澜阿公路那勒隧道炭质页岩段变形原因及治理研究

段晓彬 尹淏 韩虎

摘 要：澜阿公路那勒隧道炭质页岩段富水、自稳能力差、变形大，对隧道施工造成巨大的困难。通过对实际地质情况进行分析研究，找出隧道出现一系列病害的原因，从改善围岩、调整支护参数、优化开挖防护施工方法等方面制定了针对性的综合处治措施，取得良好的效果，为类似工程的设计、处治提供了参考。

关键词：隧道；炭质页岩；变形；支护

中图分类号：U455.49 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）08-0090-02

A LAN Highway Tunnel Nala Carbon Shale Deformation

Analysis and Control

DUAN Xiaobin YIN Hao HAN Hu

（Broadvision Engineering Consultants， Kunming Yunnan 650041）

Abstract： A LAN highway tunnel segment Nala carbonaceous shale and water poor stability， large deformation， causing great difficulties for tunnel construction. Based on the actual geological condition analysis， find out the reasons for a series of diseases of the tunnel， improve the surrounding rock， from the adjustment of support optimization of excavation protection construction method and support parameters for comprehensive treatment measures， and achieved good results， which provides a reference for the similar project design， treatment.

Keywords： tunnel；carbonaceous shale；deformation；support

1 工程概況

那勒隧道位于云南省普洱市澜沧至孟连至勐阿二级公路（以下简称为澜阿公路）设计5合同K28+890～K29+765段，全长875m，隧道设计时速为60km/h，为单洞双向隧道，隧道净宽10.6m，净高6.85m，最大埋深约87m。

隧道整体地质情况较差，围岩以砂岩、泥质砂岩、页岩和炭质页岩为主；岩体裂隙、节理较为发育；全隧道围岩等级判定为Ⅴ级。

2 施工中炭质页岩段变形

隧道由出口端进行单向施工，当开挖至K29+580附近时，发现此地段围岩以炭质页岩为主，且地下水较为丰富，与原地勘资料中“中风化砂岩、中风化页岩、炭质页岩，富水性弱～中等”描述存在差别。隧道开挖过程中，出现掌子面稳定性极差、开挖后隧道变形沉降较大且难以收敛、变形持续时间长、初期支护喷射混凝土掉块和工字钢架局部变形的情况，部分地段初期支护侵入二衬范围。

结合现场地质情况及超前地质预报资料判断，掌子面往小桩号方向存在一定距离的全～强风化炭质页岩富水段落，围岩层理明显，以水平层理和倾斜层理为主，对施工产生一定的影响。为确保后续段落施工的安全、避免出现侵限换拱的情况，需要制定针对性措施进行专项处治[1]。

3 病害原因分析

根据开挖后掌子面的围岩地质情况及已施工段落的变形特点，对炭质页岩段出现变形的原因进行分析，主要有以下四点。

3.1 岩性特点

此段炭质页岩围岩节理裂隙发育，隧道开挖后围岩暴露在空气中，与空气接触风化，导致整体性降低，围岩更加破碎松散，强度降低。加之此段地下水丰富，在水的作用下，围岩快速软化失去自稳能力。经开挖之后，在空气和水的共同作用下围岩呈现“遇风就散、遇水就软”的特点，对结构受力非常不利。

3.2 层理原因

围岩层理发育，且以水平层理和小角度倾斜层理为主。炭质页岩在形成过程中，在垂直于层理方向受力的挤压作用下多发生弯曲的褶皱现象。当隧道开挖后，受挤压的炭质页岩层理结构遇临空面，产生恢复受挤压前原状的膨胀力。由于围岩层理以水平为主，水平层理的膨胀主要体现为向下，造成隧道初支拱部所受力较大。

3.3 拱脚失稳

由于围岩富水，在台阶分界处易积水，导致拱脚处围岩被泡软，工字钢架的临时拱脚不能落到稳定的围岩上，当上部钢架受力后，临时拱脚下陷失稳，造成上半断面钢架整体下沉，从而使初期支护侵限[2]。

