中圖分類(lèi)號(hào)：U455.49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl:10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.045

文章編號(hào)：1673-4874(2025)03-0156-04

0 引言

近年來(lái)，廣西公路項(xiàng)目中隧道所占比重不斷增大，隧道建設(shè)品質(zhì)出現(xiàn)日新月異的提高，施工面臨的地質(zhì)條件愈發(fā)復(fù)雜多變，施工過(guò)程中地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題屢屢發(fā)生，安全生產(chǎn)形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻[1-2]。尤其是受限于各種因素影響，隧道工程還需穿越砂泥巖與灰?guī)r的不整合接觸帶。相關(guān)研究表明[3，隧道穿越巖性交界地層面臨的施工技術(shù)難度很高，極易引發(fā)各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，施工安全風(fēng)險(xiǎn)極大，需準(zhǔn)確掌握接觸帶地層的力學(xué)特性與致災(zāi)機(jī)理，才能對(duì)癥下藥，從而制定合理可行的處治方案。

國(guó)內(nèi)目前關(guān)于隧道穿越砂泥巖與灰?guī)r巖性接觸帶的相關(guān)研究還較少，主要集中在巖體力學(xué)特性、開(kāi)挖失穩(wěn)機(jī)理、施工難點(diǎn)與控制措施等方面[3-5]。本文以廣西地區(qū)瑤山至南丹公路項(xiàng)目蓮花山隧道工程為研究背景，分析可溶巖與非可溶巖的不整合接觸帶地層的力學(xué)特性與致災(zāi)機(jī)理，并全面研究總結(jié)相應(yīng)的處治關(guān)鍵技術(shù)與措施，為類(lèi)似工程提供參考。

1工程概況

1. 1 工程背景

瑤山至南丹公路是《國(guó)家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013一2030年)》中縱線G243國(guó)道開(kāi)縣至憑祥公路的重要路段，是黔南乃至貴州省南下出海的公路。項(xiàng)自隧址區(qū)屬于典型山嶺重丘區(qū)地貌，境內(nèi)高山連綿起伏，地勢(shì)由東北向西南傾斜。

蓮花山隧道是瑤山至南丹公路(二期)項(xiàng)目的關(guān)鍵控制性工程，該隧道起止樁號(hào)為 K1+430～K2+740 設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為 1310m ，設(shè)計(jì)為單洞雙向行車(chē)的越嶺長(zhǎng)隧道。隧道進(jìn)、出口洞門(mén)形式設(shè)計(jì)為端墻式，最大埋深為316m，線路總體近似呈東西走向，線路縱坡坡度設(shè)計(jì)為 2.75% 。

1.2工程地質(zhì)條件

根據(jù)施工圖詳勘地質(zhì)資料表明，隧址區(qū)地層主要為第四系殘坡積層、三疊系下統(tǒng)砂巖、三疊系下統(tǒng)灰?guī)r夾硅質(zhì)巖。隧道洞口段圍巖主要為第四系殘坡積土夾碎石，圍巖級(jí)別為V級(jí)；洞內(nèi)圍巖主要為中風(fēng)化砂巖、泥巖、灰?guī)r，主要為Ⅲ級(jí)與N級(jí)圍巖。其中，隧道洞身于 K1+ 540～1×1+640 段 .K1+710～K1+800 段穿越可溶巖與非可溶巖的巖性交界帶，地質(zhì)條件不理想，圍巖級(jí)別為V級(jí)，施工過(guò)程中極易引發(fā)塌方冒頂、洞內(nèi)大變形等不良地質(zhì)問(wèn)題。

2巖性接觸帶致災(zāi)機(jī)理分析

巖性接觸帶主要指可溶巖與非可溶巖的不整合接觸帶，如圖1所示，接觸帶范圍巖性主要為殘積土、淤泥質(zhì)王、塊石、強(qiáng)一全風(fēng)化砂泥巖、灰?guī)r等。巖性接觸帶的出現(xiàn)與地質(zhì)構(gòu)造作用密切相關(guān)，接觸帶附近往往伴隨著斷層等不良地質(zhì)構(gòu)造，從而使原有巖體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到破壞，導(dǎo)致接觸帶影響區(qū)域內(nèi)的巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體非常破碎，巖體力學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定，開(kāi)挖擾動(dòng)下地層的初始平衡狀態(tài)極易被破壞，極易引發(fā)洞內(nèi)塌方、洞內(nèi)沉降大變形等問(wèn)題。

