鄒永艷，崩建平，黃功偉

(湖北省交通規(guī)劃設計院)

雞口山隧道塌方處理與超前地質預報技術的應用

鄒永艷，崩建平，黃功偉

(湖北省交通規(guī)劃設計院)

針對雞口山隧道地質復雜、斷裂破碎帶多、巖溶發(fā)育及施工過程中多次出現(xiàn)塌方、涌水情況，介紹了雞口山隧道塌方處理方法，超前地質預報技術在施工和動態(tài)設計中的應用。

塌方;超前地質預報;動態(tài)設計

1 工程概況

雞口山隧道是湖北杭瑞高速公路的重點控制性工程，隧道設計為分離式隧道，左洞起訖樁號為ZK81+920～ZK84+889，長2 969 m，右洞起訖樁號為 YK81+923.5 ～YK84+907.5長2 984 m，設計行車速度為100 km/h。隧道左、右洞凈距為22～35 m，穿過的山體地形起伏較大，最大埋深319 m。

2 工程地質、水文地質

2.1 工程地質

雞口山隧道處于構造溶蝕～剝蝕低山區(qū)坑口背斜北翼，背斜北翼發(fā)育四組節(jié)理，巖體被切割呈碎塊狀。隧道區(qū)地表可見3條斷裂，分別為F15-1、F15、F16。3條斷裂均為早期的EW向斷裂，以張扭性為特征，破碎帶寬15～30 m，傾向350～15°，傾角一般72～82°，后期有硅質熱液充填，并在斷裂旁側形成劈理帶，造成巖體極為破碎。詳勘物探推測3條斷裂，分別為 F-1、F-2、F-3。

隧道區(qū)地層巖性為志留系下統(tǒng)新灘組(S1x)頁巖，奧陶系上統(tǒng)龍馬溪組(O3S1l)炭質頁巖，奧陶系下統(tǒng)南津關組(O1n)厚層狀白云質灰?guī)r，寒武系石龍洞組(∈1sl)白云巖、粉砂質頁巖。

2.2 水文地質

隧道區(qū)的地下水主要為基巖裂隙水、巖溶水。

基巖裂隙水賦存于頁巖、炭質頁巖的風化裂隙中，主要接受大氣降水、上覆層下滲等方式補給;巖溶水賦存于寒武系、奧陶系灰?guī)r、白云巖層中，受層間裂隙、節(jié)理、斷層及溶蝕洞穴發(fā)育程控制，巖溶發(fā)育段水量豐富。在隧道進口2～2.5 km附近出露多個較大巖溶泉，泉口高程高出隧道進口25 m左右。其中在隧道進口左側2.5 km楊畈處一巖溶泉冬季流量約0.5 t/s，夏季流量約1.5 t/s，進口右側約2 km大孟處一帶有四個溶泉，冬季一般約0.1 t/s左右。在隧道近出口有巖溶泉出露，泉口標高約220 m，泉流量約0.8 L/s。

3 隧道塌方處理

3.1 塌方位置及規(guī)模

雞口山隧道巖溶發(fā)育，受斷裂破碎帶影響，圍巖破碎。施工期間圍巖復雜多變，掌子面處多次發(fā)生不同程度的塌方。主要塌方及規(guī)模如表1。

表1 雞口山隧道施工期間主要塌方一覽表

3.2 塌方處理

塌方處理以“先穩(wěn)后穿”的理念進行。在處理隧道塌方之前，先穩(wěn)定塌方體及塌方影響段已施工的初期支護。

穩(wěn)定塌方體主要采用隧道洞渣進行反壓回填，并以此作為塌方處理開挖的施工平臺。塌方影響段處理根據(jù)已施工的初期支護變形情況，二次襯砌離塌方處的距離進行綜合確定。在本隧道塌方處理中，塌方影響段5～10 m的初期支護采用18工字鋼進行環(huán)向或豎向井子型臨時支撐，初期支護采用小導管徑向注漿加固，確保塌方處理過程中后方支護的安全。

塌方處理時，對塌方體采取大外插角單層或雙層超前小導管進行注漿加固，注漿加固后，采用三臺階法進行施工，以“強支護，短進尺，局部弱爆破”進行穿越塌方體。對于塌方規(guī)模小、無水地段，采用單層外插角30°的超前注漿小導管進行注漿加固;對于塌方規(guī)模大、塌方體內涌水地段，采用雙層超前注漿小導管進行注漿加固，外層注漿小導管外插角為30°～45°，用于固結塌方體和堵水，內層外插角10°，用于增加超前支護的剛度，內、外層小導管梅花型布置。小導管均采用 φ42 ×3.5 mm，長4.5 m 鋼花管，縱向間距2 ～2.5 m，環(huán)向間距0.4 m;小導管注漿材料無水地段采用純水泥漿，涌水地段采用水泥漿、水玻璃雙液漿;注漿初壓0.5～1 MPa，終壓1.5 MPa。塌方區(qū)雙層注漿小導管設計見圖1所示。

