隧道浅覆土下穿水库施工及塌方防治技术研究

翁贤杰，张新宙

（1.江西交通咨询有限公司，江西 南昌 330008；2.江西省高速公路投资集团有限公司抚州管理中心，江西 抚州 344000）

随着交通强国建设的推进和发展，修建隧道的数量大幅增加，隧道下穿既有水库、河道等情况日渐增多。目前关于隧道下穿水库工程的涉及和施工有一定的研究，周冠南等[1]针对水库渗流对浅埋暗挖隧道施工影响的问题，采用数值模拟研究了水库水渗流对隧道稳定性；孔繁越[2]以广昆铁路秀宁隧道为背景，对注浆加固的效果进行评价，提出了下穿水库的施工方案；宋艺[3]研究了地铁区间浅覆土下穿水库的基底控制、基岩孤石处理和结构防水等问题的处理措施；文献[4-7]研究了山岭隧道浅埋段塌方冒顶的治理方案。目前针对公路隧道浅覆土条件下穿水库的施工技术研究相对较少。本文以莲花隧道工程为例，基于安全可靠、经济合理的原则，提出了隧道浅覆土条件穿水库的综合施工技术。

1 工程概况

莲花隧道起点位于萍乡市湘东区白竺乡柘村东风自然村附近，终点位于莲花县六市乡垭坞村源里自然村附近，为双线分离式隧道，左右线起止桩号为ZK 35+035～ZK38+245/YK35+050～YK38+270，隧道长度为3 210 m/3 220 m，属于公路特长隧道。隧道区地貌类型属剥蚀丘陵—低山，山脊多呈北东—南西向，地形起伏大，地表植被发育。隧址区揭露围岩主要为粉质黏土及碎石土、砂质板岩、砂岩、页岩钙质泥岩和灰岩等。

隧道穿越武功山—会稽山前缘褶冲带之武功山隆起，隧址区发育6条构造断裂带，岩体破碎，节理裂隙发育，地质条件复杂。

莲花隧道出口右洞YK37+450～YK37+580段下穿一地方原有水库，出口左洞相应位置为农田。库底面积约2946 m2，蓄水后面积约为4 320 m2，蓄水高度最大为6 m。库底淤泥厚度约1 m，隧道在浅覆土的情况下下穿水库，隧道洞顶距离库底高度为15.8～20.1 m。水库下伏基岩裂隙发育，围岩主要为全-强风化砂页岩，结构较松散，稳定性差。

2 超前地质预报

为防止隧道穿越水库施工过程出现塌方或突水突泥，采用TSP地震波方法，查清掌子面前方150 m范围的围岩和地下水情况。出口右洞为施工先行洞，掌子面施工至桩号YK37+610进行超前地质预报工作。在隧道左边墙布置24个炮孔，炮孔间距1.5 m，左右侧各布置1个传感器，检测结果如图1所示。

图1 出口右洞YK37+610掌子面前方地震波形图

根据波形图，推断YK37+610～YK37+584区域掌子面前方围岩较破碎、含水量稍大。YK37+584～YK37+549区域围岩较破碎，裂隙较发育，含水量较大，可能存在断层破碎带或软弱夹层，YK37+584及YK37+573附近存在岩性变化带，施工时需注意。YK37+549～YK37+487区域围岩较前段围岩完整性稍差，围岩仍以破碎状态存在，裂隙发育，存在软弱夹层；YK37+522～YK37+513段含水量较大。YK37+487～YK37+452区域围岩仍破碎，裂隙发育，YK37+487附近存在岩性变化带，需注意夹层滑落。

现场掌子面围岩为泥盆系强风化页岩和绿泥石砂岩互层状，岩体破碎，结构较松散，呈碎裂结构，水库区段附近发育有F6断层破碎带，地下水较丰富，以渗流出水为主。原设计YK37+590～YK37+492段地表为凹谷水库，勘察期间地下水位高于洞顶，地下水以淋雨状出水，隧道洞顶易发生坍塌，侧壁稳定性差，隧道施工至水库底区间应加强支护。

