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摘要：本文清晰地阐述了隧道的自然建设条件、工程区域地质环境，从地质角度探讨了坍塌形成的原因，提出了“稳固后方、加固前方、上堵下排侧引、探明前方”相结合的坍塌处治方案，不仅处治了现有坍塌，也为后续隧道施工的推进提供了保障。
关键词：隧道；坍塌；成因；处治措施
ABSTRACT：In this paper，the tunnel’s construction of natural conditions and construction project environment were clearly expounded，the causes of the collapse were discussed from the geological angle，putting forward “soliding the rear、reinforcing the front and filling the above、discharging from the lower part and the side、Provening the front”.Not only the collapse of the existing was treatmented，but also the guarantee of future tunnel construction was provided.
Key Words：tunnel；collapse；causes；treatment measures
引言
我国高速公路近年来得到了快速发展，越岭和跨海公路的建设都面临了大量的隧道工程建设。隧道坍塌是隧道工程最为常见的地质灾害之一，它在公路工程的修建和营运期间都具有较大的危害。近年来，学术界在理论和实践方面都给予了隧道工程坍塌的成因、机理及治理开展了广泛的研究[1-3]。基于此，本研究以广佛肇高速公路的肇庆大旺至封开江口段的罗仔山隧道为例，对其坍塌成因及处治措施进行了深入探究，以期为类似工程提供借鉴。
1 区域地质情况简介
罗仔山隧道进口位于肇庆市高要区禄步镇枫木坪村，穿过低缓丘陵地貌区，为分离式隧道。左线隧道起迄里程ZK78+142～ZK80+373，长2231m，最大埋深约218m。隧道进口左线从ZK78+142开始施工，现开挖至ZK78+778，ZK78+678~ZK78+778原设计为Ⅲ级，由于地质条件较差，变更为Ⅳ级围岩，Ⅲ级变Ⅳ级共100m。隧道按Ⅳ级围岩开挖至ZK78+778时，隧道涌水量大，出现坍塌现象，停止施工已有7天。
隧道穿越的地层岩性主要为志留统地层岩性为深灰色～灰黑色和黄褐色色条带状致密砂质页岩、板状绢云母变质砂岩、致密薄层粉砂质、含炭质页岩和灰色粉砂岩、细砂岩、粉砂质页岩互层。志留系产状总体走向北东，倾向北西或南东，倾角一般45?～50?，局部更陡，达70?～75?，一般构成低缓丘陵区～丘陵地貌。
根据工程地质调绘成果，与隧道工程相关的断裂构造为F11断层，F11断裂带于K76+900～K78+100（隧道洞口外）基本与线路平行或重合，带宽约50～120m，倾向145°～165°倾角45°～70°，断层带多见石英脉充填，断层带附近岩石破碎，硅化现象明显。由此，隧道进口受断层影响，岩体破碎，片理化严重。
地下水主要类型为基岩裂隙水，地下水主要由大气降水及侧向径流补给，以渗流、小股状涌水方式向隧道开挖面排泄、以侧向径流方式向隧道左侧及低洼地带排泄。隧址区地下水总的流向由地表向下、向隧道左侧，由小里程向大里程。
2 坍塌概况
2.1坍塌状况