塌方體范圍內初期支護采用18或20b工字鋼，工字鋼縱向間距0.5 m，開挖進尺每循環(huán)控制在0.6 m以內，并加大開挖預留變形量至15～20 cm，二次襯砌采用60 cm厚C25鋼筋混凝土。

圖1 塌方區(qū)雙層注漿小導管縱面布置示意圖

4 超前地質預報及動態(tài)設計

雞口山隧道地質復雜、巖溶發(fā)育，并穿過多條斷裂破碎帶，通過超前地質預報，可及時預測前方地質情況，調整隧道支護參數(shù)和施工方法，避免隧道施工過程中突水、突泥事故的發(fā)生，減少圍巖突變及斷層破碎帶地段塌方的發(fā)生。

雞口山隧道采用地質雷達TRT物探，RPD-150C多功能快速鉆機超前鉆探。施工過程中以TRT物探為主，每次探測長度為50～150 m，通過對收集到的各類地震波信號的綜合分析處理，繪制出三維全息巖土地質結構圖像。施工時根據(jù)地質預報成果，對掌子面前方地質異常地段及時調整施工方案，減少了隧道塌方事故的發(fā)生。

超前鉆探的段落為ZK84+915～ZK84+004，該段圍巖受出露地表斷層F15和詳勘階段物探推測斷層F-2影響，圍巖破碎，詳勘鉆探時地下水位高于隧道設計標高達35 m。該段地質縱斷面見圖2所示。

圖2 左洞斷裂破碎帶發(fā)育地段縱斷面圖/m

2010年7月31日，當隧道掌子面施工至ZK84+004時，掌子面圍巖為碎裂狀強風化白云質灰?guī)r與深灰色中風化白云質灰?guī)r互存，局部巖體表面鐵質浸染，結構面呈褐黃色;節(jié)理、裂隙發(fā)育，右側節(jié)理裂隙張開3～5 mm，有泥質充填;受結構面切割，圍巖較破碎，多呈碎塊狀、塊狀鑲嵌狀結構，圍巖自穩(wěn)能力差，掌子面及拱頂?shù)魤K時有發(fā)生。掌子面地下水較發(fā)育，上部較潮濕，右側底部有一股狀涌水，水質較清澈，初略估計總涌水量約5～10 L/s。

該段施工圖設計采用超前帷幕注漿進行超前支護?？紤]超前帷幕注漿施工工序復雜，施工周期長，工程造價高，其一般用于高承壓水地段。為確定該地段圍巖破碎程度及巖溶發(fā)育情況，采用了“RPD-150C多功能快速鉆機”進行超前水平鉆探。鉆孔數(shù)量1個，即ZK1，鉆孔位置示意圖如圖3所示。

圖3 ZK84+004掌子面超前水平鉆探鉆孔位置示意圖

超前水平鉆孔深度89 m，在鉆進過程中儀器自動生成“鉆速及破壞能”曲線圖。根據(jù)鉆進過程記錄及鉆探成果資料，綜合推斷出該段圍巖掌子面前方無高承壓水，掌子面多處存在軟弱夾層及巖溶填充物。根據(jù)超前地質預報成果，現(xiàn)場變更取消了施工圖設計的超前帷幕注漿加固方案，采用雙層超前注漿小導管注漿進行加固，在施工過程中未發(fā)生塌方和突泥事故，節(jié)約隧道工程造價，并加快工程施工進度。

5 小結

不良地質及巖溶發(fā)育地區(qū)隧道的修建，在施工過程中容易發(fā)生塌方及涌水、突泥事故，特別是當掌子面圍巖突變時，難以引起施工人員的警覺，導致隧道發(fā)生塌方，嚴重時出現(xiàn)工程事故。通過超前地質預報，施工人員可預先了解掌子面前方圍巖情況，在開挖、支護過程中提前采取相應的處理手段，減少施工過程中塌方發(fā)生，避免塌方產生人員傷亡事故。

小導管注漿施工速度快，布設靈活，質量容易控制，在處理塌方過程中應用廣泛。地質雷達預報速度快，對隧道施工進度影響小，對施工具有指導作用。

［1］重慶交通科研設計院.公路隧道設計規(guī)范(JTG D70-2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］交通部重慶公路科學研究所.公路隧道施工技術規(guī)范(JTJ042-94)［S］.北京:人民交通出版社，1995.

U442

C

1008-3383(2013)03-0116-02

2012-09-13

鄒永艷(1978-)，男，工程師，主要從事公路隧道勘察、設計工作。