余震及强降雨条件下千枚岩隧道施工塌方预防

孔祥菊

在我国西南地区隧道的修建中，围岩种类、性能及水文情况等的差异及变化较大，地质条件相当复杂。在四川理县薛城隧道施工中出现了千枚岩。千枚岩是隧道施工中并不多见的一种岩石，为软岩，它除了具有软岩的共性外，更具有它本身性能多变和遇水易泥化、膨胀的特殊性能;另外本隧址区位于5·12地震震区，今年降雨量处于历史较高水平，围岩本身的特殊性和外界复杂的诱因，给本地区隧道的施工带来了较大的困难。因此通过分析千枚岩的工程力学性能，为今后在类似条件下的千枚岩地段施工提供有价值的参考。

1 千枚岩力学性能分析

千枚岩是一种具千枚状构造的岩石，属于区域变质、浅变质带岩之一，由粘土岩或火山凝灰岩等变质而成。矿物成分以绢云母为主，多呈微粒状或片状;有时含有绿泥石、黑云母、石榴石或十字石等。主要特征是被剥成叶片状的薄片，表面呈显著的丝绢光泽，质地软，遇水易软化或泥化，整体稳定性较差，围岩干燥松散光滑，无自稳能力。

通过对千枚岩取样(对风化程度相对较弱的Ⅳ级围岩取样，风化程度较严重的Ⅴ级围岩过于破碎，试件无法切割成型)进行了含水率、吸水性、密度、单轴抗压强度、单轴饱和抗压强度和三轴压缩强度等试验，结果如表1所示。

表1 试验结果

通过以上试验结果分析能够得出千枚岩具有以下性能:1)千枚岩的天然含水率和吸水率极低;

2)千枚岩在天然状态下强度不高，在饱水状态下比天然状态下抗压强度下降61.4%，遇水极易软化;

3)千枚岩饱水后的粘聚力是天然状态下的44%，遇水后粘聚力降低较大。

由以上实验结果分析可以得出以下结论:

千枚岩天然状态下含水率极低，抗压强度不高，吸水率极低，在遇水之后少量吸水即达到饱和而软化，导致岩石单轴抗压强度和粘聚力迅速降低。

2 千枚岩隧道在余震、强降雨等诸多不利因素条件下施工塌方的预防

支护方法、支护参数、施工方法和施工质量等对隧道的围岩稳定起着决定性的作用。为了预防塌方，需要在全面了解了千枚岩特点的基础上，考虑本施工区域余震及强降雨的影响，采取一系列工程措施，确定正确的支护方法、支护参数和施工方法，确保施工质量，方能防止施工塌方的发生。

2.1 本隧道的特殊性

1)围岩的特殊性。本隧道属于千枚岩隧道，千枚岩本身强度低、裂隙发育、完整性差、性能多变和遇水易泥化、膨胀的特点从根本上决定了本隧道的特殊性。

2)隧址区域的特殊性。隧址区地处5·12汶川大地震震中汶川约30 km，5·12地震本身对隧道围岩的结构产生了一定的影响，使得围岩裂隙变大，结构更加松散和复杂，裂隙水更加发育，加之在施工期间余震不断，对隧道围岩和支护结构进行反复扰动，对隧道支护极其不利。

3)水文条件的特殊性。隧址区2010年春夏期间当地雨水充沛，降雨量为历史罕见。

2.2 可能造成千枚岩隧道在类似条件下塌方的原因

1)千枚岩小断层发育，一经开挖，潜在应力释放、承压快，围岩易失稳而坍塌。2)千枚岩薄层状在构造运动的作用下形成的小褶曲、错动发育，施工中常常发生滑层和坍塌。3)开挖后在水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用下易使岩体失稳和坍塌。4)余震对支护结构进行反复扰动，使支护结构易失稳而发生坍塌。5)隧址区域内山体覆盖层薄，大部分暴露在外，岩石风化严重，裂隙发育。充沛的雨水使隧道围岩裂隙水发育，围岩吸水而软化、膨胀，导致已施工地段围岩荷载增加，应力变大，易导致塌方发生。6)施工方法不当、施工质量得不到保证。a.施工方法选择不当或工序间距安排不合理。各工序间距拉的过长，岩层暴露时间过久，引起围岩松动、风化，导致坍塌。b.喷锚不及时，或喷射混凝土质量、厚度不符合要求，未及时进行掌子面素喷封闭。c.采用钢架时，钢架架设质量欠佳，钢架与围岩不密贴，两者间的空隙填塞不密实，或连接不够牢固，不能满足围岩压力所需要的强度要求。d.爆破作业不当，装药量过多。e.有超前时，超前导管及锚杆未按设计要求进行打设。