巖性接觸帶地層的物理力學(xué)性質(zhì)存在較大差異，可溶巖為典型的透水地層，非可溶巖為典型的不透水地層，兩者形成的不整合接觸帶是地下水滲流與匯集的主要通道，地下水匯集發(fā)育。地下水滲流與地質(zhì)構(gòu)造的影響導(dǎo)致接觸帶區(qū)域內(nèi)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，巖溶帶來(lái)的各類(lèi)災(zāi)害問(wèn)題屢屢發(fā)生，極大威脅隧道運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)與行車(chē)安全。

從更深層次的角度分析，由于接觸帶巖性的水穩(wěn)定性較差，黏聚力較差，施工荷載擾動(dòng)及地下水滲流極易增大掌子面圍巖的松動(dòng)程度，圍巖塑性區(qū)不斷往外擴(kuò)展，導(dǎo)致掌子面上方巖體不斷松動(dòng)塌落，產(chǎn)生地層損失，圍巖荷載急劇增加，原有襯砌支護(hù)參數(shù)無(wú)法滿足荷載要求，從而引起各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害。

3巖性接觸帶問(wèn)題處治研究

根據(jù)上述巖性接觸帶的致災(zāi)機(jī)理分析，隧道穿越此地層過(guò)程中，受施工荷載的擾動(dòng)以及地層內(nèi)在特性的影響，主要容易引發(fā)隧道洞內(nèi)塌方、洞內(nèi)沉降大變形、巖溶等地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。本文針對(duì)不同的災(zāi)害問(wèn)題，分析總結(jié)相應(yīng)的處治關(guān)鍵技術(shù)，并提煉出技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。

3.1洞內(nèi)塌方處治關(guān)鍵技術(shù)

隧道下穿巖性接觸帶期間共出現(xiàn)有3次拱頂塌方冒頂事故，人員作業(yè)安全與施工工期受到極大影響。其中較為典型的工程案例為 K1+620 處塌方，受前方軟弱夾層及爆破振動(dòng)的影響，掌子面拱頂位置局部松散巖體出現(xiàn)掉落，隨著上方脫空區(qū)域的土體不斷掉落，使得拱頂脫空區(qū)域不斷往上發(fā)展，直到塌腔口被堵住塌方才停止發(fā)育。隧道塌方體工程量約400 m³ ，拱頂形成規(guī)模較大的空腔，現(xiàn)場(chǎng)情況與上述致災(zāi)機(jī)理分析情況相似。

根據(jù)隧道巖性接觸帶塌方災(zāi)害發(fā)生的機(jī)理可知，洞內(nèi)塌方處治最關(guān)鍵的問(wèn)題在于把握處治時(shí)機(jī)與時(shí)效性，以最快速度采取最為簡(jiǎn)單有效的措施來(lái)阻止塌方范圍的進(jìn)一步發(fā)展。具體處治技術(shù)措施如下：

（1)以最快的速度采用洞渣對(duì)掌子面進(jìn)行反壓回填，并整修成相應(yīng)的施工平臺(tái)，噴射20cm厚C25混凝土進(jìn)行封閉，阻止塌方范圍的進(jìn)一步發(fā)展。

(2)提前預(yù)埋好泵送管及排氣管若干，待掌子面穩(wěn)定后，利用C20混凝土對(duì)塌腔進(jìn)行回填，以形成混凝土護(hù)拱；于坍腔范圍施工雙層 ?42mm×4mm 超前注漿小導(dǎo)管，長(zhǎng)度為 4.5m ，雙層超前小導(dǎo)管的仰角分別為 45^° 和30^° ，注水灰比為 0.75:1 的硅酸鹽水泥凈漿（摻 5% 含量的水玻璃)，加固范圍為拱頂塌腔外3.0m范圍，使拱頂形成加固硬殼保護(hù)層。

（3）加強(qiáng)超前支護(hù)措施，采用長(zhǎng)度為12m的?108mm×6 mm超前洞內(nèi)管棚，環(huán)向間距為40cm，并于相鄰管棚間再增設(shè)長(zhǎng)度為4.5m的 ?42mm×4mm 超前小導(dǎo)管，形成完整密實(shí)的超前支護(hù)體系；洞內(nèi)管棚長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際鉆孔情況進(jìn)行調(diào)整，確保管棚末端嵌入中風(fēng)化基巖，外插角 3^°～5^° （必架立型鋼導(dǎo)向架，以作為洞內(nèi)管棚的固定支點(diǎn)），采用跟管鉆進(jìn)工藝以避免塌孔問(wèn)題。

