片岩地区隧道洞口段变形原因分析及处理

片岩地区隧道洞口段变形原因分析及处理

史振兴

十堰市规划设计院湖北十堰442000

摘要：以某城市隧道为例，针对施工过程中隧道洞口段的变形情况，分析了变形产生的原因，并提出了相应的处理措施，采用封闭裂缝、加强支护、偏压墙、卸载的综合治理方案，取得了良好的处理效果，对软岩隧道洞口段变形处理具有一定的借鉴意义。

关键词：片岩；变形；原因分析；偏压；处理

0引言

在大部分隧道施工过程中，由于洞口段经常处于浅埋地段，且岩体破碎，极易发生塌方、冒顶、开裂等情况，因此洞口段的安全性问题尤其突出，也是整个隧道建设过程中的控制性节点。一旦发生变形等现象，如何进行有效的处理防止变形进一步发展，从而避免塌方、冒顶等严重工程事故，是隧道建设过程中需要面对和解决的现实问题。

1工程概况

十堰城区某城市道路，采用隧道形式穿越山体，为分离式独立双洞隧道，隧道进口桩号K1+050，隧道出口桩号K1+271，隧道全长221m，属短隧道（L＜500m）。分离式隧道断面，单洞宽12.75米，两洞净距18米，隧道纵坡为0.5%，最大埋深为65m，为直线型，轴线方向为NW65°。

该隧道为岩质隧道，隧道围岩涉及地层为中元古界武当群杨坪组（Pt2wy）绢云母石英片岩，强风化～微风化，按强度等级划分为较软岩～较坚硬岩。中细粒均粒鳞片粒状变晶结构，片状构造，其主要成分为石英、绢云母、长石，节理裂隙发育，可见少量薄层石英条带，岩石较软，强度低，抗风化能力弱。

2隧道洞口变形情况

2016年3月6日，施工单位发现隧道洞内ZK1+061～ZK1+071初期支护出现多处裂缝，且现场监控量测显示裂缝正持续扩大，另外在洞外左线出口右侧边坡处发现一条宽约10cm裂缝上延至原山体冲沟处，延伸长度约20米。

3原因分析

根据洞口段的变形特征，结合现场调查，分析认为本次变形的主要影响因素有：岩性和矿物成分、岩体结构、偏压、地下水、开挖扰动几个方面，其中地下水和偏压是主导因素。

（1）岩性和矿物成分

洞口段地层主要为强风化～中风化绢云母石英片岩，片理面、裂隙较发育。物质组成主要为绢云母、石英、长石，其中洞口段绢云母含量较高，岩体强度低，遇水易软化。

（2）岩体结构

隧道洞口处岩体较破碎，节理裂隙发育，岩层片理面产状为95°∠45°，另外发育两组结构面，产状分别为212°∠70°；313°∠73°，岩体内部有沿片理面发育的软弱夹层，厚度10～90cm，多以硬塑状粉质黏土填充。因此，片理面为岩体控制性结构面，隧道开挖过程中易沿该面发生失稳破坏。

（3）偏压

由于地貌高低不同，拟开挖硐室处围岩的应力分布有一定的变化，在隧道硐室开挖前，坡体表面处主应力（σ1）为平行坡面方向，随着深度增加主应力（σ1）方向逐渐向垂直方向过渡。

而洞口处由于接近坡表，主应力方向为近似平行坡面，导致拟开挖隧道硐室断面轮廓线靠山体高侧上角处主应力最大。隧道硐室开挖以后，岩体应力重分布，隧道断面靠山体高侧上角处主应力（σ1）转变为切向方向，即朝山体地势低侧水平方向的分力增大，而山体地势低处岩土体厚度薄，抵抗水平压力能力弱，岩土压力大于其抗力时即发生变形。

（4）地下水

隧址区处于沟谷斜坡地带，斜坡径流条件较好，无地表水发育，雨水主要沿斜坡表面径流或下渗。由于连续降雨，地表水沿节理裂隙下渗成为基岩裂隙水，而绢云母具有膨胀性，遇水易软化，从而导致了岩体的抗剪强度降低，同时，地下水的渗流压力也对岩体的滑动起到了推动作用。

