【关键词】： 隧道 仰拱开裂 原因分析 处治方案
1、工程简介
1.1工程概况
香山隧道为一座高速公路小净距短隧道：麻城端为分离式，竹溪端为超小净距：测设线间距12.86米。中夹岩柱厚度仅8.7米；左右幅错幅36米，且竹溪端洞口均位于斜坡同一侧，浅埋偏压段落较长。
隧址：香山进出口均位于保康县黄堡镇黄堡村五组，走向约251°，呈南西西向展布。左幅桩号：ZK84+860～ZK85+291，全长431m，最大埋深约54m；右幅桩号：YK84+884～YK85+280，全长396m，最大埋深约47.1m。
1.2地形地貌
地形地貌：隧址区属构造剥蚀低中山区，地形起伏较大，植被较发育。隧道轴线经过地段地面高程约412.2~516.7m，相对切割深度约90~120m；隧道进口斜坡较陡，约40~50°，出口处较缓，约20~30°。进出口段隧道处于偏压状态，坡体表层坡积土在施工扰动、开挖暴露下易局部垮塌。
1.3地质构造
隧址区区域上位于新华夏系第三隆起带与淮阳山字型西翼反射弧东段的复合部位，淮阳山字型西翼反射弧北西向至近东西向的褶皱带、断裂带斜贯全区，北部为青峰断裂带，南为荆当盆地，西为牛头山倒转复式向斜，东部为南漳断凹。新华夏系的北北东向构造带、北北西向构造带的断裂和槽地带符合于山字型构造带之上，构造较为复杂。
1.4地层岩性
隧址区附近无明显的断裂构造迹象，出露基岩为志留系龙马溪组页岩(S11)，进口处岩层产状13°∠40°，出口处岩层产状210°∠85°。隧道进口斜坡覆盖层主要为碎石土，厚8.1~11.3m，下伏基岩为志留系下统龙马溪组(S11)页岩。
隧址区出露、揭露的地层主要为志留系下统龙马溪组（S11）页岩，其中钻孔揭露地层如下：
1-碎石（Q4e1+d1)：杂色，稍密状，稍湿，碎石粒径多为2-3cm，含量约占60%，主要矿物成分为长石、石英等，粉质薪土充填，厚0.5-3.0m。
2-块石（Q4e1+d1)：浅灰色，稍湿，中密，母岩成分为页岩，块石含量约65%，采取率55％。表层0.5m为夹砾石粉质豁土，含少量植物根系。
1-页岩：灰黄色，泥质结构，页理构造，泥质钙质胶结，节理裂隙较发育，裂面干直，裂面可见大量黄褐色铁质氧化物，岩芯较破碎，多呈碎块状，少量短柱状，岩芯采取率46%,RQD=26％。
2-页岩：灰色，泥质结构，页理构造，泥质钙质胶结，节理裂隙较发育，呈闭合状，裂面可见少量褐色铁质氧化物，岩芯破碎，多呈块状、短柱状，少量柱状，最长岩芯24厘米，岩芯采取率68%,RQD=48％。最大揭露厚度47.1（未揭穿）。
2、仰拱、二衬开裂情况
香山隧道左洞（先行洞）仰拱、二衬施工完成后，随着右洞（后行洞）开挖至跟左洞仰拱同一断面时，经现场发现随着后行洞（右洞）的开挖，左洞二衬靠中夹侧边墙发生开裂，仰拱侧式排水暗沟处发生开裂，中线裂缝最大裂缝宽度为6cm，最小宽度0.7cm，平均隆起高度约为5cm，外侧侧式排水沟底出现整体脱空，脱空的最大高度约15cm，最小为2cm。
3、仰拱、二衬发生开裂的原因分析
3.1地质方面
（1）地形条件恶劣：香山隧道进出口端边仰坡陡峭，自然坡度在45°～60°之间，特别是出口端，边坡高达8级（垂直约60m），并存在天然垭口穿越洞顶，隧址区外侧（距外测设线仅11m）有黄堡河经流。出口端洞口段埋深浅，且存在严重偏压。