(4)處治過(guò)程中，對(duì)初支變形、沉降、收斂等持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，做好相關(guān)應(yīng)急預(yù)案措施。

3.2洞內(nèi)大變形處治關(guān)鍵技術(shù)

由于前期施工經(jīng)驗(yàn)不足、施工工序銜接不緊湊、初期支護(hù)未及時(shí)閉合成環(huán)等原因，使得隧道穿越巖性接觸帶時(shí)洞內(nèi)沉降變形控制變得異常困難，多次出現(xiàn)洞內(nèi)沉降變形過(guò)大引起初支侵限的問(wèn)題，初支侵限段落最長(zhǎng)達(dá)20m ，最大侵限值高達(dá) 35cm ，后期換拱作業(yè)施工風(fēng)險(xiǎn)極高。

根據(jù)隧道巖性接觸帶洞內(nèi)大變形災(zāi)害發(fā)生的機(jī)理可知，洞內(nèi)大變形處治最關(guān)鍵的問(wèn)題在于注漿加固巖體來(lái)改善地層條件，采取合理有效的措施控制沉降，最大程度減少施工對(duì)隧道圍巖的擾動(dòng)，來(lái)阻止巖體塑性區(qū)的發(fā)

展，具體處治技術(shù)措施如下：

(1)注漿加固巖體，改善地層條件。采用 ?50mm× 5mm熱軋無(wú)縫鋼管進(jìn)行注漿加固，管壁四周鉆四排?6 mm壓漿孔，縱、環(huán)向間距為100cm x 100cm（梅花形布設(shè)形式)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行適當(dāng)加密；注漿參數(shù)：水泥-水玻璃漿液（添加水泥重量含量 10% 的水玻璃）水灰比為 0.75:1 ；水玻璃濃度為 35^° Be；水玻璃模數(shù)為2.4；注漿壓力為初壓 0.5～1.0MPa ，終壓 2.0MPa 注漿前應(yīng)先進(jìn)行注漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，有效確保注漿效果。

(2)合理優(yōu)化開(kāi)挖工法，適當(dāng)縮短各臺(tái)階的長(zhǎng)度，有效減少施工擾動(dòng)；上臺(tái)階與中臺(tái)階均設(shè)計(jì)臨時(shí)仰拱，以確保及時(shí)將初期支護(hù)閉合成環(huán)，采用有效厚度為40cm的C20素混凝土作為臨時(shí)仰拱，適當(dāng)添加速凝劑，既方便拆除又兼具強(qiáng)度，以嚴(yán)格控制洞內(nèi)沉降及收斂變形。

(3加強(qiáng)隧道鎖腳支護(hù)措施，以嚴(yán)格控制洞內(nèi)沉降及收斂變形。采用 ?108mm×6mm 鎖腳大鋼管進(jìn)行支護(hù)，并加強(qiáng)鎖腳大鋼管與型鋼支護(hù)的連接，對(duì)大鎖腳鋼管與型鋼拱架的連接進(jìn)行優(yōu)化，如圖2所示。鎖腳鋼管端部通過(guò)預(yù)制加工的Q235連接鋼板與初支型鋼拱架進(jìn)行焊接，并增強(qiáng)相鄰兩榀初支型鋼的整體連接效果，提高初期支護(hù)的整體抗扭轉(zhuǎn)能力，有效解決傳統(tǒng)施工工藝下大鋼管鎖腳與初支型鋼脫節(jié)或焊接不牢固，無(wú)法形成共同的受力體系的問(wèn)題。

3.3巖溶處治成套關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)隧道巖性接觸帶巖溶發(fā)育的機(jī)理可知，可溶巖與非可溶巖不整合接觸帶是地下水匯集的主要通道，地下水滲流導(dǎo)致接觸帶區(qū)域內(nèi)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，接觸帶范圍巖溶問(wèn)題較為突出。處治巖溶問(wèn)題關(guān)鍵在于提前探明巖溶具體情況，然后制定可靠的結(jié)構(gòu)安全措施，處理好地下水排泄的問(wèn)題。本文選取隧道巖性交界段 K1+720 位置的溶洞作為研究對(duì)象，具體處治技術(shù)措施如下。

