下車亭隧洞軟巖塌方段地質條件及處理措施

李增平

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

下車亭隧洞軟巖塌方段地質條件及處理措施

李增平

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

下車亭隧洞由于其洞身地質條件復雜，在施工中出現(xiàn)了塌方，經(jīng)過采用不清渣對松渣進行封閉等加固措施，解決了軟巖塌方處理的難題，取得了較好的效果，確保了隧洞的施工安全及運行安全。

軟巖；塌方；開挖；支護；措施

1 工程概況

下車亭隧洞位于河北省淶水縣境內，為南水北調中線工程大型建筑物之一，洞身段地質條件復雜，巖性變化較大，巖體風化嚴重，巖體強度較低，穩(wěn)定性較差。施工中出現(xiàn)了塌方，處理非常困難，是制約工期及工程安全的主要因素。

2 地質條件

2.1 地形地貌

本區(qū)屬太行山東麓與華北平原過渡地帶的丘陵區(qū)，隧洞穿過的西武山為一條走向NW～SE山脈的近末端，山頂高程160.0～170.0m，進出口為坎狀梯田，地面高程65.0～70.0m。山體為剝蝕丘陵，山頂基巖裸露，沖溝較為發(fā)育，切割深度3～6m，沖溝兩側及溝底基巖出露。

2.2 地層巖性

洞身段開挖揭露的地層主要有3種不同類型。

2.2.1 薊縣系鐵嶺組（Jxt）

青灰色、灰白色含燧石條帶白云巖，中厚層為主，巖石堅硬，節(jié)理裂隙發(fā)育，特別是出口段受f6斷層影響，發(fā)育較多的寬大裂隙，且大部被紅粘土充填。巖體隱節(jié)理發(fā)育。巖層走向NW310°～330°，傾向NE，傾角15°～30°，在隧洞洞身出口段出露。

2.2.2 青白口系下馬嶺組（Qnx）

主要由頁巖、砂質頁巖組成。頁巖呈灰紫色、紫紅色，灰黃

色，頁片狀，巖質軟弱。頁巖有層間小揉皺，具輕微變質。巖層產(chǎn)狀變化較大。本層主要分布在洞身中部。

2.2.3 青白口系長龍山組（Qnc）

主要由石英砂巖、粉砂巖、頁巖組成。石英砂巖性脆，單層厚度一般4～40cm，頁巖軟弱，單層厚度一般5～10cm，風化嚴重，部分呈泥狀。巖層產(chǎn)狀變化較大，巖面起伏多變，巖層傾角一般5°～40°。主要出露在隧道進口段洞身部位。

2.3 地質構造

2.3.1 斷層

下車亭隧洞揭露的斷層較多，塌方主要發(fā)生在頁巖與含燧石條帶白云巖接觸的f6斷層部位。

f6斷層走向NW300°～315°傾SW，傾角50°左右，斷層帶寬度最大可達5m，斷層帶內以全強風化狀白云巖為主，局部充填方解石脈，角礫巖及糜棱巖，強度極低，手捻成粉末狀，灰黃、灰白色，見烘烤痕跡；多為砂狀，夾大小不等巖塊。上游斷層影響帶較寬，斷層影響帶以白云巖為主，夾少量頁巖，巖層產(chǎn)狀變化較大，巖體破碎，為鑲嵌碎裂結構。上盤巖石破碎，強度較低，巖石風化嚴重，下盤巖層破碎，為紅粘土夾碎石，碎石含量約70%，碎石塊徑3～7cm，巖石風化嚴重，強度較低。受f6斷層影響，右洞在樁號209+370～209+375發(fā)生塌方，高8m以上。

2.3.2 節(jié)理及裂隙

受f6斷層影響，本段巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖石破碎，且規(guī)律性較差，隱節(jié)理極為發(fā)育，特別是頁巖風化極為嚴重。

