻孔孔径为91mm；之后在钻孔内放入42mm的钢管，钢管下半段钻设孔径φ10mm间距40mm呈梅花型布置的花孔；最后通过钢管向围岩注浆。注浆压力是给予浆液在土层中渗透、扩散、劈裂及压实的能量，其大小决定着注浆效果的好坏和费用的高低。注浆次序在设计注浆孔的排列时，一般原则是从外围进行围、堵、截，内部进行填、压，以获得良好的注浆效果。本段注浆顺序为：整体注浆时先外围后内部，并采取隔孔注浆方式；分段注浆先注沟侧周边孔，后注山侧周边孔。每孔又采取分节注浆的方式，每次注浆结束后及时清孔，以便保证下次顺利压注。注浆结束标准以注浆终压和注浆量进行综合判定。

2、全断面高含水粘土：在施工过程中由于围岩含水量激增，使其自稳能力大减，造成拱顶上部地表下沉，山体开裂，使已做好的拱部初期支护变形、开裂、下沉，使施工受阻。对YK68+920～YK68+955.7段已变形初支采取处理措施，采取打φ108的钢管桩，拱圈基础位置钢管桩加密，初期支护以下增设每个为2m宽的临时钢筋混凝土套拱，每个套拱之间距离按3m进行设置，减少变形，逐级拆换已变形的初期支护。对未开挖段，严格按照微台阶法施工，台阶不宜超过5m，初期支护必须早封闭；要认真加固拱脚，保证拱脚位于原状土上，拱脚所加临时长钢垫板；边墙马口跳槽开挖必须单侧落底或双侧交错落底，避免上部断面两侧拱脚同时悬空；落底长度应视围岩状况而定，一般采用1m～3m，并不得大于6m；仰拱开挖前，宜架设临时横撑顶紧两侧墙脚，防止边墙内挤，待仰拱混凝土达到混凝土强度70%才能拆除；量测工作必须及时，以观察拱顶、拱脚和边墙中部的位移值，当发现速率增大时，应立即浇筑二次衬砌，或先行构件支顶；当围岩压力极大，其变形速率难以收敛时，可先修筑临时仰拱，并考虑采用其它开挖方法。设计变更和施工方案修改后，施工速度达到正常的月进尺。根据隧道周边位移的量测结果，变形基本控制在1cm之间。表明结构是稳定的，应用该方法顺利的通过了前方软弱围岩地段。

3、出口段煤系地层夹软弱薄层顺层：该隧道左洞出口端ZK69+150～ZK69+160段明洞套拱已基本施工完毕，ZK69+111～ZK69+150段暗洞已施工，出口端挖方路基已基本开挖至设计标高。2014年8月30日上午，出口端左洞边仰坡出现坍塌，已施工好的明洞、套拱均被破坏，已开挖好的洞身被掩埋，洞身上方出现裂缝，缝宽最宽处约80cm。根据调查结合本段地质勘察资料分析，该段边坡经工程切坡后，坡度变陡，破坏了原始水、土和植被环境，在大气降雨的作用下，雨水顺坡渗流至层间软弱夹层，顺层坡度25～30?，导致层间结合面抗剪强度降低，从而产生顺层滑动。结合会议意见和现场实际情况对本段进行处治设计，具体设计方案如下：

1、对隧道左洞及左洞出口处路基段采用回填反压处理，控制坡体变形进一步发展。

2、与ZK69+135～ZK69+189段右侧设置抗滑桩支挡，ZK69+145～ZK69+189段抗滑桩截面尺寸2×3m，间距4m布设，桩长13～18m；ZK69+135～ZK69+145段抗滑桩截面尺寸2×2.5m，间距5m布设，桩长20～26m。抗滑桩共布设18根，桩长共441m。ZK69+145～ZK69+189段抗滑桩桩间设置C20片石砼挡土墙。

3、路基段根据现有情况重新进行坡形坡率设计，左侧边坡坡率为1：0.75～1：1.5，坡面采用喷播植草灌防护，右侧原则上尽量不扰动现有滑体，局部位置根据地面线情况适当修坡，坡率设置为1：1.5，坡面采用喷播植草灌防护，坡顶设山坡截水沟，加强排水。

通过对以上不良地质的处理，中寨隧道的施工安全和質量得到保证，实现了按期贯通的目标工期。总之隧道施工除前期地质勘测工作要做到精准，设计采用合理的支挡加固措施外，还必须采用科学有效的施工方法、工艺及程序，避免施工过程中隧道坍塌变形，边坡失稳破坏，造成重大损失，甚至留下后患，影响边坡的长期稳定和运营的安全。