千枚岩地质下偏压隧道变形地质原因.doc

千枚岩地质下偏压隧道变形地质原因分析及应对措施中铁电气化局集团西铁建设公司 武鹏涛摘要：吕河隧道位于十天高速旬阳联结线，出口以风化千枚岩为主，含少量石英片岩，节理发育，洞口右侧存在东西走向断层，裂隙水丰富，石英岩与千枚岩分层界线容易产生岩层下滑，地形、地层双作用偏压，出口段 V级围岩103m，最浅埋深仅4m，开挖断面15.110.5米,典型的大跨、浅埋、偏压隧道。在施工中多次出塌方情况，本文总结施工中遇见的问题及应对方法，通过对地表、山体、洞内三方面的加固，总结出一整套千枚岩地质下偏压大跨隧道的施工方法，为陕南同类型隧道提供了施工指导和借鉴。关键词：千枚岩 偏压隧道 地质原因 应对措施1 工程概况11吕河隧道位于十堰-天水高速公路A-CD40标陕西省安康市，里程LBK1+456- LBK2+030间，全长574m，出口端位于汉江河畔半山腰，地势极其陡峭，103米为偏压段浅埋层，在洞顶右上方有1984年的滑坡痕迹，垂直断裂带高约4米。地质以风化千枚岩为主，含少量石英片岩，节理发育层厚小于20cm，较为破碎。岩层自左向右倾3560（倾向北）与隧道夹角很小，拱墙部容易顺层塌方。洞口右侧存在东西走向断层，裂隙水丰富（初步估计断层在LBK0+960附近与隧道交汇）。地质构造存在偏压，石英岩与千枚岩分层界线容易产生岩层下滑。2011年7月施工至LBK1+888时（距出口142米）初支多处发生开裂剥落、至9月6日偏压挡墙沿上导地面水平向出现2-3毫米裂缝，左侧明暗洞结合处喷射混凝土向外鼓起75毫米，拱顶出现不同程度喷射混凝土开裂、掉块现象，隧道右侧LBK1+970- LBK1+982段在拱脚部位开始出现纵向裂缝，裂缝处喷射混凝土大量掉块，外露钢拱架扭曲，外凸达20厘米，随时都有坍塌的危险，连夜进行钢支撑顶撑加固处理；2天后对侧隧道拱脚部位（隧道左侧LBK1+963- LBK1+982）出现混凝土剥落、拱架扭曲外鼓现象。12隧道顶山体状况121、临近洞口仰坡顶面处裂缝（距离坡体塌方面5-10m）：洞口仰坡顶面裂缝呈圆弧形分布，裂缝宽度达到525cm不等。122、在坡顶村民宅基地处(距离塌方面约45m)：院子内裂缝宽度达到115cm不等；房屋内墙体及地面裂缝达02.5cm不等，上下楼顶的砼楼梯与墙体间均以产生裂缝；在宅基地两侧下方，裂缝宽度以及溜塌距离达到125cm不等；123、在坡顶耕地内(距离塌方面约85m)：裂缝宽度达到150cm不等，土体明显下滑呈断裂状。 2 隧道变形地质原因分析21、斜坡失稳的地质类型定性：211、隧道通过的主体岩层为薄层状千枚岩，岩质软弱，层面极其发育，揉皱强烈，风化深重，在斜坡重力作用下，易沿陡山坡向下蠕变；加之隧道出口二、三十米地段左侧恰位于地层分界面部位，千枚岩覆盖于坚硬的中、厚层石英片岩之上，且岩层界面倾向隧道，形成上软下硬的顺层不稳定结构（见图）。212、岩层从左向右倾向隧道，倾角4045度，是最容易形成临空面、产生向下滑移的角度。213、隧道左侧为冲沟岸坡，顺层滑动具备临空的陡坡地形条件。214、在千枚岩体中发育一小断层揉皱破碎带，在LBK1+920通过隧道，有7m宽破碎带，有泉水流出，说明千枚岩体中含水。上述岩性、界面、产状、地形以及地下水等5方面不利组合，使隧道出口段成为极有利于产生顺层滑动的不稳定山体地段，尤其在雨季地表水大量下渗的条件下，极易产生向下滑移变形。地表存在的陡坎表明，可能在未开挖隧道之前，就发生过滑移变形。隧道内的变形和地表产生多条裂缝，表明2011年由于隧道开挖的扰动和雨水下渗，斜坡产生了较为明显下滑蠕动变形，致使隧道结构承受地层错动的作用而变形、开裂。因此可以定性为：破碎软弱的千枚岩层，沿软硬岩层界面产生蠕动下滑变形。22、可能产生的危害由于目前造成所处山体斜坡不稳定的5方面地质因素及不利组合仍然存在，单纯在隧道内采取措施无法消除和对抗，存在发生更大范围或更大幅度下滑的可能，尤其是在雨季渗水使千枚岩软化、增重的条件下可能发生整体滑动，造成重大滑坡地质灾害，其后果是公路断道而无法补救，即使施工时未出现大灾害，在今后运营中也是长期隐患，对其产生后果应有充分估计，尽快采取根治措施。