2.4 水文地質條件

地下水類型主要為基巖裂隙水，埋深較大，洞內未見地下水及明顯的滲水，隧洞開挖施工為干場地作業(yè)。

3 塌方情況

下車亭隧洞右洞塌方樁號為209+370～209+375。右洞洞室開挖至樁號209+372.6，掌子面為白云巖（Jxt），弱風化，巖層產(chǎn)狀NW350°、傾SW、傾角40°，巖石較新鮮完整，層理不明顯，局部隱節(jié)理發(fā)育，且閉合。未發(fā)現(xiàn)不良的地質現(xiàn)象，進尺2.5m，鉆進中鉆孔回水為青灰色，鉆進感覺巖石堅硬，無軟弱巖體，無鉆孔封堵現(xiàn)象、裝炸藥順利。當209+370～209+372.6段巖體起爆后上部巖體突然塌落，塌落范圍為209+370～209+375。該塌方位置與預測的f6斷層出露位置僅差6m，塌方是由于施工單位對本段圍巖重視不足所致。塌落體松散物呈1∶1的坡度堆積成錐狀，塌方量300m3。塌方的巖石為斷層f6下盤構造影響帶，巖性為全強風化白云巖（未見頁巖）。分析在最后一次爆破后上部好的巖體較薄，為一薄層硬殼，下部巖體爆破后，該硬殼不能抵抗上部圍巖的壓力而出現(xiàn)塌方。

根據(jù)塌落的實際方量，推測現(xiàn)洞頂上部定會有相當高度的架空，上部塌落高度可達8m以上。塌方段未見地下水活動，塌落物以碎石土為主，細粒土占1/3以上，塊體巖石大小不等，一般塊徑10～25cm，最大50cm以上，散碎的巖石塊體強度較低，大部分手可掰碎，少量巖塊堅硬。

根據(jù)地質資料分析穿越f6斷層，至少還有35～45m的距離，f6斷層的上盤為頁巖（Qnx），頁巖工程地質條件仍然較差，頁巖爆破后多呈土夾碎石狀，約有1/3～1/2巖體呈土狀，因此，穿越f6斷層及其影響帶必須提前做好加固處理措施。

4 加固處理措施

為保證施工安全和運行期洞室的安全，采用不提前清碴，加強支護進洞處理，并及時進行二次混凝土襯砌的措施。根據(jù)塌方段以及前后影響帶范圍，分三部分進行加固處理。對塌方體及塌方體前的部位進行加強支護處理，對掌子面后采取安全可靠的支護措施進行洞挖、支護。

4.1 加固塌方體前的不穩(wěn)定體

處理塌方體之前，應先對塌方體前8m洞段進行加固補強。該段增設格柵鋼架，間距1m，格柵鋼架連接筋為Φ22，間距1m。側墻起拱線以上增設注漿小導管，小導管施工參數(shù)：直徑準42、長度6m、排距1.5m、環(huán)向間距40cm、傾角30°。

4.2 加固塌方段

根據(jù)地質條件的變化，塌方段采用D型襯砌結構（即襯砌型式為錨噴支護加75cm厚的鋼筋混凝土襯砌，噴層厚20cm，錨桿長3.5m，間距和排距均為1.0m），采取安全可靠的措施對該段斷面進行擴挖。塌方體采用型鋼棚架、注漿小導管加固穿過塌方體。該段處理完成后，及時進行二次混凝土襯砌。

（1）塌方處理前，對松碴表面素噴C25混凝土10cm進行封閉。

（2）在起拱線以上安設兩排（準42）注漿小導管，使頂拱以上的松碴凝結成拱形體。小導管排距1.5m，環(huán)向間距40cm。下排小導管傾角5°，長6m；上排小導管傾角15°～20°，長4m。上、下兩排小導管間距20cm，呈梅花型布置。小導管插入鉆孔后應外露一定長度，外露部分須焊接在型鋼鋼架上。