（5）开挖扰动

片岩岩质较软，且片理面发育，而隧道施工爆破振动使围岩裂隙进一步扩展，岩体更加破碎，增加了围岩失稳和坍塌的机率。并且使得岩体内的已有裂缝不断延伸，破坏了岩体内部原有的受力平衡状态。

4处理方案

变形发生后，建设、设计、监理、施工单位各方及时进行了现场踏勘，研究确定了处理方案，第一时间采取有效措施，避免变形的进一步发展和扩大，以保证隧道的安全。具体处理措施如下：

（1）洞内K1+061-K1+076段：

①对现场已开挖的下台阶进行回填夯实，通过回填保证初支两侧受力基本平衡；

②对已施工上台阶初支进行封闭成环处理，采用Ⅰ18工字钢与原初支拱架腿脚进行焊接，组成临时封闭环支撑，每榀间距为50cm；

③沿岩体节理发育方向采用Ⅰ20工字钢进行反向斜撑，将偏压应力进行传导，间距1m，同时右侧侧壁施做注浆小导管，长4.5m，环纵间距为1.0m×0.5m；

（2）洞外：

①封闭坡体表面现有裂缝，同时采用防水布对山体进行覆盖，避免雨水沿裂缝下渗；

②洞外左侧山坡施作长度为4.5m的注浆小导管，布置间距为1m×1m，然后设置C25混凝土偏压挡墙，挡墙长8m，高5m，厚1.5m。

③出洞口处套拱拱顶上方，沿洞顶弧线布置Ⅰ18钢支撑@100cm加固，加固完成后浇筑80cm厚C25混凝土。

④待洞口边仰坡稳定后，对隧道右侧偏压岩土体进行卸载处理。

5治理效果

变形区域的沉降观测资料显示，在洞口段变形初期，沉降和收敛速率较大，但是在处理方案实施后，围岩变形逐渐趋于稳定，最终沉降量稳定在18mm。表明隧道变形段治理效果较好，隧道已处于稳定状态。

6结语

（1）隧道洞口段硐室埋深较浅，围岩风化、构造裂隙较发育，地表水易通过节理、裂隙及爆破损伤裂隙下渗，从而极大的降低岩土体的抗剪强度，导致洞口段变形的发生。因此，施工过程中尤其要注意降雨的影响，建议通过在洞顶上方一定范围内修建截排水沟、覆盖土工布等方法进行处理。

（2）在自稳能力差、岩体强度较弱的片岩地区，洞口段受偏压等条件影响，极易发生变形开裂、塌方等情况，应加强洞口段的支护结构强度，尤其应在最短时间内闭合成环，增强支护结构的整体稳定性，尽可能避免围岩大变形的出现。通过本次处理方案验证，支护结构封闭成环能极大的提高开挖硐室稳定性。

（3）软岩隧道施工过程中应严格遵循“短进尺、弱爆破、早支护、勤量测”的指导方针，且对洞口段应加强洞内洞外变形监测，及早发现异常，及早处理，本次处理方案也正是由于发现早，处理及时，有效控制了变形的发展。

参考文献：

[1]何晓东.软岩隧道围岩稳定性与塌方处置措施分析[D].长安大学，2008.

[2]马亢，徐进，吴赛钢，张爱辉.公路隧道局部塌方洞段的围岩稳定性评价[J].岩土工程，2009.30（10）：2955-2960.

[3]付开隆，蔡家鹏，冯涛.贵广线天平山隧道软岩变形分析[J].铁道工程学报，2011（4）：47-52.

[4]朱晓松.浅谈隧道软岩变形防治措施的实际应用[J].建筑知识：学术刊，2012（2）：295-296.

[5]饶军应，傅鹤林，黎明，等.白山隧道塌方处治技术及其监测结果分析[J].现代隧道技术，2014，51（2）：157-165.