段曉彬 尹淏 韓虎

摘 要：瀾阿公路那勒隧道炭質(zhì)頁巖段富水、自穩(wěn)能力差、變形大，對隧道施工造成巨大的困難。通過對實際地質(zhì)情況進行分析研究，找出隧道出現(xiàn)一系列病害的原因，從改善圍巖、調(diào)整支護參數(shù)、優(yōu)化開挖防護施工方法等方面制定了針對性的綜合處治措施，取得良好的效果，為類似工程的設(shè)計、處治提供了參考。

關(guān)鍵詞：隧道；炭質(zhì)頁巖；變形；支護

中圖分類號：U455.49 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）08-0090-02

A LAN Highway Tunnel Nala Carbon Shale Deformation

Analysis and Control

DUAN Xiaobin YIN Hao HAN Hu

（Broadvision Engineering Consultants， Kunming Yunnan 650041）

Abstract： A LAN highway tunnel segment Nala carbonaceous shale and water poor stability， large deformation， causing great difficulties for tunnel construction. Based on the actual geological condition analysis， find out the reasons for a series of diseases of the tunnel， improve the surrounding rock， from the adjustment of support optimization of excavation protection construction method and support parameters for comprehensive treatment measures， and achieved good results， which provides a reference for the similar project design， treatment.

Keywords： tunnel；carbonaceous shale；deformation；support

1 工程概況

那勒隧道位于云南省普洱市瀾滄至孟連至勐阿二級公路（以下簡稱為瀾阿公路）設(shè)計5合同K28+890～K29+765段，全長875m，隧道設(shè)計時速為60km/h，為單洞雙向隧道，隧道凈寬10.6m，凈高6.85m，最大埋深約87m。

隧道整體地質(zhì)情況較差，圍巖以砂巖、泥質(zhì)砂巖、頁巖和炭質(zhì)頁巖為主；巖體裂隙、節(jié)理較為發(fā)育；全隧道圍巖等級判定為Ⅴ級。

2 施工中炭質(zhì)頁巖段變形

隧道由出口端進行單向施工，當開挖至K29+580附近時，發(fā)現(xiàn)此地段圍巖以炭質(zhì)頁巖為主，且地下水較為豐富，與原地勘資料中“中風化砂巖、中風化頁巖、炭質(zhì)頁巖，富水性弱～中等”描述存在差別。隧道開挖過程中，出現(xiàn)掌子面穩(wěn)定性極差、開挖后隧道變形沉降較大且難以收斂、變形持續(xù)時間長、初期支護噴射混凝土掉塊和工字鋼架局部變形的情況，部分地段初期支護侵入二襯范圍。

結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況及超前地質(zhì)預(yù)報資料判斷，掌子面往小樁號方向存在一定距離的全～強風化炭質(zhì)頁巖富水段落，圍巖層理明顯，以水平層理和傾斜層理為主，對施工產(chǎn)生一定的影響。為確保后續(xù)段落施工的安全、避免出現(xiàn)侵限換拱的情況，需要制定針對性措施進行專項處治[1]。

3 病害原因分析

根據(jù)開挖后掌子面的圍巖地質(zhì)情況及已施工段落的變形特點，對炭質(zhì)頁巖段出現(xiàn)變形的原因進行分析，主要有以下四點。

3.1 巖性特點

此段炭質(zhì)頁巖圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，隧道開挖后圍巖暴露在空氣中，與空氣接觸風化，導(dǎo)致整體性降低，圍巖更加破碎松散，強度降低。加之此段地下水豐富，在水的作用下，圍巖快速軟化失去自穩(wěn)能力。經(jīng)開挖之后，在空氣和水的共同作用下圍巖呈現(xiàn)“遇風就散、遇水就軟”的特點，對結(jié)構(gòu)受力非常不利。

3.2 層理原因

圍巖層理發(fā)育，且以水平層理和小角度傾斜層理為主。炭質(zhì)頁巖在形成過程中，在垂直于層理方向受力的擠壓作用下多發(fā)生彎曲的褶皺現(xiàn)象。當隧道開挖后，受擠壓的炭質(zhì)頁巖層理結(jié)構(gòu)遇臨空面，產(chǎn)生恢復(fù)受擠壓前原狀的膨脹力。由于圍巖層理以水平為主，水平層理的膨脹主要體現(xiàn)為向下，造成隧道初支拱部所受力較大。

3.3 拱腳失穩(wěn)

由于圍巖富水，在臺階分界處易積水，導(dǎo)致拱腳處圍巖被泡軟，工字鋼架的臨時拱腳不能落到穩(wěn)定的圍巖上，當上部鋼架受力后，臨時拱腳下陷失穩(wěn)，造成上半斷面鋼架整體下沉，從而使初期支護侵限[2]。

