关于对瓦日铁路南吕梁山隧道边墙开裂的分析

王欣

【摘 要】针对瓦日铁路南吕梁山隧道二衬边墙开裂的实际情况，从南吕梁山隧道的概况，裂缝开裂程度，隧道穿越的地质，施工支护参数等方面进行总结分析，找出原因，提出合理的整治措施，并为其它类似的隧道提供可借鉴的经验。

【Abstract】According to the actual situation of the cracking of the secondary lining wall in south Lviang mountain tunnel of WaRi railway ，the paper analyses the general situations of south Lvliang mountain ， crack development degree ， the geological condition of tunnel crossing ， construction support parameters， and finds out the reasons， presents the reasonable regulation measures， to provide reference for other similar tunnels.

【关键词】隧道；开裂；原因；经验

【Keywords】tunnel； crack； reason； experience

【中图分类号】TU472 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0174-03

1 引言

瓦日铁路（又称山西中南部铁路通道）南吕梁山隧道位于山西省临汾市境内，隧道贯穿南吕梁山山脉以东及临汾盆地边缘丘陵区。隧道进口端位于山西省蒲县境内，出口端位于山西省临汾市尧都区与洪洞县交界处。隧道开通运营后不久检查发现隧道边墙衬砌开裂、外挤、剥落掉块等严重病害。

2 南吕梁山隧道概况

南吕梁山隧道设计为双洞单线隧道，线间距30m，隧道最大埋深约为550m，设计行车速度120km/h。隧道左线进口里程k284+560，出口里程k308+003，全长23443m；隧道右线进口里程k284+534，出口里程k308+008，全长23474m。属于典型的小断面特长隧道。

隧道左线除进口60m位于R=1200m的曲线上外，其余地段均位于直线段上；隧道右线位于直线段上。隧道内设计为单面下坡，左线自洞口起分别以8‰/574m、12.6‰/22850m和10.9‰/19m下坡至隧道出口；右线自洞口起分别以6.6‰/610m、12.6‰/22810m和11.2‰/54m下坡至隧道出口，隧道进出口垂直高差约为292m。

3 开裂严重处所

所有开裂处所均位于隧道内，左线严重开裂1处，右线严重开裂4处，开裂严重处所及影响范围详见表1。

裂缝以纵向为主，主要分布在边墙水沟顶板以上约1.0m至2.0m处，裂缝无渗漏水。开裂严重处所情况如下：

左线k302+882- k302+897段左侧边墙裂缝斜向开裂，长15m，沿开裂口出现二衬混凝土张开剥落的情况，张开宽度约7cm，水沟向线路中心侧挤压，变形破坏。

右线k305+244- k305+254段右侧二衬边墙底出现斜向开裂，错缝宽约3-5mm，斜向长度4m，水沟变形破坏。

右线k305+279处，正洞与横通道交接，正洞出现高为4.5m的环向裂缝，横通道也出现高为4.5m的环向裂缝横，两条裂纹相交，缝宽3cm。

右线k305+378- k305+389段左侧二衬拱腰出现斜向开裂，长约4m，裂缝范围内出现二衬剥落，剥落层最厚约4cm，裂缝宽约6cm，水沟变形破坏。

右线k305+705- k305+715段右侧二衬边墙出现斜向开裂，长约3.5m，裂缝范围内出现二衬剥落，剥落层最厚约10cm，裂缝宽约15cm。右侧二衬拱腰出现长约5m的纵向裂缝，裂缝范围内出现二衬剥落，剥落层最厚约5cm，裂缝宽约10cm，水沟变形破坏。

4 开裂处所地质描述及支护参数对比

①左线k302+882- k302+897，设计地址描述为：隧道穿越地层内含灰岩、泥灰岩、白云质灰岩等。岩石属硬岩，局部含软弱泥质夹层，岩层产状平缓，岩体较完整；上方存在采空区，可能积水积气，容易沿构造缝隙往隧道入渗，隧道开挖应密切关注；施工地质素描：掌子面为灰岩、泥灰岩，灰色，灰黄色，中厚层状，节理较发育，岩体较破碎，下水不发育，掌子面局部渗水；施工支护参数：Ⅲ级围岩，初支格柵钢架间距1.2m，喷射18cm厚C25混凝土；二衬为35cm厚C30素混凝土，抗渗等级P8。[1]

②右线k305+244- k305+254，设计地址描述为：隧道穿越地层内含石膏角砾状泥灰岩、膏溶角砾岩，属软岩、极软岩，岩体较破碎。地下水垂直渗流带内，地下水可能具有硫酸盐腐蚀性；施工地质素描：掌子面为泥灰岩，灰黄色，岩性软弱，岩体破碎，呈碎石角砾状结构，产状平缓，地下水不发育；施工支护参数：Ⅴ级围岩，无水未加强，喷20cm混凝土，全环钢架，二衬为35cm厚C35素混凝土，抗渗等级P8。

