陕西省交通建设集团 西安 710075
摘要：麻安高速公路安康至平利段位于秦岭褶皱系南侧和大巴山弧形构造的东缘，该项目隧道施工中遇到了软岩不良地质灾害，造成初支最大变形达1000mm；隧道开挖中遭遇塌方、初支侵入衬砌限界和衬砌开裂、破坏等病害，严重影响了工程质量和进度并危及施工人员人身安全。本文结合该区隧道主要地质灾害和病害的实际，分析了地质灾害产生的原因，总结了地质灾害预防和病害治理措施，为类似地质工程设计、施工提供借鉴。
关键词：千枚岩隧道 灾害预防 治理
1概况
麻安高速公路（G4213）安康至平利段路线起于安康市汉滨区大树岭村，止于陕鄂交界的关垭子。大体呈南东北西走向，路线展布于大巴山北翼中山区，整体地势南高北低。设计标准为双向四车道，设计行车速度80Km/h。
1.1 地形、地貌、地质特征
项目区属亚热带湿润气候，具有雨量丰沛，冬暖夏凉，干湿分明的特点，区内地貌类型属构造剥蚀—中山—中低山区，地形条件相对较为复杂：
①构造剥蚀浅切割中低山地貌区主要分布在起点至K35+000一线。海拔高程在 300～500m，相对切割深度为100--150 m。区内出露地层主要为志留系梅子垭组（S1m）：岩性为深灰色泥质板岩、千枚状板岩、千枚岩、绢云母砂质板岩夹绢云母片岩，区内黄洋河一线,阶地发育，山势相对低缓，相对比高小于200米，属中—浅切割区；
②构造剥蚀中等切割中山地貌区主要分布在K35+000至陕鄂界段。区内出露地层较为齐全，有元古界耀岭河群，震旦系、寒武系、志留系及第四系。岩性以变质岩系为主，第四系零星分布。
1.2 隧道工程
全线共有10座隧道，隧道单洞全长25.3Km，于秦岭褶皱系南侧和大巴山弧形构造的东缘，属构造剥蚀侵蚀低山—丘陵地貌，隧道穿越山体地表地形整体起伏较大。隧址区表层覆盖为第四系残坡积碎石土、角砾土（Q4dl+el），下伏基岩为志留系下统梅子垭组（S1m），岩体主要为千枚岩。地下水较发育，主要以第四系孔隙水及裂隙水为主。
1.3 千枚岩特性
岩石主要由绢云母和石英组成，次为绿泥石和黑云母，另见个别磷灰石和金属矿物。隧道内岩性变化频繁，软硬岩层互层出露，受秦岭褶皱系和断裂、断层的影响，围岩被挤压、揉搓，节理极为发育，围岩应力分布极不均匀，局部极易出现应力集中，加之围岩遇水软化，加剧病害发生。
2病害情况
由于千枚岩属变质岩，岩性受变质程度、后期构造影响，隧道开挖揭示情况和设计相差甚大，施工中支护参数频频调整，各类病害经常发生。
2.1病害形式
施工出现的病害主要为：开挖塌方；初支开裂、掉块、侵限，钢支撑扭曲、剪断；仰拱隆起、衬砌开裂、破坏等。
2.2病害分析
隧道初支出现大变形的原因是其受力过大，一方面是膨胀性矿物成分的遇水膨胀作用，造成作用在初支压力增大；另一方面是软弱围岩在地应力作用下发生的挤压性变形，初支周围出现塑性区，塑性区不断扩大，围岩失去自撑能力，造成初支压力增大，从而出现了大变形。在发生病害的段落，大体上有两种围岩情况：一种是干燥破碎体、一种是为潮湿破碎体。
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2.2.1干燥破碎体
对于干燥破碎体发生病害的因素有：千枚岩特性、地质构造、施工诱发。
千枚岩属于软岩，在开挖面附近，靠近断裂、断层带，受构造作用的影响，一般已破碎，其富含云母，呈薄片状。对应的洞顶地表，受后期风化、剥蚀影响，形成斜坡；在长时间风化、成土作用下，形成具有一定深度的膨胀土。开挖变形不足以破坏膨胀土隔水层或虽已破坏，地下水在施工期间不能渗透到开挖标高。在这类地质中，病害产生的原因是：开挖扰动干燥破碎体，巨大集中荷载作用于初支。
2.2.2潮湿破碎体
对于潮湿破碎体发生病害的因素有：千枚岩特性、地质构造、施工诱发、地下水重新分布。