3.4 二襯施作滯后

按照傳統(tǒng)對新奧法的理解，二襯施作應(yīng)在初支變形沉降基本穩(wěn)定之后方能進行，此時圍巖的應(yīng)力已經(jīng)基本得到釋放，圍巖在支護的作用下已再次達到穩(wěn)定狀態(tài)。但對于自穩(wěn)性較差的圍巖而言，圍巖變形時間長，很難達到基本穩(wěn)定的要求，若任由變形持續(xù)發(fā)展，當變形增大到一定程度后，會出現(xiàn)初支大變形、侵限、甚至垮塌的情況，給工程帶來極大的風險和損失。遇到此類圍巖，除了應(yīng)加強初期支護強度、采取措施提高圍巖的穩(wěn)定能力外，也應(yīng)適當提前施作二襯，提高整體支護能力。

4 處治措施

4.1 加強超前支護

由于受水平層理影響，隧道拱部膨脹應(yīng)力較大，加之圍巖松散圈較大，開挖之后初期支護拱部受力較大。采取加強超前小導(dǎo)管注漿加固，能封閉圍巖裂隙，有效抑制開挖后風化作用對圍巖的影響，使小導(dǎo)管與注漿加固后的圍巖共同受力，增加開挖過程中的安全性。由原設(shè)計每根小導(dǎo)管4.5m，每5榀工字鋼一循環(huán)調(diào)整為每3榀工字鋼一循環(huán)，增加超前小導(dǎo)管的搭接長度，增大注漿范圍，必要時可以適當增加注漿壓力。

4.2 增強初期支護參數(shù)

對于全風化炭質(zhì)板巖而言，圍巖變形大、時間長，初期支護尤其是拱頂部位受力較大，為保證初期不被破壞，需對初期支護參數(shù)進行調(diào)整：設(shè)計I18工字鋼間距由60cm調(diào)整為55cm，初支鋼筋網(wǎng)由單層加強為雙層，拱頂部位3個A單元范圍內(nèi)工字鋼縱向連接鋼筋調(diào)密，由100cm調(diào)整為50cm。

4.3 加強鎖腳

為避免在開挖支護過程中臺階分界處工字鋼架拱腳部位圍巖軟化不穩(wěn)造成工字鋼架整體下沉，需對臺階落腳處進行加強處理：一方面要求及時排水，避免拱腳部位圍巖被泡軟；另一方面，在拱腳部位增加臨時混凝土墊塊使工字鋼架落到穩(wěn)定的混凝土墊塊上；同時，在上臺階與中臺階、中臺階與下臺階工字鋼架接頭處各增設(shè)兩根鎖腳小導(dǎo)管，每根鎖腳長4.0m，保證接下部鋼架時結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

4.4 優(yōu)化開挖支護

施工中嚴格按照臺階分部法開挖，保證留夠核心土，每循環(huán)進尺控制在0.6～0.8m，嚴格控制爆破開挖。隧道掌子面開挖后立即進行初噴，盡可能減少圍巖與空氣的接觸。拱墻鋼架施作完畢后及早進行仰拱的開挖支護，使工字鋼架及時成環(huán)[3]。

4.5 監(jiān)控量測

炭質(zhì)頁巖變形特點明顯，開挖后需加強監(jiān)控量測，根據(jù)對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析及時反饋調(diào)整合理的預(yù)留變形量，保證膨脹應(yīng)力有一定釋放的同時初期支護不侵入二襯。

4.6 二襯及時跟進

根據(jù)初期支護施作和監(jiān)控量測情況，及時跟進二次襯砌，提前讓二襯與初期支護同時受力，同時也要適當加強二襯，以增強結(jié)構(gòu)強度與剛度[4]。

5 結(jié)論

全風化炭質(zhì)頁巖富水段的變形治理是瀾阿公路那勒隧道項目工程的難點。在施工過程中，及時發(fā)現(xiàn)實際地質(zhì)與設(shè)計勘查地質(zhì)的不同，針對炭質(zhì)頁巖的巖性特點制定有效的治理方案，加強支護參數(shù)，優(yōu)化施工方法，隧道順利渡過了炭質(zhì)頁巖段落。目前，隧道已貫通，經(jīng)長時間觀察，處治段落并未出現(xiàn)后續(xù)病害，說明此次對于那勒隧道炭質(zhì)頁巖段的綜合處治是有效的、成功的。

云南屬于多山省份，地質(zhì)復(fù)雜多變，在公路建設(shè)中，特殊的地質(zhì)段隧道屢見不鮮。瀾阿公路那勒隧道處治段是比較典型的炭質(zhì)頁巖隧道段：全風化、富水、水平層理共同作用，對隧道施工造成不利影響。通過本次綜合處治的順利實施，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，也為今后類似地質(zhì)隧道的設(shè)計、病害處治提供了一定的參考。

參考文獻：

[1]楊希祥.大麗鐵路松桂一號隧道炭質(zhì)頁巖大變形地段綜合施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2011（2）：24-29.

[2]陳登玉.炭質(zhì)頁巖隧道變形特征研究與穩(wěn)定性分析[J].山東科技大學學報（自然科學版），2011（2）：58-64.

[3]李庚許.炭質(zhì)頁巖深埋地層隧道施工技術(shù)研究與探討[C]//中國交通土建工程學術(shù)論文集.2006.

[4]張晞.滇西地區(qū)炭質(zhì)頁巖隧道變形整治[J].鐵道建筑技術(shù)，2008（2）：36-39.