山西省长平高速公路杜公岭隧道特殊水文地质病害变形机理与处治技术

2016-11-15张王雷

山西交通科技 2016年6期

张王雷

（山西省第三地质工程勘察院，山西晋中 030600）

1 工程与病害概况

1.1 工程概况

杜公岭隧道为上下行分离四车道长隧道，左洞全长2 474 m，右洞全长2 515 m。左、右洞中线距离40 m，隧道最大埋深231 m。线路走向近东西向，进口端设计底板标高1 269.11 m，出口端设计底板标高1 206.5 m，设计纵坡2.65%～2.90%，路面整体东高西低。隧道洞身穿过的地层围岩主要为碳酸盐岩类地层。

1.2 病害概况

至2014年4月隧道病害加剧，隧道停止通行，病害总长度达1 km，出现的病害有衬砌裂缝、路面隆起、脱空、开裂、电缆沟变形及二衬滴渗水。

a）隧道衬砌裂缝病害段左右洞各达1 km，分布位置边墙居多，拱腰、拱顶较少；裂缝形式主要表现为环向、纵向和斜向裂缝，可见裂缝宽度均是外宽内窄，局部伴有衬砌崩裂和拱顶掉块现象。

b）病害段部分地段路面隆起、脱空、开裂现象严重。路面脱空段左洞507 m，右洞543 m，最大脱空达15 cm；路面隆起段左洞217 m，右洞215 m，最大隆起达65 cm；路面裂缝最大宽度20 mm，伴生于路面隆起及脱空段。

c）电缆沟变形段总长524 m，变形特征以电缆沟内倾、开裂为主，左洞病害段长483 m，右洞长162 m。

d）隧道二次衬砌局部渗水、滴水现象明显。

2 病害段隧道结构检测

以《公路工程质量检测评定标准》对隧道断面、二衬强度、二衬厚度、二衬钢筋设置、仰拱设置等进行检测（表1），可见隧道结构均满足标准的要求。

表1 隧道结构检测统计表

3 隧道地质条件与成因分析

3.1 隧道工程地质、水文地质条件

隧址区褶皱发育，但褶皱规模不大，岩层局部变形，为开阔褶皱，岩层倾角较小；洞体中部发育逆断层1条，断层与隧道近正交，倾角85°，断距约20～30 m，可见2～3 m厚破碎带，该断层在隧址区地表可见延伸长度约300 m。隧道洞身山体顶部分布有宽4～10 m，可见深度1.5～9 m铁矿采坑数十个（图1）。

图1 杜公岭隧道工程地质剖面图（单位：m）

病害段隧道围岩为碳酸盐岩地层夹石膏岩，石膏分布呈蜂窝状，为非连续分布。在勘查过程中揭露石膏并化验（表2）。

表2 钻孔石膏岩化验统计表

区内地下水为上层滞水，降雨入渗是区内地下水的唯一补给来源。

3.2 变形机理分析

a）隧道开挖、建设改变隧址区地下水渗透条件隧道的开挖阻断了原有地下水渗透通道，隧道隔水系统使入渗水在隧道洞身聚集，隧道基底成为地下水的排泄面与汇水廊道。

b）区内构造作用病害段主要发育于断层以西，断裂构造使病害段围岩为泥灰岩及石膏夹层；洞顶采矿坑的集中分布，为地表水的入渗提供了良好储水条件，断裂构造也为地下水下渗提供了良好通道。

c）石膏与地下水共同作用石膏具有吸水膨胀、失水收缩的变形特征，雨季基底围岩吸水饱和后体积膨胀，造成仰拱混凝土结构隆起上鼓变形，旱季基底围岩失水收缩，部分仰拱与路面因发生塑性变形过大而无法复位，形成路面脱空。

d）泥灰岩遇水软化经试验，隧道围岩中泥灰岩软化系数一般为0.414～0.794，地下水与泥灰岩作用，使泥灰岩软化，围岩强度及围岩级别降低，导致隧道病害发育。

e）地下水对隧道衬砌混凝土的影响地下水接触到可溶于水的石膏，随着硫酸根离子浓度的增大，而对混凝土具有一定的腐蚀性。水的腐蚀作用随着时间推移，水量和水温随季节变化，其腐蚀性也呈强弱交替，反复作用，导致初期支护混凝土强度逐渐降低，并最终失去承载力；在隧道渗漏水及防水板破坏处，地下水的腐蚀范围扩散到二衬混凝土，影响程度将越发严重，直接导致隧道二衬结构的破坏。

f）气候变化当地气候旱季与雨季交替明显，随着季节交替，隧道围岩干湿交替，也加剧了石膏及其他可溶性硫酸盐岩的破坏作用。