南山隧道地面开裂、初支变形侵蚀等地质病害的原因和处理方案

路立娜

摘 要：本文依托平兴高速公路七标段南山隧道工程，由于隧道工程为隐蔽工程，地质条件复杂，隧道开挖初期支护后，由于初支入侵二衬，围岩地质软弱为煤系地层，遇水易软化成流动状态，从而使地面产生裂缝和变形。隧道初期支护地面可能会产生开裂和变形，一般位于洞口。本文根据平兴高速公路七标段南山隧道工程实例，就隧道初期支护地面开裂和变形原因进行分析和处理。

关键词：隧道；地面开裂；初支变形；处理方案

中图分类号：U452 文献标识码：A

隧道工程近些年取得了一定成就和相应的发展，但还是存在很多问题和不足，隧道结构断面大，施工环境恶劣，施工工人劳动强度大，工程造价比较高，特别是遇到工程穿越不良地质土分布，因为复杂的地质条件和施工工况，施工过程中很容易造成围岩稳定性问题，若处理不当，就会造成严重的事故。

1.工程地质条件

1.1 工程概况

本隧道是短隧道且穿过低缓丘陵地貌区。左线隧道起迄里程LK1625+926～LK1626+284，长358m，隧道最大埋深约57m；右线隧道起迄里程RK1625+900～LK1626+276，长376m，隧道最大埋深约61m。

1.2 工程地质条件

隧址地层围岩主要由第四系覆盖层及基地二叠系龙潭组粉砂岩、砂岩、炭质页岩、炭质泥岩，炭质页岩等组成，覆盖层厚度为4.9m～30.8m之间，强风化或全风化的炭质灰岩遇水易软化破碎，钻探资料和地质调察报告表明，该隧道围岩为Ⅴ级。

2.对不良土质调查

1.1 放射性

南山隧道围岩为碎屑沉积岩，但不存在围岩放射安全问题。

1.2 煤系地層

隧道洞身围岩没有探测到煤层，某些区域可能存在劣质煤线，煤系地层的围岩级别和强度都很低，容易对其稳定性产生不利影响。

1.3 瓦斯

南山隧道属第四系覆盖层及二叠系上统龙潭组地层，由于煤层不是很厚，需考虑会有少量瓦斯和煤层自燃的现象。根据勘探报告和周边历年开采测定，未发生过瓦斯爆炸。

1.4 小煤窑采空区

南山隧道存在小煤窑，通过查阅勘察结果和调查资料，发现共存在4个小煤窑。4个煤窑情况如下：

（1）L0小煤窑：为平洞，洞口位于RKL626+310.6右58.5m，洞口标高约194m，尺寸为1m×1.8m，于标高150m位置发现煤层并已开采。

（2）L17小煤窑：为平洞，洞口位于RK1626+097.23右154.37m，洞口标高约200m，尺寸大小为1.5m×1.8m，以1500方位角往山体共掘进约180m。

（3）L18小煤窑：为平洞，洞口位于RK1625+973.68右147.05m，洞口标高约206.6m，尺寸为1.2m×1.8m，在标高40m和100m处遇煤进行了开采。

（4）L19小煤窑：为平洞，洞口位于RK1625+945.68右143.79m，洞口标高约203m，尺寸为1.0m×1.7m，在标高203m处遇煤进行了开采。根据现有综合勘察成果可知，隧道底板不受底部巷道4个小煤窑影响，处于稳定状态。

3.隧道洞口及软弱围岩地段设计及地面产生开裂、初支变形原因

3.1 隧道洞口及软弱围岩地段设计

隧道洞口段通常地质条件不良，覆盖层较薄，岩层易碎、易风化。同时洞口稳定性较差，洞口开挖和进洞施工宜避免雨期和严寒季节，洞口仰坡和边坡应从上往下挖，保证边坡和仰坡稳定性，洞口植物容易被破坏，隧道洞门与原来隧道洞门保持形式一致。边坡和仰坡均采用植草皮防护措施并尽量与原地貌植被相衔接。具体采用以下的技术措施：

