杉坡岭隧道初支变形原因分析及综合治理

王晓驰

(中铁二十局集团第四工程有限公司，山东青岛 266000)

1 概述

新建铁路玉林—铁山港线隧道施工过程中，遇到了洞顶地表沉降，洞内塌方、初期支护变形等难题。工程从环境影响、施工控制、经济比选等方面入手，理论分析洞顶地表沉降，洞内塌方、初支变形原因，并提出切实可行的综合治理办法，取得了很好的效果。

2 工程概况

杉坡岭隧道位于广西玉林市博白县径口镇与博白镇交界处，距离县城8 km。隧道中心里程DK35+586.5，进口里程DK34+640，出口里程DK36+533，单线，全长1 893 m。隧址覆盖层为粉质粘土，棕红色，硬塑，1 m～3 m，下伏基岩为:全风化砾岩，棕红色，钙泥质胶结，原岩完全破坏，岩石风化成土状夹40%砾石。下层弱风化砾岩为棕红色间灰白色，钙泥质胶结，岩层呈柱状。本隧道处于华夏—新华夏构造体系，无断裂发育，地层产状平缓，近于水平。隧道无地表水发育，隧道范围地下水类型主要以基岩裂隙水为主，由于本线所经区域降雨量充沛，在雨季基岩裂隙水补给充裕，隧内渗水、透水性强，场地地下水被二氧化碳侵蚀，化学作用等级为H1级。本隧道不良地质主要是岩层破碎，风化程度高，雨季渗水、透水性强，在隧道开挖过程中掌子面岩石易于崩落或坍塌，隧内有涌水。本隧道均为Ⅴ级围岩，隧道暗挖段设计均采用复合式衬砌，明挖段采用明洞衬砌，衬砌断面均为曲墙带仰拱的结构形式。其中DK34+710～DK34+720段上部围岩为砾岩，开挖过程中涌水量大，拱顶局部掉块，围岩自稳能力极差。经2011年5月30日变更设计会议纪要确定:将该段初支形式由原设计格栅钢架间距0.8 m变更为Ⅰ16钢架，间距0.6m，超前预支护为双层φ42超前小导管，纵向间距0.6 m，每根长度3 m，导管环向间距40 cm，每环24根，该段已按会议纪要施工完毕。

3 塌方变现事情经过

1)塌方。2011年6月26日在DK34+707正洞上地表处出现塌方，塌方面积长宽各4 m，深3.8 m。

2)初支变形。2011年6月26日发现杉坡岭隧道DK34+700拱顶A单元出现环向裂缝、DK34+705～DK34+707边墙AB衔接处出现纵向裂缝、DK34+716拱顶A单元出现环向裂缝，其中裂缝最大宽度4 mm，通过监控量测发现:DK34+711净空收敛累计达到34.4 cm，拱顶沉降量累计达到7.9 cm，DK34+716净空收敛累计达到6.4 cm，拱顶沉降量累计达到8.8 cm，且已支护的边墙钢架局部有变形，掌子面与初支渗水量较大。

4 原因分析

1)时间因素的力学效应。时间因素对岩体的变形特征有多方面的影响，最重要的是不变荷载长时间作用下产生的徐变现象。松散砾岩具有不稳定徐变特性，岩体的非匀质性较显著，在外力作用下易引起应力集中，使某部分最先发生塑性变形，同时将应力传递到相邻部位，逐渐造成岩体的塑性变形。因此，随着时间的增长，变形逐渐增大，造成围岩坍塌。围岩的不稳定徐变和时间的累积是隧道此段塌方、初支变形的原因之一。

2)雨水的影响。近期连续暴雨，雨水的渗入使土体饱和，土石分界面形成一个积水滑动面并产生浮力及动水压力，分界面抗剪强度大大降低，加剧了开挖岩体滑塌过程。

3)围岩软弱。杉坡岭隧道围岩于DK34+705处开挖揭示的地层上部为褐红色砾岩，岩体尚未胶结，岩质较松散软弱;下部为砂质泥岩，已胶结成岩，岩体节理裂隙稍发育。由于砂质泥岩的相对隔水性，使上部砾岩在雨后易形成水量较大的上层滞水。当隧道开挖揭示上层滞水时，随着上层滞水的迅速排泄、渗透，引起砾岩中细颗粒的流失而发生地面变形塌陷，同时也增加了隧道围岩的压力。

4)施工控制不力。DK34+710～DK34+720段于2011年5月30日已经变更，该段虽已按会议纪要施工完毕。但对围岩监控量测频率未加强，导致未能及时反馈信息指导施工，致使出现隧道坍塌和初支变形。

5 处理措施

根据以上原因分析和现场实际情况，采取以下治理措施。

1)DK34+698～DK34+718段全环范围围岩采用φ42小导管双液注浆，注浆采用SL-669单液型止水剂，与水泥、水的重量比采用1∶5∶5，径向注浆长度为 4 m，环、纵向间距为 0.8 m ×0.8 m，注浆前需用Ⅰ16工字钢架施作临时支架，锁脚锚杆固定，间距0.8 m/榀。2)DK34+707隧道地表塌方处用粘土分层夯填至原地表。3)DK34+700～DK34+716段因钢架B，C单元已变形，需测量是否侵限，若侵占二衬部分必须进行更换，每次只能更换一榀钢架。更换后的钢架锁脚锚杆改为φ42锁脚注浆锚管。4)注意事项。a.加强洞内排水，保证仰拱边墙脚不积水。b.加强警戒，禁止人员进入变形段，掌子面禁止施工。c.加强洞内外的监控量测频率。

6 坍塌变形段处理效果

该段经过以上处理后，地表没有沉陷现象发生，洞内初支变形段换拱顺利完成，完成的衬砌混凝土也没有出现裂缝等任何安全质量问题。事实说明采取的处理措施行之有效。

7 经验教训

通过对杉坡岭隧道洞顶塌方、洞内初支变形原因的分析和对该段的处理，现将感受及经验总结如下:1)对软弱围岩地段，要特别注意客观因素对围岩变形的影响。其中在雨季要提前觉察易受雨水侵害地段，及早进行防范，及早采取工程措施，减少水害对隧道施工的影响。2)注重小导管注浆加固作用，对处理塌方安全可靠，是一种有效而经济的塌方处理方法。3)围岩较差隧道施工必须遵循“短进尺、强支护、早封闭、快衬砌”的原则，缩短安全距离，尽早成环。模筑混凝土后应及时压浆，使围岩与支护接触完全，以减少围岩扰动，将围岩变形严格控制在允许范围内。4)加强和重视围岩监控量测，将其纳入关键工序化管理。监控量测组负责日常监控量测的全权工作，对监控量测所采集的数据负责，当天采集的数据当天必须处理完，经分析、处理的数据资料作为工程资料存档。监控量测如发现地表沉降、拱顶下沉、净空变化或其他项目出现变形每天大于5 mm或异常情况时，监控组负责人应及时将情况向隧道工程师、总工程师、设计院专册等逐级详细汇报以便采取相应措施。