油坊坪隧道绢云母片岩区塌方原因分析及处理措施

魏腾远 唐长生

（东盟营造工程有限公司，陕西西安 710000）

油坊坪隧道绢云母片岩区塌方原因分析及处理措施

魏腾远 唐长生

（东盟营造工程有限公司，陕西西安 710000）

油坊坪隧道围岩层理间填充的粘土矿物，主要成分为伊利石、石英、蒙脱石等，该类矿物在隧道施工过程中极易引起塌方，通过对油坊坪隧道塌方情况分析，进一步探索该类型围衬砌支护结构合理性、施工工艺以及坍塌的处理措施。

岩性特征 塌方处理 新奥法 监控量测 注浆 强支撑

1 工程概况

油坊坪隧道位于湖北襄阳市谷城县紫金镇油坊坪村，右幅起讫桩号为YK41+105～YK42+222，长1117m，最大埋深148.4m。进出口段设计为V级围岩长度197m，IV级围岩长345m，III级围岩长575m，工程地质：整个隧址区设计勘察地质描述为强-中风化片岩，岩体破碎～较完整180≤［BQ］≤380，水文地质：无地表水体，主要为基岩裂隙水，水量大小受季节性影响，洞室内有渗水、滴水现象。

2 坍塌原因分析

2.1 隧址区总体地质情况

本项目在大地构造上位于南秦岭构造带与扬子准地台交接部位，且位于武当山复背斜次级构造单元，分布青峰断裂带，多重复杂构造对区域地质的控制非常明显的。油坊坪隧道隧址区出露、揭露的地层主要为第四系全新统残坡积（Q4el+dl）粉质粘土和武当群（Pt2wb）片岩。

2.2 初期支护强度不足

本段隧道原设计按III级围岩S3衬砌，后经现场变更调整为S4b衬砌，支护类型为锚喷网混凝土+钢拱架。从前期施工的情况分析以及垮塌段落的17米，仅为YK41+375～YK41+465同类型衬砌（S4b）中的一小段，从侵限到垮塌整个过程看，隧道右侧钢拱架在围岩压力条件下，发生的屈服变形，起不到应有的支护加固效果，且变形后应力再次重分配，致使整环钢拱架屈服变形，最终导致坍塌，说明该段的支护结构与围岩所要求的支护强度不匹配。

2.3 水压力的影响

此段隧道埋深为75～85m，隧道沿线地下水类型主要为基岩裂隙水，主要由大气降水进行补给。塌方段落对应地表有较低洼地，加之塌方期间降雨量较大，雨水于地表洼地汇集增加了水头压力，致使渗入岩层中水量较大，使得裂隙水发育，水压力增大，造成围岩压力的增大，对支护结构施加的作用力也随之增加，使得钢拱架发生一定的屈服变形。

2.4 变形处理措施不当

该段落位于掌子面后方50m左右；开挖、初期支护均已经安全通过，且二次衬砌已经跟进，同时监控量测也已发现该范围初期支护变形异常，采用临时环向工字钢进行加固，但为跳槽施工一模二衬进行两端强刚性支撑，而耽误了该段落初期支护的水平横向支撑和竖向顶撑，致使初期支护继续变形侵限。在上述因素的共同作用下，围岩压力超出初衬的强度，造成坍塌。

3 塌方段处理措施研究

3.1 塌方段总体处理分析

对于该段落塌方，塌方体已将断面全部封堵，在未能探得塌方长度，塌腔范围的情况下；为达到施工及结构安全、处理经济合理的效果，采用以超前小导管预加固为辅助措施，加强衬砌强度、刚度为主的总体处理思路。

3.2 具体处理方案

（1）对塌方体进行喷浆封闭：对塌方体进行喷浆处理，喷浆采用C25混凝土，喷射厚度为25 cm，喷浆的作用：一是防止小导管注浆时浆液从孔隙流出；二是防止塌方体继续扩展；（2）超前辅助施工：本段落塌方体处理中超前小导管施工，上层小导管以30°仰角，下层以5-7°仰角打入拱部，外层以较大仰角插入塌方体，内层以正常角度超前，并通过注浆可在开挖轮廓线外形成约2～4米厚的承力拱，超前小导管长6米，环向间距40 cm，沿隧道拱部120°范围对称布置；纵向间隔3.0m施工一循环。超前小导管保证2m以上纵向搭接长度。注浆浆液为水灰比1：1的水泥单液浆，上层小导管注浆时，因塌方松散体范围未能探明，保证安全前提下，通过塌方体空隙率分析，进行量化注浆控制，单根钢管注入8-10包水泥的水泥浆液（注浆量化），可使小导管周边形成一道80～120cm厚的拱圈；下层小导管注浆采用注浆压力控制，控制在0.2Mpa，注浆的次序由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆；（3）开挖施工：开挖采用上中下小台阶预留核心土法开挖，开挖中扩大开挖面，增加预留沉降量，以防止变形侵入二衬界限。开挖方式以人工风镐为主，挖掘机微弱爆破为辅；每循环进尺为一榀拱架间距（60cm），这尽量减少对围岩扰动，以达到开挖后塌方体上部相对稳定；（4）初期支护施工：初期支护采用I18工字钢，纵距60cm；系统锚杆采用Φ22砂浆锚杆纵距60cm×环距120cm，长3.5m；φ8双层钢筋网，间距20×20cm，在拱部与边墙钢支撑连接处沿垂直方向各打设4根Φ42×3.5mm小导管作为锁脚锚杆，锚杆长4m，压注水泥浆液，加固松散体，使钢支撑落于稳定的基础之上，喷射混凝土采用24cm厚C20混凝土，尽早完成喷锚施工，使其封闭成环，到达支撑塌方体的目的；（5）二次衬砌施工：该段落围岩极其破碎自承能力极弱，二衬需及时跟进以承担部分围岩压力。当初期支护每完成6m后，及时施工防水层及二衬。二衬采用钢筋混凝土，环向主筋为双层Φ22螺纹钢，层间距32.6cm，纵距25cm；纵向分布钢筋采用Φ12螺纹钢，外侧环向间距为30.8cm，内侧环向间距为28.9cm；内外层主筋采用φ8钢筋连接。采用上述具体实施方案，以到达及时加强衬砌强度、刚度为主的总体处理思路。

4 结语

从隧道的施工开挖情况看，对绢云母片岩软岩地层，原设计的初期支护的强度和刚度均不足，以及后续衬砌加强调整时，对绢云母片岩软岩性质认识不到位以致使用的衬砌类型仍与围岩级别不匹配。为避免类似大变形的再度发生，建议对此类围岩地段的隧道，支护结构必须进行加强，以适应该类型地层隧道开挖的需要，二衬衬砌施工应尽早进行，确保隧道安全顺利穿越此类地层，避免塌方事故的再次发生。

从本隧道多次小规模塌方情况来看，本次塌方具有较大的特殊性，但在施工处理过程中未出现二次塌方，且安全、快速的处理完成。从后续各方面监测资料来看结构安全稳定，故此本次塌方处理采取的处理方案及施工工艺，实践证明是完全可行的。只要正确分析出围岩的岩性，采用该方案就能对这类地质灾害提前预防。