五峰隧道软岩大变形施工处治措施

杨晓丹，吴宝森

（1.云南交投公路建设第二工程有限公司，云南 昆明 650000；2.云南交投集团公路建设有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

随着我国社会经济的不断发展，使我国交通建筑行业发展进入到一个黄金时期，目前我国已经成为世界上隧道工程与地下建筑的发展速度最快的国家。在云南地区地势多为丘陵地貌，地质岩层质量多种多样，很大程度上加大了隧道施工的技术难度，对软岩问题的处理更加棘手，使正常的施工手段难以运用，进而降低隧道施工的安全性以及隧道结构的稳定性。

1 工程概况

五峰隧道位于大理州鹤庆县松桂镇格局村北侧、蝙蝠洞南侧，起点K0+000 接上鹤高速止点K61+400，之后经金墩、鹤庆火车站、丽江机场、七河等地，路线止于丽江市古城区七河镇关坡垭口北侧，设置关坡立交连接华丽高速及七河至丽江一级公路，止点桩号为K42+400，路线全长42.4km。丽江段承建段落起止点为K24+500~K42+400，主线全长17.9km。涵洞（通道）主要工程数量：涵洞1918m/65 道；通道761m/20 道，涵台身均为C20 混凝土。鹤庆至关坡高速公路的建设，对完善全省高速公路路网结构，提升国省干道公路运输服务水平，缓解区域交通压力，促进地区经济协调发展具有重要意义。

隧道施工地区的岩石成分多数强度极差，如黏质黄土、软岩、板岩、断层压碎岩等，多数岩层紧致度极差用手即可破坏，碳制泥岩遇水后极易软化。因为施工隧道所处的地区属于高地应力区，所以使隧道在修建施工过程和后期使用过程中十分容易发生变形问题。在加上岩石主体成分偏软，使隧道围岩的整体稳定性非常差，且易发生大面积变形[1]。

2 地质勘察

2.1 探测原理

地质雷达探测是基于电磁波遇到不同反射界面其反射振幅、频率和相位不同来判断前方传播介质的性质和变化。介质介电常数的差异决定电磁波反射的强弱程度和其相位的正负。岩石岩性、断裂构造破碎带、风化程度及其含水量等的变化将影响其介电常数，电磁波反射的频率、振幅、相位也将发生变化。因此，根据电磁波反射的特征推断掌子面前方的地质情况。

2.2 探测方法

本次预报选用CrossOver730 型雷达，根据现场条件，布设两条测线，采用单点测量方式探测，得到两条雷达反射剖面。采集参数为：采集方式为单点测量，每10cm 采集一道。

2.3 探测结果及力学性质分析（隧道掌子面地质情况）

掌子面围岩主要为黑色全～强风化炭质泥岩，岩体极破碎，呈散体状结构，手可扒动，拱顶易掉块，局部有灰岩孤石。掌子面区域位于风化界线附近，围岩性质复杂多变，开挖范围内总体围岩坚硬程度差异较大。掌子面稍湿，局部有少量水渗出，该段围岩遇水易软化，导致围岩整体稳定性降低，仰拱承载力低，开挖后支护不及时或支护不当易导致围岩失稳、整体沉降、坍塌冒顶。

为获取隧道区各岩土层的物理力学性质，对隧道内岩层进行取样并在实验室进行试验，根据试验数据进行整理做出岩层分析成果，统计如表1所示。

表1 岩层分析成果统计

3 施工阶段

3.1 未施工阶段预防措施

根据五峰当地的地理勘察可以得出，隧道出现软岩大变形的主要原因是隧道内部有膨胀性矿物的存在，同时还存在大量的水分，在施工时会对山体产生震动导致水分与矿物相遇就会出现膨胀的现象。并且在围岩挤压褶皱的区域，地下水位很大，这如果有与水接触就会变质的矿物，例如隧道中炭质板岩，在遇到水之后就会变成泥，进而使隧道的周边地质产生大变形。针对膨胀导致的大变形现象，现阶段常用的治理措施主要有一下几种措施[2]。

3.1.1 施工处治加强措施

左洞ZK26+120~ZK26+080（施工处治结束桩号为暂定桩号，具体结束桩号以超前地质预报及结合实际掌子面情况确定）为跨越冲沟浅埋段，施工处治措施按以下形式支护：

（1）工字钢加强为I22b，间距50cm/榀。

（2）超前小导管两榀一循环，搭接长度为3.5m，每循环采用双层小导管，第一层在工字钢中心线位置以仰角为5°~15°打设，第二层在工字钢外弧边缘以仰角为30°~45°打设，两层破空交叉施工，水泥浆液水灰比1:1（重量比）注浆压力0.5~1.0MPa。

