諶業(yè)江

(中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100082)

1 泥巖及泥質(zhì)砂巖圍巖特性

泥巖或泥質(zhì)砂巖具有不透水性，泥巖及泥質(zhì)砂巖屬于沉積巖，沉積巖具有顆粒膠結(jié)性、泥巖及泥質(zhì)砂巖圍巖整體性較好一般在0.75以上，有較多的互層特征、中間多數(shù)有夾層，比如有砂巖夾層，泥巖和砂巖互層現(xiàn)象，這些特性使圍巖力學性能有較大弱化，在若軟夾層處產(chǎn)生較大的應力應變。

2 泥巖及泥質(zhì)砂巖圍巖隧道設計和施工中存在的問題

在設計階段，對泥巖及泥質(zhì)砂巖圍巖整體完整性能在地勘資料中描述常常為完整性較好，在圍巖分級上常歸入較好的IV級圍巖等級，在襯砌參數(shù)設計上往往偏弱。隧道地勘對該類圍巖的軟弱層及夾層難以準確的判斷，往往掩蓋了它的互層性，軟弱夾層性。在施工階段實際圍巖種就會有較多的軟弱夾層，砂巖泥巖互層性，同時夾層處常伴有滲水，泥巖遇水易軟化，這些特性決定了圍巖的地應力不均，局部容易出現(xiàn)較大的應力應變，往往出現(xiàn)較多病害，常見的病害是在初支或二襯上會出現(xiàn)較多的裂縫。

3 工程案例

3.1 工程概況

渭武高速煙坡里隧道設計為分離式兩車道隧道，隧址區(qū)處于西北黃土高原邊緣與西秦嶺山地交匯過渡地帶，總體地形北低南高，隧道所經(jīng)地段地面高程：2 084.5～2 273.2 m，相對最大高差188.7 m。坡面為人工修筑的梯田，山體坡度較緩，山頂波狀起伏，相對高差約30 m，坡頂幾成統(tǒng)一的剝夷面。自三疊紀以來，隧道所處地段一直處于間竭性抬升之中，從而形成了多級不同時期、不同高程的剝夷面。

隧道出口段屬于軟巖段落，該段為長585 m，隧道洞頂埋深最大達168 m，隧道通過地層為三疊系古近系上統(tǒng)灰質(zhì)，以泥質(zhì)膠結(jié)為主，屬極軟巖或軟巖類，中厚層狀構(gòu)造，局部夾薄層狀構(gòu)造，泥砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層較破碎，產(chǎn)狀156°∠36°，巖體裂隙中發(fā)育2～3組，圍巖級別為IV級，隧道開挖時局部有雨滴狀滲漏現(xiàn)象。

隧道開挖寬度月12 m，高度約為8 m，開挖斷面面積約為85 m2，采用兩臺階工法開挖。隧道初期支護采用I16工字鋼拱架，拱架縱向間距120 cm；縱向采用φ22鋼筋連接并，然后噴22 cm厚C25混凝土；φ22水泥藥卷錨桿L=3.0 m(縱)120×100(環(huán))；拱部直墻C30鋼筋混凝土厚40 cm(無仰拱)。

圖1 隧道襯砌結(jié)構(gòu)圖

在開挖過程中揭露的圍巖為泥巖及泥質(zhì)砂巖，與原設計地質(zhì)描述基本相符。該段地下水較貧，隧道開挖時有輕微的雨滴狀滲漏現(xiàn)象。

圖2 施工時現(xiàn)場照片(無水)

3.2 病害情況

該段二襯在施工完成后不到一年時間就開始出現(xiàn)裂縫，絕大部分裂縫為縱向裂縫，主要發(fā)生在邊墻處(距路面約2.5 m)。裂縫長短相間，最長裂縫為42 m，裂縫最寬處寬度5.503 mm。寬度大于2 mm的裂縫多為貫通裂縫，二襯全部斷裂；較寬的裂縫同時伴有輕微錯臺；寬度小于2 mm的裂縫二襯沒有斷開。除了縱向裂縫外，具有較短的環(huán)向裂縫以及少數(shù)不規(guī)則的斜裂縫。經(jīng)過一年的時間，現(xiàn)場監(jiān)控量測資料顯示部分裂縫產(chǎn)生后未進一步發(fā)展。

調(diào)平層產(chǎn)生的縱向裂縫靠路面右側(cè)；部分調(diào)平層產(chǎn)生縱向裂縫在路面中心，同時伴隨著調(diào)平層面層隆起，隆起高度較為明顯約5 cm。

