隧道浅埋富水段施工技术研究

隧道浅埋富水段施工技术研究

卢晓强

广西路桥工程集团有限公司道桥分公司广西南宁530000

一、研究背景

伴随着新世纪科学、技术、经济的发展，大规模的山区高速公路工程建设促进了各种类型隧道修建技术的进步。

针对我公司隧道施工技术和管理现状，通过对石磨岭隧道进口端浅埋富水段软弱围岩加固措施作研究，结合实际情况对施工方案等进行优化，最后总结隧道浅埋富水段围岩加固设计与施工经验，并对同类工程提供有价值的参考。

二、背景工程简介

工程背景为广西贺州至巴马高速（昭平至蒙山段）一分部石磨岭隧道。隧道进口位于贺州市昭平县城郊，长度为4067m分离式越岭特长隧道；隧道最小覆土层11.5m，且跨越冲沟。隧道净空为11m×5m。

石磨岭隧道进口端左洞距洞口220m处下穿一处集水冲沟，冲沟最低处距洞顶11.5m,左右线河床区域岩层以漂石层为主，下伏强风化泥质粉砂岩。该岩层极破碎，遇水易软化，丧失自稳能力，2018年8月12日6点左线掘进至ZK57+680河床区域发生溜塌，溜塌土体为松软粉砂砾石土，为拱顶偏左2米至拱腰，环向宽度约8米，往大桩号方向塌方长度约6米，塌方深度约5米，塌方量约240m3。8月13日10点塌至地表，地表形成半径约4m,深3.5m。

三、具体研究内容

1隧道冒顶处理加固方案及技术研究

1.1塌方原因分析

（1）工程地质原因：该段为全风化粉砂岩，岩层极破碎，开挖后遇水易软化，丧失自稳能力，且埋深较浅，只有11.5m。开挖后，粉砂土层及漂石层发生流塌难以稳定，造成塌方冒顶。

（2）施工方面原因:没有根据该段围岩实际情况采取有力的施工保证措施，存在侥幸心理，监控量测数据未能及时反馈，地表监测点未能及时布设；超前支护未严格按照设计要求注浆；上导开挖进尺过大，地表没有进行封闭及地表水未引流，地表水下渗严重，拱顶漂石砂砾石层不能自稳，从而造成流塌；围岩开挖爆破，震动引体岩体的层理分裂。

1.2处理方案

该浅埋段塌方虽然已冒顶，但塌方体积不大，所以在处理上相对简单。具体处理的原则是:首先治塌先治水，先进行引排水，然后防止塌方范围继续扩大,再进行加固。处理时采取由外向内,由上而下。具体措施如下：

（1）为防止塌方面积进一步扩大，洞内回填洞渣反压至ZK57+675桩号，喷射混凝土封闭掌子面，同时做好洞内临时排水工作。

（2）对洞内塌腔采用泵送C20砼充填，并采用地质雷达对围岩进行地质预探，如探明有空腔，采用泵送C20砼填充。

（3）由于塌方区域处于冲沟汇集处，地表水量大，回填黏土无法形成一定强度，反而增加洞内拱圈荷载，考虑正处雨季，塌腔必须快速回填，故在洞内回填反压工作完成后，对地表塌陷区域采用C20砼回填。

（4）在地表塌陷坑灌浆回填结束后，尽快完成山体地表冲沟的硬化封闭处理，做好冲沟排水工作，确保冲沟内水流不直接下渗进入山体。

（5）以上几点施工完成后，地表塌腔四周采用注浆小导管进行注浆加固。注浆采用水泥-粉煤灰浆液注浆，小导管单根长600cm，环距和纵距均为120cm，按梅花型布置。

2超前预注浆施工方案确定及技术分析

结合石磨岭隧道塌方冒顶情况，塌腔上部基本属于松软岩层，拱脚下部有涌水，涌水量约15m3/h,我分部尝试采用水泥净浆注浆，但无法止水，通过对比分析后，项目决定采用水泥-粉煤灰-水玻璃双液注浆注浆堵水加固，涌水区域注浆采用深浅孔组合帷幕注浆的方式进行，洞内其它区域采用全环径向注浆小导管注浆止水加固，按梅花型布置。小导管单根长600cm，环距和纵距均为120cm。

2.1注浆材料对比分析

注浆材料的选择是注浆成败的关键，因此，在注浆材料选择方面一定结合隧道围岩特点做对比分析，选择合适的注浆材料。

表2.1-1注浆材料分析表

基于对比分析表,结合塌方冒顶处理对粉煤灰改性水泥-水玻璃双液注浆性能进行试验研究，在注浆后，堵水实际效果良好，围岩变形得到很好的控制，且成本相对普通水泥节省近1/3。

3隧道浅埋富水段监测数据分析

在隧道施工中，监控量测和分析起到重要作用，根据监测结果可以判断围岩稳定定性和预测围岩变形，保证施工安全、进行施工管理、提供施工预警信息，可有效减少事故的发生。

3.1隧道地表沉降监测技术研究

下图为石磨岭隧道ZK57+681断面开挖时部分量测数据绘制的时间—位移曲线，如下图：

在回归分析中经过几个函数的对比，周边收敛最终采用指数函数，为其回归方程，相关系数；拱顶沉降采用指数函数为其回归方程，相关系数。

（1）周边位移分析

图3.1-1ZK57+681位移曲线图

根据选定的指数函数方程对观测点进行分析，由指数函数方程极限公式可求,当开挖后36天后，根据求导公式求得第36天的位移速率为0.06mm/天，可据此判定围岩周边位移在开挖36天后基本稳定。

（2）拱顶沉降分析

根据选定的指数函数方程对观测点进行分析，第31天的位移速率为0.05mm/天，可据此判定围岩拱顶沉降在开挖31天后基本稳定，表明明支护参数合理，能保证施工安全。

（3）地表沉降分析

从下图可以看出来在隧道刚开始开挖塌方区域时的初期，由于受到爆破震动以及冲沟的影响，沉降速率是逐渐变大的，随着开挖的持续进行，开挖掌子面距离地表监测点越来越远，沉降速率逐渐变小最后趋于稳定。根据实际的数据分析，取指数函数作为回归分析的函数精度较高，经过分析此曲线，说明地表沉降趋于稳定。

四、研究成果

此次冒顶塌方处治在各方共同努力下，坍塌范围没有继续扩大,处理结果良好；处理完成后,经过第三方检测,未发现空腔；通过长时间的拱顶下沉和周边位移及地表监控量测数据分析,围岩达到了稳定的状态。通过该隧道冒顶塌方处理，项目总结以下几方面经验。

（1）冒顶处治必须客观查找塌方原因。

（2）对于如浅埋、地形偏压、跨越沟谷或其它坑穴等地段,应提前做好地质调查及地形复测，根据复测及调查收集隧道埋深以及地形、水文等相关基础数据，提前制定有针对性的措施，并加强超前预报工作，选择与地质条件相符的开挖方式，并随时根据围岩变化情况进行优化支护参数。

（3）对于浅埋富水段隧道，在雨季施工时，应制定地表引排水措施，防止地表水下渗造成岩土层及其构造面力学性质降低，围岩丧失自稳能力，危及洞身安全。

图3.1-2地表沉降曲线

（4）在开挖浅埋段之后，要缩短围岩的暴露时间，尽早对开挖面进行初期支护，防治围岩出现大变形。采用科学的开挖方式，减少围岩部分的干扰和震动。