近距离裂隙带对隧道施工质量控制的影响分析

陈思晓

（福建省交通建设质量安全中心，福州 350001）

0 引言

随着国家路网建设的逐渐完善， 在复杂地质环境里建设桥隧工程已经成为所有建设者都要面临的课题。 公路隧道多建设于山岭中，存在着隐蔽性强、地质条件复杂多变、勘探不彻底等诸多不确定性因素，给工程施工建设带来安全隐患，是工程质量监督管理的难点，尤其近距离裂隙密集带等不良的地质条件， 对隧道工程安全施工及管理的影响更显突出。裂隙带内节理发育，岩土体较为破碎，是控制隧道围岩变形破坏的主要软弱结构面，一般蕴藏着丰富的地下水，极容易引发隧道突泥、塌方等事故。裂隙带与隧道间距越小，越容易引发问题，给隧道设计和施工带来了挑战， 也给质量安全监督工作提出了更高的要求。 因此，基于复杂地质条件下隧道围岩受力特点，对建设过程中各种不利影响因素进行分析， 研究施工方案的调整，可为工程质量监督管理提供技术支撑，具有一定的理论意义和工程实践价值。

目前，国内外专家学者采用数值仿真、模型试验、现场监测等手段进行了大量的类似工程研究[1-5]。然而，由于隧道所处的工程地质条件、施工环境等的不同，过程质量控制技术也存在差异。本文依托公路隧道工程实例，分析近距离裂隙带对隧道施工质量的影响， 并提出可靠有效的现场管理技术手段， 可供今后类似工程的施工及质量监管提供有益借鉴。

1 工程概况及地质条件

福建某隧道建设于既有隧道左侧， 全长2.67km，单孔双车道，内跨度11.06m，净高9.43m。 隧道位于低山丘陵山坡地带， 其表层覆盖坡残积粉质黏土、 粉质粘化体（孤石），洞身围岩为全、强、中风化凝灰熔岩。隧道区域内发育的地质构造，桩号从ZK8+455 至ZK9+425，长度约970m。 钻探揭露为一裂隙密集带，与拟建隧道斜交，裂隙带与拱顶岩层厚最小处仅0.8m 且走势向下。裂隙带内岩石破碎，裂隙发育，围岩等级主要为Ⅲ～Ⅳ级，部分极破碎带为Ⅴ级围岩。洞身地下水主要聚集在裂隙密集带附近，地下水位标高均高于路面设计高程， 尤其洞身围岩裂隙较发育处，完整性较差，岩层透水性强。

2 围岩荷载

隧道的围岩压力分为两种类型， 松弛压力和形变压力。在多数隧道中，围岩的强度均比应力重分配产生的应力大， 因此， 大部分的隧道围岩压力只有松弛压力的问题。在裂隙围岩里，松弛压力主要受到不连续面方向的控制， 开挖过程和支护结构的施设过程也会对松弛应力产生影响。松弛压力是一个随机的物理力学现象，其基本形态多是局部的，不对称的，具有很大的不均匀性，因此很难用解析方法求解，一般采用经验方法推定[6]。

在裂隙带围岩下开挖隧道， 破坏了原始结构面的性质，导致岩块滑动、掉落、松弛等现象，塌方就是这类围岩破坏最直接的表现形式。 通过工程实例分析可知， 在Ⅳ级、Ⅴ级围岩中，塌方多为局部塌方，亦佐证了荷载作用是局部作用且不对称的。因此，近距离裂隙带下开挖的隧道受力情况难以准确确定， 给工程安全建设带来较大的不确定性。

3 因素分析

（1）设计方案

隧道结构设计采用新奥法， 即充分利用围岩的自我承载力，达到支护体系和围岩共同承担荷载。复合式支护的各项支护参数根据隧道的地质条件， 采用工程类比和理论分析相结合的方式确定。工程类比法普遍性强，但是针对特殊的地质条件，适用性不强，需要结合地质超前预报，及时进行围岩级别的调整，并对支护方案进行实时优化。