③右线k305+279- k305+286，设计地址描述为：隧道穿越地层内含石膏角砾状泥灰岩、膏溶角砾岩，属软岩、极软岩，岩体较破碎。地下水垂直渗流带内，地下水可能具有硫酸盐腐蚀性；施工地质素描：掌子面为泥灰岩，灰黄色，中厚层状岩体较完整，块状镶嵌结构，产状平缓，地下水不发育。掌子面为膏溶角砾岩，灰褐色，薄中厚层状，岩体破碎，碎石角砾状结构，地下水不发育；施工支护参数：Ⅴ级围岩，无水未加强，喷20cm混凝土，全环钢架，二衬为35cm厚C35素混凝土，抗渗等级P8。

④右线k305+378- k305+389，设计地址描述为：隧道穿越地层含石膏角砾状泥灰岩、膏溶角砾岩，属软岩、极软岩，岩体较破碎。地下水垂直渗流带内，地下水可能具有硫酸盐腐蚀性；施工地质素描：掌子面为膏溶角砾状泥灰岩，灰黄色，属软岩，岩体破碎，岩层产状平缓，节理发育，地下水不发育；施工支护参数：Ⅴ级围岩，无水未加强，喷20cm混凝土，全环钢架，二衬为35cm厚C35素混凝土，抗渗等级P8。

⑤右线k305+705- k305+715，设计地址描述为：隧道穿越地层内含石膏角砾状泥灰岩、膏溶角砾岩，属软岩、极软岩，岩体较破碎。地下水垂直渗流带内，地下水可能具有硫酸盐腐蚀性；施工地质素描：掌子面以泥质固结物为主，局部夹杂泥灰岩，浅黄色，岩性软弱，软塑状，地下水不发育；施工支护参数：Ⅴ级围岩，喷20cm混凝土，全环钢架，二衬为35cm厚C30素混凝土，抗渗等级P8。

5 原因分析

5.1 地质分析

通过设计阶段和施工阶段的地址描述可知，5处开裂严重处所通过膏溶角砾岩、含石膏角砾状泥灰岩和泥灰岩地层，围岩级别判为Ⅲ、Ⅴ级[2]。

膏溶角砾岩由泥质成分固结而成，呈硬土状，无胶结。由于黏土矿物含量较多，遇水会膨胀、软化，岩石的饱和抗压强度很低，属于极软岩。

含石膏角砾状泥灰岩岩体结构面多，石膏具有吸水膨胀的特性，岩样浸水较多会崩解。根据实验，含石膏角砾状泥灰岩的最大自由膨胀率为20-28%，饱和吸水率为17-31%；岩石干燥时的抗压强度平均值为12.5MPa，岩石饱和时的抗压强度平均值为7.4 MPa，软化系数为0.59，属于软化岩石。

5.2 支护分析

施工时根据现场开挖的实际情况施做了初期支护和二次衬砌，通过对二衬边墙开裂处所取样检测后，满足支护要求。

综合以上分析，隧道在开挖贯通后，由于隧道设计为单面长大下坡，地下水进行了重新分布，使富含石膏的泥灰岩、膏溶角砾岩和石膏角砾状泥灰岩围岩特性发生改变，产生膨胀力，在膨胀力和水压力等因素的综合作用下导致隧道边墙侧压力增大，二次衬砌出现不同程度的开裂、破损，其发展程度与岩性和地下水差异等密切相关。

6 处理措施

①由于南吕梁山隧道左右线属于已开通运营的小断面特长隧道，对开裂处所重新进行施工整治面临着诸多困难，本着“彻底根治，不留后患”的原则，对开裂处所的拱墙和仰拱进行彻底拆除，对初期支护和二次衬砌重新进行施作；

②在二襯边墙拆除前，采用锚杆或小导管注浆进行预加固；

③采用网格尺寸200mm*200mm的钢筋网片+纵向间距为1榀/0.5m的型钢钢架+20cm厚C20混凝土重新进行初期支护；

④设置纵向和环向盲沟将衬砌后的水流引至侧沟；设置厚度为2mm的防水板，板后铺设400g/m2无纺布缓冲层；做好施工缝处的防水处理；

⑤二次衬砌采用40cm厚C40钢筋混凝土，混凝土抗渗等级P10。

7 经验总结

①针对富含石膏的泥灰岩、膏溶角砾岩和石膏角砾状泥灰岩等较差地质的隧道，设计时要充分考虑地下水重分布对围岩的不利影响，设计、施工支护参数宁强勿弱；

②小断面长大隧道一旦出现此类问题，再次施工整治的困难很大，新线隧道开挖时应严格按照设计图纸进行施工，严禁随意对设计图纸进行更改；

③针对此类地质隧道，隧道贯通后应加强日常观测检查，一旦发现二衬有裂纹出现，应引起高度重视。

【参考文献】

【1】铁道第二勘察设计院.TB10003-2005铁路隧道设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2014.

【2】朱永全.隧道工程（第二版）[M].北京：中国铁道出版社，2010.