3.4 二衬施作滞后

按照传统对新奥法的理解，二衬施作应在初支变形沉降基本稳定之后方能进行，此时围岩的应力已经基本得到释放，围岩在支护的作用下已再次达到稳定状态。但对于自稳性较差的围岩而言，围岩变形时间长，很难达到基本稳定的要求，若任由变形持续发展，当变形增大到一定程度后，会出现初支大变形、侵限、甚至垮塌的情况，给工程带来极大的风险和损失。遇到此类围岩，除了应加强初期支护强度、采取措施提高围岩的稳定能力外，也应适当提前施作二衬，提高整体支护能力。

4 处治措施

4.1 加强超前支护

由于受水平层理影响，隧道拱部膨胀应力较大，加之围岩松散圈较大，开挖之后初期支护拱部受力较大。采取加强超前小导管注浆加固，能封闭围岩裂隙，有效抑制开挖后风化作用对围岩的影响，使小导管与注浆加固后的围岩共同受力，增加开挖过程中的安全性。由原设计每根小导管4.5m，每5榀工字钢一循环调整为每3榀工字钢一循环，增加超前小导管的搭接长度，增大注浆范围，必要时可以适当增加注浆压力。

4.2 增强初期支护参数

对于全风化炭质板岩而言，围岩变形大、时间长，初期支护尤其是拱顶部位受力较大，为保证初期不被破坏，需对初期支护参数进行调整：设计I18工字钢间距由60cm调整为55cm，初支钢筋网由单层加强为双层，拱顶部位3个A单元范围内工字钢纵向连接钢筋调密，由100cm調整为50cm。

4.3 加强锁脚

为避免在开挖支护过程中台阶分界处工字钢架拱脚部位围岩软化不稳造成工字钢架整体下沉，需对台阶落脚处进行加强处理：一方面要求及时排水，避免拱脚部位围岩被泡软；另一方面，在拱脚部位增加临时混凝土垫块使工字钢架落到稳定的混凝土垫块上；同时，在上台阶与中台阶、中台阶与下台阶工字钢架接头处各增设两根锁脚小导管，每根锁脚长4.0m，保证接下部钢架时结构的稳定。

4.4 优化开挖支护

施工中严格按照台阶分部法开挖，保证留够核心土，每循环进尺控制在0.6～0.8m，严格控制爆破开挖。隧道掌子面开挖后立即进行初喷，尽可能减少围岩与空气的接触。拱墙钢架施作完毕后及早进行仰拱的开挖支护，使工字钢架及时成环[3]。

4.5 监控量测

炭质页岩变形特点明显，开挖后需加强监控量测，根据对监控量测数据的分析及时反馈调整合理的预留变形量，保证膨胀应力有一定释放的同时初期支护不侵入二衬。

4.6 二衬及时跟进

根据初期支护施作和监控量测情况，及时跟进二次衬砌，提前让二衬与初期支护同时受力，同时也要适当加强二衬，以增强结构强度与刚度[4]。

5 结论

全风化炭质页岩富水段的变形治理是澜阿公路那勒隧道项目工程的难点。在施工过程中，及时发现实际地质与设计勘查地质的不同，针对炭质页岩的岩性特点制定有效的治理方案，加强支护参数，优化施工方法，隧道顺利渡过了炭质页岩段落。目前，隧道已贯通，经长时间观察，处治段落并未出现后续病害，说明此次对于那勒隧道炭质页岩段的综合处治是有效的、成功的。

云南属于多山省份，地质复杂多变，在公路建设中，特殊的地质段隧道屡见不鲜。澜阿公路那勒隧道处治段是比较典型的炭质页岩隧道段：全风化、富水、水平层理共同作用，对隧道施工造成不利影响。通过本次综合处治的顺利实施，取得了良好的社会效益和经济效益，也为今后类似地质隧道的设计、病害处治提供了一定的参考。

参考文献：

[1]杨希祥.大丽铁路松桂一号隧道炭质页岩大变形地段综合施工技术[J].铁道建筑技术，2011（2）：24-29.

[2]陈登玉.炭质页岩隧道变形特征研究与稳定性分析[J].山东科技大学学报（自然科学版），2011（2）：58-64.

[3]李庚许.炭质页岩深埋地层隧道施工技术研究与探讨[C]//中国交通土建工程学术论文集.2006.

[4]张晞.滇西地区炭质页岩隧道变形整治[J].铁道建筑技术，2008（2）：36-39.