（3）安設熱軋普通I18工字鋼拱架，間距0.5m。鋼拱架間縱向采用I18工字鋼聯(lián)結，環(huán)向間距0.5m，使鋼架和工字鋼之間形成型鋼棚架。鋼架底部墊設10mm厚鋼板。

在每榀鋼架兩側起拱線、底部分別布設2根鎖腳錨桿，每榀鋼架布設8根錨桿。鎖腳錨桿采用長2.5m、直徑準22的砂漿錨桿，與鋼架焊接牢靠。安設鋼架后在開挖洞壁兩側布設環(huán)向系統(tǒng)錨桿，使系統(tǒng)錨桿焊接在鋼架上。拱架安裝后采用鋼筋網(wǎng)（準8@100×100）、噴射C25混凝土20cm進行覆蓋。

（4）對松碴表面封閉和斷面擴挖后，安設第一排小導管，待第一排小導管的漿液凝固后，開始進行少量出碴或人工拔碴，進行上半部的鋼架安裝。出碴應與小導管施工、工字鋼拱架下半部安裝工作交叉進行，每安裝完一排小導管，在漿液凝固4h后安排出碴，出碴在小導管支護范圍，且能安裝下半部的工字鋼拱架。依此循環(huán)施工，直至到達塌方掌子面。施工過程中加強現(xiàn)場監(jiān)控量測，及時預報險情，以便施工中采取可靠安全的防護措施。

4.3 塌方體過后開挖

塌方體處理結束后進入巖體段開挖，由于巖體軟弱，在開挖前進行鉆探施工，用于指導下一步開挖和支護。洞挖之前，進行注漿小導管（準42、L＝4m）預支護，前5m采用熱軋普通I18工字鋼鋼拱架，兩榀鋼拱架間距為0.5m，小導管排距為1.5m；后面10m采用格柵鋼架，兩榀鋼拱架間距為1m，小導管排距為2m。小導管外露部分焊接在鋼架上。掌子面后洞挖循環(huán)進尺在0.5～0.7m之間，錨噴支護必須緊跟開挖工作面。施工過程中做到管超前、短開挖、弱爆破、少擾動、強支護、快封閉、勤量測。

5 結語

下車亭隧洞洞身巖性多樣，地質構造發(fā)育，特別是f6斷層產(chǎn)狀平緩，且沿頁巖與白云巖接觸面發(fā)育，造成斷層兩側巖體破碎，穩(wěn)定性差，在施工中出現(xiàn)了嚴重塌方，本次塌方處理采用不清渣對松渣進行封閉，先加固不穩(wěn)定體，小導管、鋼拱架，邊加固、邊清渣等一系列工程措施，取得了較好的效果，確保了隧洞的施工安全及運行安全。

［1］閆莫明，徐禎祥，蘇自約.巖土錨固技術手冊［K］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］工程地質手冊（第三版）［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992.

［3］河北水利水電勘測設計研究院.南水北調中線京石段應急供水工程（石家莊至北拒馬河段）初步設計報告（第五篇工程布置及建筑物第五分冊隧洞）[R].2003.

［4］SL279-2002，水工隧洞設計規(guī)范［S］.

［5］周應麟，陳秋南.隧洞軟弱圍巖塌方處理技術［J］.中外公路，2005，25（4）.

Geological Conditions and Treatment Measures in the Soft Rock Collapse Section of the Xiacheting Tunnel

LI Zeng-ping
（Hebei Research Institute of Investigation＆Design of Water Conservancy＆Hydropower，Tianjin 300250，China）

Due to the complexity of the geological conditions of the Xiacheting tunnel，collapse happened in the construction，after using the reinforcement measures of closed the loose residue，and achievimg good results，ensure the safety and operation of the tunnel construction safety.

soft rock；collapse；excavation；support；reinforcement measures

TV544；U452.1+1

B

1672-9900（2012）02-0064-02

2012-02-15

李增平（1966-），男（漢族），河北定州人，高級工程師，主要從事水利水電工程勘察、巖土工程工作，（Tel）022-26154829。