（2）地质条件差：根据前期地质资料和现场补勘资料分析，香山隧道洞身围岩主要为泥质页岩和粉砂质页岩，岩体强度低，岩层产状近水平状，与山体偏压方向一致，节理裂隙极其发育，岩体极其破碎，全隧道围岩级别为Ⅳ、Ⅴ级，其中Ⅴ级围岩占比高达72%。边仰坡边要是残坡积土、碎石土，孔隙率大，覆盖层厚（经补勘资料显示覆盖层平均厚度达11m），松散碎石土结构，自稳能力差，在雨水冲刷和浸润下，极易发生滑坡、溜塌等不良病害。
3.2支护参数较弱
香山隧道左洞仰拱、二衬开裂段原设计为中风化页岩，实际开挖揭露围岩为强-中风化粉砂质页岩夹泥质页岩，较原设计差，原设计采用的支护结构为：I16工字钢+ф6.5mm钢筋@25cm*25cm+22cmC20喷射砼+40cm二次衬砌，仰拱底初支部分未形成闭合成环的结构体系。
3.3、应力分布不均
香山隧道结构型式囊括了分离式、小净距和超小净距，并由进口端到出口端由分离式逐渐向超小净距过渡（最小中夹岩柱厚度仅为8.7m），靠山体内侧左洞先行开挖洞室，山体外侧施工的右洞为后行开挖洞室，随着右洞（后行洞）的开挖，形成了新的临空面，进一步加大了先行洞已施作仰拱、二衬的应力荷载，再加上施工爆破扰动，造成仰拱及二衬承受的荷载集中，破坏了原有力学平衡，进一步加剧了仰拱、二衬结构的开裂变形、隆起。
4、裂缝处治方案
4.1 支护参数加强
根据现场的揭露的地质情况，对支护参数进行调整加强，具体的调整方案为：将二衬混凝土标号由原设计的C25调整为C35，主筋由ф22调整为ф25，并提高其配筋率。
4.2 仰拱基底注浆加固
仰拱开裂较为严重段落采用Φ89*6mm钢花管注浆加固，每排5根，具体布设参数为：沿行车道中线及行车道中线各布置1根，两侧边墙各布设1根嵌锁，钢花管单根长度3m，纵向间距1m，横向间距2.5m，梅花型布置，注浆压力控制在0.8～1.5MPa，水泥浆液水灰比为1:1。
4.5 加强监控量测工作
在原来的监控量测项目的基础上增加围岩接触压力测定，并对监测数据进行动态管理。
围岩接触压力的测定主要在围岩与初支之间、初支与二衬之间采用埋设压力盒的方式进行压力的监控量测。为便于压力盒的安装、判断支护的合理性和确定围岩和支护体系间的压力，每个量测断面分别布置5个压力测点。若压力盒布置在围岩与初支之间，就可以得到围岩压力；压力盒布置在初支与二衬之间，就可得到初支和二衬间的接触压力。
压力盒的布置如图4-7所示。压力盒采用振弦式压力盒，其数据由频率读数仪进行采集。
5、结论
综上所述，地质条件特殊的超前小净距软岩隧道，因结构型式的特殊性和地形条件的复杂多变，施工中往往存在着多种不可预见的因素，施工时应综合考虑隧道结构设计、施工工序、监控量测等环节，避免不良病害的发生，本文结合工程实例，分析了仰拱开裂原因并提出了相关处治方案，处治效果良好，未造成次生病害的发生，提高了隧道结构稳定性，确保高速公路通车运营的安全性。
参考文献
[1]香山隧道仰拱处治施工方案
[2]麻竹高速宜城至保康段两阶段施工图
[3]JTGF60-2009，公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版 社，2009.
[4]JTGF60-2009，公路隧道施工技术细则[S].北京：人民交通出版 社，2009.
[5]JTGD70-2004，公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版 社，2004.
论文作者:冯毅 林洪洪
论文发表刊物:《科技中国》2018年6期
论文发表时间:2018/8/10
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