顺层偏压隧道灾害处理及施工技术

李吉波

(贵州省公路工程集团有限公司)

1 阐述某地区隧道工程施工情况

据调查显示，某地区隧道施工全长1 000 m，进口、出口里程分别为DK261+900、DK262+900，其属于现代化的公路隧道。由于该隧道坐落在地质构造比较复杂的地区，其山体坡度为20～40°，隧道表面属于积砂黏土，在下伏基岩处，土质大多为灰岩、断层角砾岩和奥陶系中上统灰岩，由于该地段地质、地形复杂，隧道在开挖过程中，受地质构造的影响，地质岩层发生了改变，尤其是软质岩的变化最具明显，甚至发生多次的生小断层，部分地区出现了断层泥状的现象。隧道在开挖施工前，施工人员首先需要按照施工设计规范要求对隧道地表洞顶天沟进行施工作业，然后完成洞口防水系统工程，以保证隧道施工质量。在2005年1月，施工人员就开始对隧道进行进行施工，并采用正台阶法进行隧道开挖，截止2005年3月，就已经完成了隧道洞口混凝土衬砌施工作业。

2 顺层偏压隧道灾害情况分析

由于该地区地质构造较复杂，隧道进口开挖完成后，就需要进洞施工，但是由于隧道进口某衬砌部分发生了裂缝现象，甚至有的衬砌部位出现了多条纵向裂缝，其宽度已超过了8.8 mm，导致开挖过程中隧道供部格栅支护出现严重的变形，由于裂缝宽度过大，隧道建筑衬砌部位开裂变形，另外隧道进口洞口边也出现裂缝现象，经过测量，洞口边裂缝已达到了9 mm。几个月之后，发现隧道模筑混凝土衬砌的其他部位、隧道洞顶地面的天沟都出现了裂缝，该隧道在2005年1月就开始进行施工，但是在4月3日，由于暴雨的侵袭，隧道左侧堑坡就发生了坍塌事故。

该隧道发生地质灾害的原因是:该地段处于地质结构较复杂的岩层中，其岩层大多数都为灰岩、断层角砾岩，并且地下水也比较丰富。由于隧道进口的岩层不够牢固，地质构造也不稳定，若进行隧道洞身开挖施工，地表下的地下水就会不断涌现出来，水分的增加导致岩石强度和岩层抗滑性能随断层角砾岩不断软化而下降，这就容易导致隧道顺层偏压的现象发生。由于该隧道的岩层为V级页岩夹灰岩，因此，施工人员需要根据进口段设计要求进行混凝土衬砌施工，如果施工人员没有充分考虑隧道会产生偏压作用，隧道初期支护强度不高，容易造成因隧道偏压而发生的坍塌事故。若相关人员没有对局部坍塌事故引起重视，而且不断了进行开挖施工，由于隧道周围的土质受到扰动，并且隧道的支护和混凝土衬砌的承载能力较小，最终导致支护和混凝土衬砌不能承受隧道拱顶的重量而造成开裂现象发生。由于隧道进口段的堑坡处是地质构造最为复杂的地段，其灰岩、断层角砾岩等岩层较多，由于该地段石块较大，容易发生断层现象，路堑开挖后，由于受暴雨的侵袭，导致进口段路堑坡的地质稳定性较差，隧道进口段路堑破就容易发生地质塌滑事故，塌滑对隧道具有一定的牵引作用，塌滑事故的发生将造成混凝土衬砌开裂，导致隧道顺层偏压灾害情况的发生。

3 隧道顺层偏压灾害处理施工技术

3.1 加强已开挖地段的处理措施

(1)采用有限元数值计算方法，对地质隧道顺层偏压进行计算，通过计算结果，设置隧道钢管抗滑桩和建筑衬砌的承载能力大小，避免因建筑衬砌开裂而导致坍塌事故的发生，因此，采用洞外地表设钢管注浆的方式加强已开挖隧道进口DK261+900～+935地段加固，即用4排288根钢管桩加固在隧道建筑衬砌外部边缘的两侧，但是设置的第一排钢管桩与隧道建筑衬砌外部边缘的距离应为0.3 m，而第二、三、四排钢管桩的横向、纵向间距应分别为0.7 m，1.0 m。

(2)针对洞内超前预支护，采用超前大管棚支护的方式加固已开挖变形的地段，即在已开挖隧道进口DK261+900地段处进行加固，以保证隧道已开挖地段安全稳定，其具体操作步骤如下:首先采用I18工字钢架设置在已开挖断面的进口地段处;其次，在隧道进口处拱部，采用89管棚超前支护，并且管棚长和环向间距分别为35 m，0.4 m;最后，对于隧道两侧的边墙，采用C32自进式锚杆设置在隧道两侧，C32自进式锚杆长应为8.0 m，纵向间距和环向间距应分别为1.0 m，特别注意的是:C32自进式锚杆应与I18工字钢架相连接，并且C32自进式锚杆的纵向间距应与I18工字钢架相同。

(3)采用超前小导管注浆预支护的方式加固未开挖地段，为了有效防止隧道坍塌事故的发生，在隧道拱部处，施工人员应采用外插角的注浆小导管超前预支护，并且注浆小导管的直径、长度、纵向间距、环向间距应分别为42 m、3.5 m、1.6 m、0.8 m，同时采用C32自进式锚杆设置在隧道进口外缘两侧，C32自进式锚杆的设置原理与已开挖地段的设置原理是一样的。

3.2 隧道开挖施工技术

对于已开挖隧道地段，确定洞内地表钢管桩对拱部岩层注入水泥浆强度达到标准后，应对开裂的地段进行施工处理，并完成隧道初期预支护施工。对于全断面开挖地段，首先应合理拆除隧道进口处开挖地段，并且开挖的高度应控制在规范标准内;其次，隧道进口外缘两边墙开挖完成后，应在隧道两边墙架设I18工字钢架和喷射厚度适中的混凝土，采用C32自进式锚杆对隧道两侧进行施工作业，在这个阶段，应重复施工作业;最后，开挖隧道仰拱部位和拱部区域，并且分别设置仰拱工字钢架和拱部工字钢架作为隧道支护，这样就可以对隧道开挖做好支护处理。隧道在开挖过程中，施工人员应严格控制开挖高度，采用风镐人工方式对隧道进行开挖，这样就可以减少坍塌事故的发生。隧道施工将进行下台阶开挖，在下台阶开挖作业中，开挖间距应不超过9 cm，并且确保超前小导管注水泥浆的强度达到标准，若发现隧道顺层偏压、开裂的现象发生，采用加固支护施工技术，以保证隧道开挖安全。

4 结束语

隧道开挖所发生的坍塌事故，其严重危害了人们的生命财产安全，施工人员应做好隧道开挖灾害处理防护措施，严格按照施工要求进行隧道施工作业，以保证施工安全。

［1］ 徐世康.浅埋偏压破碎围岩隧道施工技术研究［D］.长安大学，2012.

［2］ 于跃勋.地质顺层偏压隧道施工力学研究［D］.西南交通大学，2004.