2.3 千枚岩隧道在不利因素条件下施工塌方的预防措施

隧道塌方以“预防为主”，尤其是在诸多不利因素条件下的本隧道。施工前应对设计图纸和地质资料进行详细分析，充分掌握各方面情况，弄清楚施工难点和重点，确定正确的施工方法和施工工序。同时根据本隧道的特点，提前制定相应的预防塌方措施并准备有关的机具和材料。在施工过程中严格遵循“地质超前、引排地下水、弱爆破、短进尺、强支撑、勤量测、早封闭”的原则，步步为营，稳扎稳打，稳中求快，工序紧跟，严禁单工序突进。针对于本隧道不利条件，施工塌方的主要预防措施如下:

1)充分考虑千枚岩的特点，做好地质超前预报和掌子面观察工作。

隧道设计图纸地质资料受地质勘探孔数量的限制，在很大程度上与现场实际情况有一定的出入。我们在充分了解了千枚岩的特点后，要切实做好地质超前预报工作，摸清将要施工段落地质、水文情况，结合施工掌子面的观察和描述，充分考虑千枚岩的特点，认真分析原设计支护结构，对不能满足千枚岩地质在当前水文条件下的支护结构及时进行变更加强，提前确定正确的支护方法、支护参数和施工方法。

2)充分考虑本地区余震的影响，加强支护结构稳定性。

因为地震对结构的影响主要是扰动而失稳，预防措施主要是在当前支护结构上加强整体性和稳定性，加强的方式有:

a.锚杆型号和长度进行调整加强;b.加密型钢间连接筋间距，加强联结;c.加密锚喷钢筋网间距、增加锚喷厚度。

3)充分考虑本地区雨水对千枚岩隧道的影响，做好防排水措施。

施工前对隧址区进行详细的水文调查，分析地下水来源及其活动对塌方有无影响及影响程度，制定防排水措施进行防排水。

a.对地表水进行系统处理，引排出影响隧道范围;b.采用超前钻孔探水和排水;c.在工作面附近采用井点法降水，然后再进行排水;d.在已支护段拱部边墙打设排水孔;e.规划好洞内两侧排水沟，排水沟要采用塑料薄膜铺底，砂浆抹沟，防止排水沟内水渗透浸泡拱脚。

4)综合考虑，制定正确的施工方案并严格执行，水文、地质发生变化后及时变更和调整施工方案，采用正确的施工工艺。重点控制以下几点:

a.开挖方法选择要恰当;b.合理安排工序，各工序紧密衔接，各工序间距合理，尤其确保二衬与掌子面间距不超标;c.合理使用爆破、控制开挖进尺。能采用机械开挖时尽量采用机械开挖，不能采用机械开挖时严格按照钻爆方案施工，多打眼，少装药或隔眼装药，降低爆破扰动;d.及时进行落底，确保型钢脚底垫实、杜绝悬空;e.重视锁脚锚杆的作用，每个台阶均要设置。

5)确保施工质量，杜绝人为因素造成的塌方隐患，良好的施工质量是预防塌方的有力保证，重点控制以下几点:

a.开挖后及时进行素喷，并保证素喷混凝土厚度和质量;b.确保锚杆有效长度和锚固效果;c.加强型钢螺栓联结和纵向联结，确保初期支护的整体性受力;d.超挖部分采用同级喷射混凝土回填或留孔吹砂注浆，严禁出现空洞或采用其他材料填充。

6)加大监控量测点位和量测频率，及时报警监控量测可以有效地指导开挖与支护结构施工，根据监控量测数据及时采取有效措施调整施工参数。出现险情及时报警，根据监控量测数据分析，及时采取临时支撑等有效措施进行加强防护，防止变形的进一步扩展。

［1］ 叶少敏.哈大客运专线浅埋超大断面隧道塌方处理工法［J］.山西建筑，2010，36(9):337-338.