3.3.1溶洞情況探測(cè)技術(shù)

為準(zhǔn)確探明隧道 K1+720 位置的不規(guī)則溶洞情況，利用SLAM100手持移動(dòng)式激光雷達(dá)掃描儀進(jìn)行探測(cè)，操作較簡(jiǎn)單便捷，只需操作人員手持儀器對(duì)隧道溶洞邊界輪廓進(jìn)行全方位掃描，可精準(zhǔn)測(cè)量溶洞與線路的空間位置關(guān)系，得到精確化的溶洞測(cè)量數(shù)據(jù)，形成更為直觀的三維模型，為后續(xù)處治方案的制定提供重要依據(jù)。隧道溶洞探測(cè)整體模型如圖3所示，探測(cè)模型揭示該溶洞主要往隧道兩側(cè)及底部方向發(fā)展，溶洞規(guī)模較大，呈非封閉式，無(wú)溶洞填充物。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)存在地下水流動(dòng)痕跡，推測(cè)存在與地下水相連通的巖溶管道。

3.3.2巖溶處治關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)溶洞探測(cè)情況（三維激光掃描 + 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查），全面把握溶洞輪廓的基本情況與溶洞段地下水發(fā)育情況，從而對(duì)癥下藥，確定合理的襯砌結(jié)構(gòu)安全措施與地下水處治方案。為解決好巖溶地下水的排泄問(wèn)題，防止洞內(nèi)排水系統(tǒng)淤積堵塞（巖溶區(qū)地下水夾雜大量泥沙），有效確保隧道運(yùn)營(yíng)期安全，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新性提出“泄壓沉淀集水橫洞 + 泄水減壓孔 + 加密排水系統(tǒng)\"專(zhuān)項(xiàng)處治技術(shù)方案。主要技術(shù)措施與要點(diǎn)如下：

(1)為確保隧道施工及運(yùn)營(yíng)期安全，根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，擬將溶洞段原設(shè)計(jì)襯砌類(lèi)型由S5-B變更為S5-P，加強(qiáng)初期支護(hù)與二次襯砌參數(shù)，提高結(jié)構(gòu)安全系數(shù)。

三維模型建立可以任意測(cè)量、切片，可提取某個(gè)橫斷面、標(biāo)高的測(cè)量數(shù)據(jù)，顯示某個(gè)區(qū)域的工程量數(shù)據(jù)，方便后續(xù)進(jìn)行溶洞與隧道相互作用的安全評(píng)估和判斷，并作為巖溶處治的準(zhǔn)確基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，方便方案制定以及工程量結(jié)算。隧道溶洞模型測(cè)量數(shù)據(jù)及工程量提取情況見(jiàn)圖4。

(2)為有條件施工混凝土護(hù)拱并有利于后期地下水排泄，確保施工及運(yùn)營(yíng)期襯砌結(jié)構(gòu)的安全，左半幅底部溶洞先用片石或塊石將溶洞回填，右半幅底部溶洞澆筑臺(tái)階狀混凝土基礎(chǔ)，并于回填頂部設(shè)置C35鋼筋混凝土板，鋼筋混凝土板厚度 ?1m ，C35混凝土板內(nèi)布設(shè)2層 $\\$ 22$ 鋼筋網(wǎng)（間距為 $2 0 c m \imes 2 0 c m$ ，上層鋼筋網(wǎng)距離板頂$3 5 c m$ ，底層鋼筋網(wǎng)距離上層鋼筋網(wǎng)25cm。

(3)于C35鋼筋混凝土板頂部立模澆筑兩側(cè)C20混凝土護(hù)拱，掌子面左側(cè)護(hù)拱厚度 ?2m ，掌子面右側(cè)護(hù)拱厚度 =1.5m ，并相應(yīng)預(yù)留好排水管，保留好原有巖溶排水管道。隧道 K1+720 溶洞典型斷面處治方案見(jiàn)圖5。