（3）每榀拱架增设4 根6m 长的φ89 锁脚导管，φ89 锁脚导管为花管，端头2m 范围内不需打孔。其布设方式为：A、B 单元接头处左右侧各设置1 根B、C 单元接头处左右侧各设置1 根，φ89锁脚导管需紧贴工字钢打设并且与工字钢焊接牢固，水泥浆液水灰比1:1（重量比），注浆压力0.5~1.0MPa（注浆前应进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数）。

（4）工字钢左右侧A、B 单元接头处及B、C 单元接头处采用I16 工字钢横向连接，如图1所示。

图1 掌子面

3.1.2 注浆加固措施

将可以短时间固化的浆液通过打孔的方式注入墙体的裂隙或空隙中，能够有效起到防渗和加固墙体的作用。在施工初期支护期间，一旦出现大变形的趋势例如仰拱隆起、衬砌开裂、局部塌方等问题时，首先采取的方法应是进行注浆，使周围的墙体岩石能够固结，提升围岩的整体稳定性，防止软岩继续发生变形。对于无水或用水困难的地方可以采取单液浆注浆方法，水源充足的地方采用双液浆注浆。若是在施工期间能够提前预留出足够大小的变形缝，给膨胀岩石提供足够的膨胀空间，进而降低岩石之间的相互挤压，从而能够有效防止因岩石向外鼓出而引起的大变形，变形如图2所示。

图2 墙体架构变形

3.2 软岩大变形隧道的处理方案

隧道工程实际的地质条件、围岩情况在施工中不断显现出来，隧道施工人员依据围岩揭示现状和超前的地质预报手段来对软岩可能变形情况进行预判，进而预测软岩变形级别，根据预测大变形的危害级别，采取不同的处理措施，调整加强工字钢型号、间距以及网片之间距离等支护参数，与周围岩层融合形成自稳能力，从而控制软岩的大变形。具体施工时需要注意如下几点问题。

①针对出现软岩变形问题时，首先要暂停掌子面的施工，全员撤出形变区域待该区域洞内变形完全发生完毕后再进行挖掘工作，上台阶掌子面喷5cm 厚C25 混凝土封闭，并留足足够的加固处理操作空间；②在形变发生过后立即在变形区域上台阶拱腰位置增设I18 及φ110 钢管作为临时横撑，并且利用工字钢做剪刀撑，加强牢固焊接作业，使临时横撑能够形成支护整体，在上台阶架构底部同样增设I18 及φ110 钢管作为临时横撑并喷射混凝土。于初支内侧设置拱墙0.9m/榀的I19 作为临时型钢套拱，临时套拱设于既有钢架中间。临时横撑及型钢套拱施工作业完毕之后，在变形区域沿拱墙增设φ42 钢花管，并径裂缝中注浆以加固围岩，钢花管长度为4m，间距1.2m×1.2m（环×纵），梅花形布置，注浆压力1~3MPa，压注水泥浆[3]。

3.3 对检测地段施工建议

对五峰隧道施工地区进行检测的数据结果进行总结分析，并提出对地质环境极差的隧道施工具体建议，进而有效预防施工过程中出现塌方以及使用后出现大面积形变问题。①在开挖过程中应短进尺、弱爆破，遵循“少扰动、及时喷锚支护、超前加固、勤监测”等技术措施以避免发生塌方；②建议开挖后及时成环，及时进行仰拱填充，防止隧道塌方；③建议做好超前加固、防排水措施，防止围岩含水量增大造成坍塌；若仰拱底端或中导出现积水现象，需及时排出积水，防止围岩被水浸泡进一步降低整体围岩承载力；④加强监控量测，密切关注掌子面附近围岩含水情况及稳定性，确保施工安全；⑤该段埋深较浅，围岩整体稳定性差，建议开挖后及时支护，防止隧道坍塌冒顶；⑥雨季来临，地表水补给增多，建议提前做好防水措施，开挖时遇地下水需做好排水措施，防止地下水浸泡软化围岩，降低整体稳定性。

4 结论

在五峰隧道出现的施工问题，大多数都是由于软岩变形而产生的问题，因此，能否够控制软岩变形的发展，是确保隧道施工过程和之后的使用过程中是否能够维持稳定的重要因素。前文提到的几种处理变形的措施，在五峰隧道中，可以解决一些现存的大变形问题，为之后的隧道修建可能遇到的岩层问题提供一定的参考经验。