（1）增设仰拱。

（2）增设工字钢。

（3）超前支护使用长管棚、小导管或钢插管完成。

（4）开挖过程中提前做好地质预报，提前掌握掌子面前方水文条件，及时采取相应措施。

3.2 隧道地面产生开裂和变形的原因

由于该隧道围岩地质软弱为煤系地层，遇水易软化成流动状态，初期支护入侵二衬，从而使南山隧道地面产生裂缝和变形。

4.隧道地质病害的处理方案

4.1 对于南山隧道左线地质病害处理方案

（1）隧道进口端地表处理方案，应即时清理进口端隧道范围左右侧各5m范围内的弃土弃渣，以减小隧道顶的荷载。未施工的LK1626+020～LK1625+960段左洞采用φ50钢花管按2m×2.5m（横向×纵向）间距进行地表注浆加固处理。注浆范围横向以超出隧道外轮廓两侧约5m内区域进行控制，中间部位的注浆钢花管伸入隧道轮廓线内0.5m，两侧需伸至仰拱设计标高0.5m。工艺上选用间歇式多次注浆，拱顶6m范围使用二次劈裂注浆，初次压力大小为0.5MPa，浆液先采用水泥浆，若钻孔时发现下有采空区或注浆量明显多于其他孔，则改为水泥砂浆。

（2）注浆完成后，按3台阶法进行施工，预留变形量调整为20cm，其他参数均维持原设计不变。

（3）初期支护已侵入二衬的LK1626+020～LK1626+ 086路段（其中LK1626+048—LK1626+086路段仰拱已施作完毕，LK1626+020～LK1626+074路段为整体变形侵入二衬，其余路段为部分侵限），首先采用长4m的φ42小导管按1m×0.5m（环向×纵向）间距环向注浆加固，然后对初支进行换拱处理。换拱处理的施工工艺为：先拆除两榀原初期支护（每榀0.5m），重新施作一榀初期支护，再拆除第三榀原初期支护，扩挖并重新施作第二榀初期支护，循环往复直至完成原初期支护的拆除、扩挖和初期支护的重新施作。重新施作时初期支护需预留变形量为120mm。

4.2 对于南山隧道右线地质病害处理方案的意见

（1）已施工完仰拱但部分初支侵限的RK1625+974～RK1626+033路段，侵限部分首先采用同左线相同尺寸小导管进行环向注浆加固，然后对侵限的初支进行换拱处理，换拱施工工艺和左洞相同，预留变形量为120mm。

（2）下导未开挖的RK1625+916～RK1625+974路段，每个拱脚的φ22锁脚锚杆均调整为前后各3根，并在隧道左右侧拱脚位置沿纵向水平各设置一道Ⅰ20b工字钢作为托架，托架与钢拱架焊接，沿托架每3m（原初支有钢拱架位置）设置一道两根Ⅰ20b工字钢作为横撑，并与托架焊接。下导及仰拱按3m一节进行施工，每施工完一节仰拱，拆除该位置的横撑保留纵向托架。在二衬施工前将纵向托架拆掉。

4.3 其他

南山隧道左右洞均采用地质雷达进行扫描，探明隧道底是否存在采空区。

结语

隧道工程断面比较大、地质结构复杂，尤其是洞口地段，不可预见的地质病害较多。因此在组织施工之前务必要详细收集施工场地的地质状况，采取切实可行的手段、选择优质高效的施工方法。施工中应严格遵循：在施工前和施工时要采取先排水措施、开挖工序距离尽量缩短、减少对围岩的扰动、必须爆破时采取弱爆破、开挖后及时初支形成封闭环、尽快衬砌、高度重视监控测量的施工原则，可以有效避免地质灾害给人们带来的经济损失，以及对施工人员造成生命安全的危害。确保隧道施工顺利完成。

参考文献

[1]齐广林，安春英.山区公路隧道初期支护变形下沉垮塌的成因分析与防治措施[J].内蒙古公路与运输，2009（4）：30-31.

[2]胡辉荣，程崇国，秦之富.公路隧道塌方处理方案[J].山西建筑，2007，33（29）：104-106.

[3]杨晓华，谢永利.公路隧道塌方综合处治技术[J].长安大学学报（自然科学版），2004，24（1）：61-64.