（2）地质条件

隧道区域内发育的地质构造较多处， 裂隙密集带距离拱顶岩层最小厚度仅0.8m，并且走势向下。 围岩的完整性差且强度不高，围岩等级多为Ⅳ～Ⅲ级，极破碎处为Ⅴ级。裂隙密集带中岩层的富水性比较强，地下水削弱隧道围岩主要软弱结构面的承载力， 导致洞身开挖时易发生地下水渗漏、涌水。富水区粉质粘化体亦遇水容易化成稀泥，极大地降低土体的c、φ 值，使得岩土体不再具备承载能力，继而造成坍塌。 因此，不良的地质情况是影响隧道建设的一个重要因素。在进行隧道建设前，对隧道沿线的地质条件勘探尽量完整、准确，遇到裂隙带等不良地质段需加密勘测点。 施工过程中，重视超前预报的数据，对于前方未可见的不良地质要提前预警， 及时作出设计及施工技术措施的调整，对施工质量进行全程控制。

（3）控制技术

开挖方式采用爆破掘进技术，爆破当量过大，进尺过大， 或是支护架设不及时或不当等情况均会造成围岩松动，从而导致隧道的坍塌，施工质量控制难度大。因此，在掘进过程中，合理的施工步骤是安全施工的重要环节，尤其对于裂隙破碎带， 一般应根据开挖断面大小采用合适的施工步骤和相应的质量控制技术。

4 质量控制

隧道开挖行进至裂隙带与隧道拱顶距离最小处，围岩受到扰动， 产生松动压力， 岩层的承载力快速达到极值，出现了局部坍塌，右侧拱腰出现小溜方。 塌方体以黏土为主，少量为强风化岩。此处隧道洞身围岩为全、强、中风化凝灰熔岩，与超前地质预报显示的地质情况相符。隧道局部塌方位置详见图1。

图1 局部坍塌位置图

根据隧道塌方的位置和工程量等情况， 对设计及施工技术措施进一步调整，实现对其过程质量的控制：

（1）喷浆封闭塌腔：塌腔体上部喷射20cm 厚混凝土对操作面进行封闭， 下部反压足量的片石并喷射10cm厚混凝土。

（2） 架设注浆导管： 塌方口处架设3 根Φ108mm×6mm 的导管，铺设Φ8mm 钢筋网，间距20×20cm，塌腔体上部复喷20cm 混凝土。

（3）填充塌腔体：通过Φ108mm×6mm 厚的导管向塌方体泵送1:1 水泥砂浆，顺序先泵送长管后短管。

（4）小导管注浆补强：补打6mΦ42mm 超强小导管，注水泥浆（水灰比：1:1，注浆压力0.5～1.0MPa），环向间距40cm，施打范围需超出塌方区不小于1m。

（5）增强支护：同段隧道围护等级提升一级，网喷混凝土厚度由原来的24cm 调整成26cm，3.5m 长的空注浆锚杆布置由之前的70×100cm 加密布置成50×80cm。超前小导管按每1m 一个循环施工。

对隧道设计及施工技术措施进行优化实施后， 该隧道右侧拱腰不再出现局部坍塌，在进行增强支护后，依据“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、二衬紧跟”的原则，施工顺利通过该裂隙密集带，隧道施工质量得到有效控制。

5 结论

（1）裂隙带围岩所受的松弛应力受其不连续面方向的影响，具有较大的不均匀性和随机性，其基本形态多为局部、不对称的，造成在裂隙带下开挖隧道出现的塌方多为局部塌方。

（2）复杂地质条件下，隧道施工应加强地质超前预报，全过程进行监测，严格控制开挖过程，并完善各类施工预案，以保证隧道施工质量与安全。

（3）隧道施工出现局部塌方应及时封闭塌腔，利用注浆导管对塌腔进行注浆补强，可以遏制塌腔的扩展。从实践效果来看，该措施是行之有效的，可为类似隧道工程的质量控制提供借鉴。