施工隧道穿越昔格达地层失效机制及对策

魏建贵　黄双华　汪　杰（.中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，四川　成都　6005；.攀枝花学院建筑与土木工程学院，四川　攀枝花　67000）



施工隧道穿越昔格达地层失效机制及对策

魏建贵1黄双华2汪杰2
（1.中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，四川成都610052；2.攀枝花学院建筑与土木工程学院，四川攀枝花617000）

摘要：简述了昔格达地层的特性，结合隧道穿越昔格达地层施工中的破坏案例，对其失效机制进行了分析探讨，提出了保证隧道穿越昔格达地层施工的合理化建议，为工程后续施工的顺利进行提供了参考。

关键词：昔格达地层，隧道，含水率，掌子面

1　概述

昔格达地层作为攀西地区的一套半成岩，遇水软化快和透水性差等特性导致昔格达地层不宜直接作为回填土和在其之上修建构筑物。但通过对该地层进行改性以及特殊的降排水措施后取得了较为满意的结果，较为典型的工程案例有攀枝花学院的加竹筋三七灰土改性昔格达足球场高边坡［1，2］和攀枝花机场滑坡治理［3-5］。2014年成昆铁路复线正式开工，作为连接西部地区的重要铁路枢纽，铁路隧道施工又将在穿越昔格达地层面临新的挑战。

笔者通过对隧道在穿越昔格达地层施工过程中失效案例进行阐述，并对其失效原因进行分析，对昔格达地层隧道施工技术的弊端提出改进意见。

2　工程案例分析

2.1不同含水率昔格达试样直剪试验

笔者通过在试验室配制不同含水率昔格达土体重塑试样，土样含水率分别为29.5%（饱和含水率），23%（最优含水率），11.5%以及5%（天然风干状态下）。通过UU直剪试验得出四组试样在不固结不排水情况的粘聚力C和摩擦角φ，如表1所示。

表1　不同含水率的昔格达重塑试样直剪试验

从表1看出随着含水率从29.5%降低至5%，昔格达重塑试样的粘聚力C强度从2.3 kPa上升至62.56 kPa，由此可以看出含水率对昔格达地层粘聚力影响非常明显，而粘聚力作为土体抗剪强度的重要参数，昔格达土体粘聚力随含水率增加而骤降，这对昔格达土体抗剪产生较大的影响。而含水率的变化对内摩擦角φ影响较小，这是由于内摩擦角更多是由土体所含矿物颗粒成分本身所决定。

2.2隧道破坏案例

成昆铁路复线米攀段的桐梓林隧道进口以及垭口隧道1号斜井地质概况显示在洞口处的特殊岩土为第三系昔格达（N2x）地层，该地层成岩作用差，产状平缓，陡倾节理发育，开挖后易风化剥落，遇水软化成砂状及土状，水稳性差。施工中若排水不畅可能会产生围岩变形、基底软化，顶板易发生塌方、掉块，甚至坍顶现象。

案例1：桐梓林隧道进口的整体破坏（见图1，图2）。分析隧道破坏的原因有如下几点：1）隧道上覆第四系全新统滑坡堆积角砾土，坡残积粉质黏土，下伏第三系昔格达组，岩土体松软，自稳能力差；2）隧道右侧已形成临空面，在隧道施工前就存在偏压及滑塌的隐患，隧道洞内开挖时的二次扰动造成公路上方岩土体滑塌的可能性增大；3）持续降雨导致隧道上方松散堆积体遇水软化，降低拱顶围岩的自稳能力，也是导致变形加剧的原因之一；4）施工工法的及时性与衔接问题，开挖过程中未能及时施作仰拱并封闭成环，以至于拱脚不均匀沉降，加剧初支结构局部应力集中而发生较大变形；5）隧道掘进方向20 m左右的上方民房处的垮塌，由于棚管充当了力臂的作用，隧道正前方土压施加在棚管上，导致套拱的撕裂；6）此外由于昔格达土体渗透性较差，棚管管内注浆也并未取得较好的效果。

图1　桐梓林隧道进口

图2　隧道进口偏压

案例2：垭口1号斜井掌子面失稳见图3，图4。该斜井在进洞之初施工状况进展良好，当进入雨季施工后，隧道上方耕地内积水下渗，加之该斜井为反坡施工，渗水顺着底板往隧道掌子面汇集，对掌子面底部岩体进行浸泡加剧围岩软化，导致掌子面岩体大面积垮塌。

图3　隧道积水及掌子面垮塌

图4　掌子面二次垮塌

3　结论及建议

昔格达地层作为第三系特殊岩土，该地层成岩作用差，开挖后易风化剥落，遇水软化成砂状及土状，水稳性差等导致了该地层在隧道开挖的扰动以及地下水的作用下极易发生事故。针对上述隧道破坏案例，对后续昔格达地层隧道施工提出如下建议：

1）针对该地层透水性较差注浆困难的特点，建议在棚管注浆时适当增大注浆压力，必要增设地表注浆。

2）加强锁脚锚杆施工、及时施作仰拱并封闭成环，充分发挥联合支护的作用，开挖过程中二衬紧跟，尽量缩短二衬与开挖掌子面的间距。

3）加强隧道施工监控量测，特别是洞内变形及地表沉降的监控量测，加密量测断面和量测频率，及时处理量测信息特别是位移信息，根据拱顶下沉和洞内收敛值、速度、加速度等信息判断隧道的施工是否安全，并采取相应技术措施。

4）重视该地层隧道施工时候的防排水工作，两侧拱脚处布置纵向排水沟或排水盲管，利用斜井坡度将渗漏水汇集至集水井并排到洞外。

5）对于偏压洞口，进洞之前采用增设抗滑桩、削坡减压、堆载反压以及增加偏压一侧洞壁支护强度以此保证洞身稳定。

6）在昔格达地层浅埋危险段施工时建议采用CRD法施工。

参考文献：

［1］魏建贵，黄双华，王伟，等.加竹筋三轴剪切及有限元对比试验［J］.山西建筑，2014，40（1）：70-72.

［2］魏建贵.加竹筋三七灰土回填边坡稳定性及非饱和渗流分析［D］.成都：西华大学硕士学位论文，2014.

［3］李天斌，刘吉，任洋，等.预加固高填方边坡的滑动机制：攀枝花机场12号滑坡［J］.工程地质学报，2012，20（5）：723-731.

［4］张金航.高填方边坡变形破坏机理及防治对策研究——以攀枝花机场12#滑坡为例［D］.成都：成都理工大学硕士学位论文，2010.

［5］魏建贵，黄双华，汪杰.高临空抗滑桩桩间土回填施工稳定性分析［J］.四川建筑科学研究，2014，40（5）：174-177.

The failure mechanism and countermeasures of construction tunnel through the Xigeda stratum

Wei Jiangui1Huang Shuanghua2Wang Jie2
（1.China Construction Southwest Survey and Design Institute Limited Company，Chengdu 610052，China；
2.Architecture and Civil Engineering Institute，Panzhihua College，Panzhihua 617000，China）

Abstract：This paper elaborated the features of Xigeda stratum，combining with the damage case of tunnel through the Xigeda stratum construction，analyzed and discussed its failure mechanism，put forward the rationalization proposal to ensure the tunnel through the Xigeda stratum construction，provided reference for the subsequent construction smoothly.

Key words：Xigeda stratum，tunnel，moisture content，tunnel face

中图分类号：U455

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）06-0164-02

收稿日期：2015-12-16

作者简介：魏建贵（1988-），男，硕士；黄双华（1957-），男，硕士，教授；汪杰（1987-），男，硕士，讲师