3 水库改移处理

水库底隧道埋深较浅，且超前地质预报揭示围岩较差。为保障施工安全，隧道掘进至水库段落附近时（YK37+610），将原水库水排干后，对水库向路线右侧改移处理后，再进行隧道穿越施工。为减少新建水库对隧道安全施工及运营的影响，将水库沿冲沟方向上移约100 m。在保证原有库容量不变的情况下，利用现有地形新建水库一座，拟新建面积约为4 611 m2的水库。水库设重力式土坝一道，土坝外侧增设M7.5浆砌片石浸水护坡，长度约为35 m，高度约为8 m，上口宽度为4 m，下口宽度约为20 m。在新建水库出水口处两侧设置大小两条M7.5浆砌片石排水沟，并与原有灌溉沟渠顺接。为防止原水库底部积水对隧道结构稳定的影响和满足生态环境保护要求，并减少对浅覆土段隧道围岩的扰动，隧道二衬施工穿过水库并达到设计强度后，对原水库基底进行分层反压回填黏土并绿化。填土成中间高四周低形状，中心高度为1～1.5 m，排水坡度不小于4%。同时，在回填土四周设置0.8 m×0.6 m的浆砌片石排水沟，使坡面水顺利排出。

4 浅埋塌方防治技术

2020-05-29，右洞开挖至YK37+482.5时，洞顶覆盖层厚仅约16 m，为既有水库最低处，围岩进一步变差。掌子面围岩为残坡积土及全强风化砂页岩，为富水松散体，稳定性极差。受连续暴雨影响，开挖后隧道拱顶出现掉块，至05-30凌晨，坍塌延伸至地表，地表出现直径约8 m的塌坑。坍塌稳定后，立即对掌子面回填反压，回填后挂网喷射C30混凝土封闭。地表塌坑采用泵送C20混凝土进行封底和堵水，防止降雨入渗，围岩软化泥化，掌子面形成突水突泥，同时泵送C20混凝土可对洞身塌腔进行填充。塌坑封底混凝土厚0.6 m，底部铺设φ8单层钢筋网。在YK37+483处采用15 m长φ108×6 mm管棚穿越塌方体，管棚环向间距40 cm，拱部120°范围附近布置，每环33根，内设3根直径22 mm HRB400钢筋笼，增强管棚刚度。

YK37+483～YK37+468塌方及其影响段，初期支护工字钢采用I20a工字钢，间距为50 cm；喷混凝土采用27 cm厚C30砼，内设φ8双层钢筋网。系统锚杆取消，调整为3.5 m长，φ42×5 mm径向注浆小导管，加固形成止水加固圈，小导管间距0.5 m×1 m（纵向×环向）梅花形布置；注浆终压1～1.5 MPa，采用水泥单液浆，水灰比1∶1。二衬采用55 cm厚防水钢筋混凝土，主筋规格由φ20调整为φ22，间距20 cm；混凝土由C30调整为C40。待塌方段二衬通过并达到强度后，对塌坑进行回填及防排水处理，回填采用轻质土，顶层回填土采用1 m厚隔水的黏土层，高出原地表约30～50 cm，防止雨水汇集渗入塌坑。

为防止水库底浅埋段隧道塌方再次发生，YK37+471～YK37+430段采用三台阶留核心土法开挖，每循环进尺0.5～1 m。超前支护采用φ42×5 mm双层小导管。小导管长4.5 m，纵向间距3 m，环向间距0.4 m。初期支护及二衬支护参数同YK37+483～YK37+468段一致。隧道洞顶上方属雨水汇聚区，施工中对防排水结构进行加强，环向排水管由原设计5 m调整为3 m一道。塌方治理及掘进支护设计如图2所示。

图2 YK37+482.5处塌方治理及掘进支护设计

5 结语

按照“探测先行”原则，隧道即将下穿水库施工前至少30 m，采用瞬变电磁探测方法查明前方150 m地质情况，及时调整工法。隧道在浅覆土条件下穿水库，将水库改移至路线外侧适当距离，并做好地表防排水，既降低了隧道施工难度，又最大程度减少了水库对隧道长期运营的不利影响，符合技术经济合理要求。采用管棚注浆和衬砌结构加强工法，有效地治理了浅埋段塌方；在后续施工中，综合采用三台阶留核心土开挖法、双层小导管超前支护等措施，隧道安全顺利地通过了浅覆土软弱段。