(4)于溶洞位置附近垂直于主洞設(shè)置泄壓沉淀集水橫洞，通過(guò)鉆孔或預(yù)埋排水管將溶洞與集水橫洞相連通，先將溶洞內(nèi)的地下水引入泄壓集水橫洞內(nèi)進(jìn)行沉淀，并預(yù)留檢修步道等設(shè)施便于今后運(yùn)營(yíng)清理，有效避免主洞排水系統(tǒng)淤積堵塞不便于清理的問(wèn)題；然后將沉淀后的地下水通過(guò)明溝或排水管引入主洞三溝排水系統(tǒng)（兩側(cè)溝+中央溝)。

(5)為避免后期襯砌背后形成水壓，于邊墻拱腳和拱部分別設(shè)置泄壓孔，采用鉆機(jī)往圍巖鉆孔，鉆孔深度?3m ，泄水孔縱向間距為 2.5m ，后期預(yù)理 ?100mmPVC 排水管(打孔)引至兩側(cè)側(cè)向盲溝。為避免后期泄水管內(nèi)大量泥沙流出，應(yīng)對(duì)泄水管進(jìn)行相應(yīng)的反濾處理，對(duì)所有滲流出口設(shè)置相應(yīng)的反濾層，避免后期泥沙堵管及主洞排水溝淤積。

4 處治效果分析

由于施工前期沒(méi)能準(zhǔn)確把握巖性交界段地層力學(xué)特性，相應(yīng)的施工與管理經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致進(jìn)入巖性交界段不久后，就多次出現(xiàn)洞內(nèi)沉降變形大、初支開(kāi)裂侵限、塌方冒頂?shù)葐?wèn)題，嚴(yán)重威脅著隧道作業(yè)人員的安全，不得不停下來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的處治；再加上前期對(duì)其致災(zāi)機(jī)理認(rèn)識(shí)不清，導(dǎo)致參建各方制定的處治措施適應(yīng)性不佳，處治過(guò)程中險(xiǎn)情反復(fù)出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了隧道施工進(jìn)度。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，隧道穿越 K1+540～K1+640 段巖性接觸帶時(shí)，總共出現(xiàn)8次地質(zhì)問(wèn)題（塌方、洞內(nèi)沉降大變形等），共歷時(shí)6個(gè)月才處治完畢。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，深入分析隧道穿越巖性交界段的致災(zāi)機(jī)理，從源頭上把握問(wèn)題的關(guān)鍵。通過(guò)優(yōu)化相應(yīng)的處治方案后，隧道穿越 K1+710～K1+800 段巖性接觸帶時(shí)的地質(zhì)問(wèn)題(塌方、洞內(nèi)沉降大變形等)得到有效控制，不僅避免了初支換拱作業(yè)的反復(fù)，施工進(jìn)度得到大幅提高，還有效確保了隧道安全順利通過(guò)巖溶發(fā)育段，處治過(guò)程中洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)始終穩(wěn)定正常，沒(méi)有發(fā)生二次災(zāi)害。

5結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析隧道可溶巖與非可溶巖不整合接觸帶地層的力學(xué)特性與致災(zāi)機(jī)理，研究總結(jié)相應(yīng)的處治關(guān)鍵技術(shù)與措施，形成相應(yīng)的技術(shù)創(chuàng)新成果。研究結(jié)論如下：

（1)巖性接觸帶的出現(xiàn)與地質(zhì)構(gòu)造作用密切相關(guān)，接觸帶附近往往伴隨著斷層等不良地質(zhì)構(gòu)造，從而使原有巖體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到破壞，導(dǎo)致接觸帶影響區(qū)域內(nèi)的巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體非常破碎，地下水匯集發(fā)育，巖體力學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定。

(2)可溶巖與非可溶巖的物理力學(xué)性質(zhì)存在較大差異，可溶巖為典型的透水地層，非可溶巖為典型的不透水地層，兩者形成的不整合接觸帶是地下水滲流與匯集的主要通道，地下水滲流是導(dǎo)致洞內(nèi)塌方、洞內(nèi)沉降大變形以及巖溶等各種地質(zhì)問(wèn)題出現(xiàn)的關(guān)鍵。

(3)隧道穿越巖性接觸帶時(shí)，針對(duì)出現(xiàn)的各種地質(zhì)問(wèn)題，所采取的“洞內(nèi)塌方處治關(guān)鍵技術(shù)” + “洞內(nèi)大變形處治關(guān)鍵技術(shù)” + “巖溶處治成套關(guān)鍵技術(shù)”極為關(guān)鍵，能最大程度保證隧道施工及運(yùn)營(yíng)期安全。 ⑦

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