圖3 二襯裂縫照片 圖4 調(diào)平層開裂照片

3.3 補充勘察情況

設計單位對該裂縫段仰拱圍巖進行補勘，補勘鉆孔間距約為30 m右線完成鉆孔19個，左線完成鉆孔17個。鉆探結(jié)果顯示該段地層巖性為三疊系上統(tǒng)(T3)泥質(zhì)砂巖、砂巖，灰綠色、紫褐色、棕紅色，中細粒結(jié)構(gòu)，薄-中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙面見鐵錳質(zhì)渲染，夾泥巖薄層，局部泥質(zhì)含量較大。地下水埋深較淺，為路面以下0.6～1.3 m。

3.4 二襯裂縫、調(diào)平層開裂原因分析

(1)泥巖或泥質(zhì)砂巖遇水軟化后強度降低。

(2)施工階段對地下水認識不足，后期該段落地下水水系改變，且2017年、2018年定西段雨量比較多，導致煙坡里隧道裂隙水較發(fā)達，水位上漲，底層泥質(zhì)砂巖遇水泥化，圍巖變?nèi)?，自穩(wěn)能力和對二襯拱腳支撐能力變?nèi)?，產(chǎn)生不均勻沉降，導致裂縫病害的發(fā)生。

(3)施工單位施工質(zhì)量也是不可忽視的重要因素，地質(zhì)補勘巖樣顯示調(diào)平層下面基底虛渣較多，虛渣在水軟化作用下地基承載力降低。

圖5 受力分析圖

3.5 處治方案

(1)鑿除調(diào)平層重新施做C30鋼筋混凝土仰拱并在仰拱底設8 cm厚C25噴射混凝土，施工完成后對二襯進行拆除并重新施做C30鋼筋混凝土二襯，每次拆除二襯縱向長度為2 m。對局部初支侵入二襯斷面部分進行拆除重建，初期支護變形收斂達到《公路隧道施工規(guī)范》要求后，進行二襯施工。

(2)仰拱施工時，先對邊墻腳采用Φ89×5 mm長3.5 m的鋼花管進行注漿加固，每側(cè)1根/0.5 m。加強拱腳處圍巖。增設C30鋼筋混凝土仰拱，仰拱厚度40 cm。

(3)疏通現(xiàn)有排水設施，重點疏通拱腳處的縱向排水管以及中心排水管。在仰拱底部設置排水盲溝，盲溝位于中心排水管正下方，采用φ150HDPE雙壁單側(cè)打孔波紋管，縱向通長設置。仰拱底部排水盲管縱坡與路線縱坡一致，在靠近出口端端50 m時，排水盲管(不打孔)縱坡為-0.5%，在排水盲溝大樁號側(cè)接入中心排水溝檢查井或沉砂井。

(4)對初期支護變形較大處圍巖進行注漿加固。

在改變施工工藝后加快了圍巖封閉的速度，快速施工初期支護，對圍巖較早的提供了支撐反力，有效控制了圍巖的初始變形量，降低了圍巖的形變壓力。

圍巖注漿形成較好的承載拱，提高了圍巖的穩(wěn)定性，有效的控制了圍巖的變形。

注漿施工過程中，依據(jù)注漿量和注漿壓力進行雙參數(shù)控制，水泥滲入裂隙達到充分接觸，增大了水泥和圍巖的接觸面積，讓他們的化學反應更加充分，讓土體形成結(jié)晶土體，增加土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角，提高土體的強度，同時也增大了圍巖整體穩(wěn)定性。

注漿施工2018年5月開始，2018年6月結(jié)束，注漿期間依據(jù)監(jiān)控量測的斷面數(shù)據(jù)，圍巖變形迅速得到控制，圍巖最終收斂變形控制在25 cm以內(nèi)，變形控制效果明顯。

4 結(jié) 論

按傳統(tǒng)圍巖分級使用相應的襯砌參數(shù)，還得充分考慮圍巖的在各種變化條件下其圍巖穩(wěn)定性的及強度的強弱變化幅度。特別是以泥巖或泥質(zhì)砂巖圍巖為主的隧道，隧道的修建基本上會改變圍巖周邊水系的變化，截斷水流的通過，會淤積于隧道基底巖層內(nèi)，水會軟化基巖，降低了隧道的耐久性。圍巖的穩(wěn)定性降低，同時圍巖變形增加，基底軟化承載力降低，致使隧道二襯產(chǎn)生不均勻沉降，在兩者合力作用下導致二襯裂縫，為避免這種情況的發(fā)生，需要加強襯砌參數(shù)，必須設置仰拱，使初支或二襯封閉成環(huán)，增加配筋等措施；同時施工時嚴格清除虛渣，避免虛渣遇水軟化，這樣就加大了基底接觸面積提高了承載力，增加隧道二襯的均勻受力，使二襯更加安全不會出現(xiàn)二襯裂縫等病害。