3 处理隧道变形的原则31、处理措施的基本原则隧道施工时，严格遵循以下基本原则，以确保工程质量及施工安全。1、先外后内，在先整治斜坡，确保山坡整体稳定的条件下，再继续隧道拱底施工。2、隧道大里程方向右侧外山坡增设抗滑桩，确保斜坡坡脚和下部稳定。3、尽快完成抗滑主体工程和地表防、排水和封闭工程。4、根据中上部稳定和检算情况，研究确定中上部加固的措施。5、洞内开挖施工，要研究和实施不诱发变形发展的施工程序和精细工艺。6、隧道内主体工程施工时，要抓好施工工序细节，目的是为了初支早成环、二衬早封闭，从而确保施工质量和安全。要做到：步步为营、步步到位；7、先加固后施工，边施工边加固，不安全不施工。施工主体时是在工程安全、施工人员安全的前提下进行的；8、施工主体时，先易后难。比如：初期支护开裂严重地段先加固好，但不要开挖下部，因为不安全。安全地段、容易施工段要先施工、快施工；9、隧道内主体施工时，还要遵守“二衬紧跟铺底、铺底紧跟支护、支护紧跟开挖”，实现“初支早成环、二衬早封闭”才能保证施工安全优质。10、洞外地表开裂错落、蠕动等及洞内支护开裂、变形等，应做好监测、观察标记和资料记录及分析资料等形象工作。4 处理隧道变形的措施41、洞外：采用“抗、拉、注”三结合的措施进行吕河隧道综合治理。411、“抗”：即在隧道出口明暗交界处与偏压墙顶平齐位置，沿山体圆弧状设置抗滑桩；同时在偏压拱墙外侧设置砼挡墙。、抗滑桩设置：沿山体圆弧状设置，高度与偏压墙顶平齐，结构尺寸2m3m，抗滑桩截面长方向沿山体走向布设，共10根。桩与桩之间及顶部用坡脚挡墙和桩间挡墙连接，防止山体流滑、覆盖土流失。、砼挡墙：偏压拱墙外侧，明暗洞交界处向吕河大桥方向，设置宽度为5.0m的C25砼挡墙。墙基并采取如下抗滑措施：基底：挡墙基底置于基岩内1.0m，同时在挡墙基底基岩内打入长4.0m、间距为1.5m1.5m的R25锚杆(基岩下2.5m，基岩上留置于挡墙内1.5m)。明暗洞交界处坡体段范围内：打入长度为4.5m、间距为1.5m1.5m的R25锚杆(打入岩体3m，外留置于挡墙内1.5m)。412、“拉”，即在抗滑桩顶以及仰坡面，设置预应力抗拉锚索。、桩顶锚索：在抗滑桩顶2米处预埋锚索孔道，斜下方25度角布置，长度60米，穿过隧道底3米以下，锚固在左侧坚硬的片状石英岩中，消除抗滑桩顶面自由挠度变形。、边仰坡：采用C25砼护面墙（厚度40cm），护面墙内设置钢筋骨架，参照格子梁设置；并设置间距为4m4m的锚索，锚索长度35米m，边坡垂直于坡面布设，仰坡与隧道轴线呈45度布设，锚索型号为6s15.2mm。413、“注”，即注浆。由于山体表层3-5米为泥质千枚岩，在自重力的作用下会产生蠕动下滑，极不稳定，尤其是千枚岩遇水融化的土质特性，在暴雨季节表现为线状泥石流，进而发展为次第牵引式滑坡，极易诱发隧道山体变形。应对现正处于蠕动的山体表层进行注浆，起到固结、防水作用，以从根源上稳固山体，以确保通车后的隧道安全。42洞内：421、对LBK1+963- LBK1+982段初支扭曲侵限部位继续用双20b工字钢立柱支撑，防止变形进一步加剧。422、对LBK1+955- LBK2+023段左侧拱腰施做 2排108注浆无缝大导管，长度9-12米，间距1.2米,加强左侧山体的整体性和抗下滑力，为下导开挖提供安全保证。423、在初支开裂严重段拱腰设置2排预应力锚索，排间距为2.5m，纵向间距为4.0m，长度不小于25m(具体长度根据现场钻芯样围岩情况再定)，对山体进行再加固。424、对30米长的侵限段进行换拱处理，钢拱架型号由20b提高到22b，间距由60厘米加密为30厘米，强支撑抵抗地应力变形。425、LBK1+955- LBK2+023二衬混凝土标号由C25提高到C30，二衬钢筋由22提高到25，间距由20厘米加密到15厘米。由