受构造影响，靠近断裂、断层带破碎带，地表水影响到开挖深度。隧道开挖后，沉降、收敛致地下水重新分布，初支潮湿或渗水，经过3～5天，初支有水处背后出现塑性区，随时间或初支的变形推移，塑性区不断增大，围岩压力远超出设计荷载，初支开裂、侵限，甚至出现塌方；非构造影响，开挖面附近地表受风化、剥蚀影响，出现凹槽，开挖面长期受水浸泡，岩体风化严重，岩体强度极低。开挖时，掌子面极易滑塌，初支完成后，作用在结构上围岩压力迅速增长，围岩出现塑性区于此伴随，后期与断裂、断层带破碎带相似。
3病害预防及处理措施
结合设计文件、施工过程中揭示围岩情况，针对隧道的初支变形过大和不同的破坏形式，为控隧道初支变形速率、避免仰拱隆起和衬砌开裂、破坏等病害的发生，开挖过程中杜绝出现塌方，确保施工和结构安全，采取以下预防加强措施：
3.1施工方法优化
隧道开挖采用钻爆法，从施工效应看，三台阶法和侧壁导坑法均能保证施工安全和结构稳定。由于两车道侧壁导坑断面小，无法进行机械操作，工效极低，掌子面暴露时间长，反而增加安全风险，为加快施工进度，提高工效，软弱破碎围岩段宜选则三台阶七步平行流水作业施工，各台阶初支及时封闭，仰拱与二衬紧跟。
3.2开挖断面优化
根据揭示围岩和相邻段落监控量测结果，为保证衬砌限界，实时增大预变形留量至60～80cm和抬高开挖断面20～30cm。
3.3超前支护加强
超前支护是发挥掌子面断面效应的关键，软弱围岩段采用大管棚、双层小导管或大管棚加小导管进行超前支护，加大搭接长度，并进行注浆，有效的避免开挖后掌子面滑塌、约束围岩迅速变形，保证初支质量和施工安全。
3.4初支加强
对于软弱围岩段 ，根据岩体的强度，钢支撑采用I22b、H175、H200型钢，间距50cm～60cm，为进一步增大初支刚度，钢支撑间采用16槽钢或I20a型钢连接。针对初支拱腰受力过大的情况，将锁脚锚杆变为φ42或φ50锁脚导管，并根据现场情况，适当调整钢管的长度，导管与拱架间连接牢固。
3.5增加临时支撑
施工中根据量测结果增加临时支撑是控制收敛、沉降变形最直接、最有效的办法。当收敛过快时，可增加临时仰拱（采用工字钢和喷射砼施作），即可承受巨大的水平压力。当沉降过快时，可增加斜向扇形或环向支撑（斜向扇形撑按变形速度的快慢，可采用型钢、圆木）。
3.6衬砌加强
衬砌作为永久受力结构，其强度是保证后期运营安全的关键，将出现大变形地段的钢筋砼衬砌厚度增加至60cm（主要考虑衬砌台车结构安全），同时将砼标号由C25提高至C30，取消预留箱室的预留。
3.7病害处理措施
针对千枚岩隧道初支开裂、侵入衬砌限界、衬砌开裂以及破坏等病害，为确保施工质量和安全，主要采取注浆加固围岩、更换初支、衬砌表处、更换衬砌措施。
4结语
施工中根据围岩情况，动态化设计、施工管理，当初支突破设计规范参照值时，及时对预留变形量、超前支护、支护参数（初支拱架及连接筋、锁脚锚杆等）进行调整，增强初支的强度和刚度；采取施做双层拱架、临时仰拱等办法约束初支收敛；对于病害段采取周壁注浆、换拱及更换衬砌等措施治理。使得地质灾害和施工病害得到了有效治理，保证了工程质量和安全，促进了施工进度。
参考文献
[1] 闫竞雄.千枚岩隧道岩性及施工期结构受力变形机理研究[D].北京：北京交通大学，2009.
[2] 肖君瑞.明垭子隧道围岩变形及合理支护结构研究[D].西安：长安大学，2010.
论文作者:桂刚,宁殿晶
论文发表刊物:《防护工程》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/29
标签：围岩论文; 病害论文; 隧道论文; 大巴山论文; 塑性论文; 秦岭论文; 措施论文; 《防护工程》2017年第17期论文;