罗仔山隧道进口左洞目前掌子面埋深约120m，原设计围岩为Ⅲ级，主要由中-微风化变质砂岩组成，岩质较软-较硬，岩体较破碎-较完整。掌子面围岩主要为中风化变质砂岩，灰色、灰黑色，变晶结构，片状构造。片理化严重，岩体完整性及自稳性差，裂隙水极发育并呈涌水状。拱顶集中涌水点出现坍塌，塌腔纵深1.8~2m，高度2.0~4.0m，弧长约8.3m，塌腔量约为52m3。目前，建设单位采取的应急抢险措施为沙袋反压回填、掌子面网喷封闭及加强监控量测等措施。
2.2变形情况
发生坍塌后在ZK78+778拱顶及周边进行了监控量测，监控量测数据如下表：
根据监测结果，目前掌子面拱顶最大累计下沉量为29mm，净空收敛最大值不足1mm，说明围岩侧压力小，隧道的主要变形为下沉变形，但变形量远远小于预留变形量。后续施工中应继续加强监测。
2.2涌水情况
隧道开挖至ZK78+778隧道出现两个集中出水点，出水点主要在拱顶及上台阶右侧拱腰部位。为了加大排水，在拱腰部位及预留核心土部位各布置1个和3个排水兼超前钻探孔。通过近期对涌水量的量测，发现该裂隙水补给充足，水量基本保持稳定，约2000m3/d，水质清澈。
3 坍塌成因及治理
3.1 坍塌成因
结合区域地质资料、前期勘察、超前钻探资料，本研究开展了实地工程地质调查工作。综合现有资料，该次坍塌形成的原因大致为：
（1）该段围岩受区域构造（不整合接触带、隐伏断裂带）影响，局部存在小型断裂，揉皱现象明显，岩体破碎，不仅致使围岩级别降低，也形成了良好的地下水通道。
（2）根据掌子面围岩观察、量测，岩体走向基本与隧道轴线垂直，倾角较大，约65°，倾向大里程，该岩层产状有利于前方山体大量地下水往隧道汇集。
（3）根据超前地质钻探，前方约25m范围为中风化岩块，片理化严重，岩体强度、完整性均较差，由于地下水由山体上部向下汇流，水压较大，强风化容易被地下水冲刷流失，拱顶由于岩石强风化而不断被掏蚀，故而极易导致坍塌。
3.1 治理措施
综合前人研究成果[1-3]，本研究提出实际施工中采取“稳固后方、加固前方、上堵下排侧引、探明前方”相结合的方法。具体的处理措施包括：
（1）稳固后方：保留掌子面处核心土，对掌子面及核心土进行喷射混凝土封闭，喷射砼厚度为15cm，喷射混凝土中增加φ8钢筋网（20cm×20cm），形成加筋止浆墙。从目前掌子面开始采用V级围岩的支护参数，预留沉降量加大为30cm。
（2）加固前方：由于塌腔比较小，在隧道帷幕注浆加固前采用低标号水泥砂浆进行灌注回填，待其达到强度后再对掌子面前方进行帷幕注浆加固。对上台阶开挖轮廓面进行帷幕注浆加固，注浆材料采用Ф42钢花管，长6m，隧道开挖轮廓周边一环间距0.3 m，外插角为5-10o，纵向间距1.5m。注浆浆液均采用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆与水玻璃的体积比为9：1。正式注浆前，须进行现场注浆试验，并根据试验结果确定各项注浆参数，注浆终压以0.5～1MPa为宜。注浆完成后应对注浆效果进行检验。若效果不佳，可在第一层注浆管下30cm处进行二次注浆，其示意图如图2、3所示。注浆材料及参数同第一次注浆。
图2 帷幕注浆示意图 图3 两次帷幕注浆管布置示意图
（3）下排侧引：在隧道上台阶两边拱脚附近各增加3个φ127泄水孔，泄水孔以斜向上30°～45°、长度以25m～30m为宜，增加地下水的泄水量，从而达到使掌子面拱顶及开挖面出水量减少的目的，也为前方施工泄水减压。另外，加密突涌水区域环向排水盲沟至5m/道。
图4 泄水孔布置示意图
（4）探明前方：加强隧道掌子面前方的地下水的探测，在此段增加瞬变电磁仪探明地下水的情况，探明前方的地下水的丰富程度以及其富水段长度，为下一步防治提供依据；由于目前尚未探明掌子面前方涌水区域的具体长度，本处理方案以掌子面前方10m范围为处理界限。
4 结论
1. 该段围岩受区域构造（不整合接触带、隐伏断裂带）影响，局部存在小型断裂，揉皱现象明显，岩体破碎，主要为中风化岩块夹土状强风化，岩体走向基本与隧道轴线垂直，倾角较大，约65°，倾向大里程。因此不仅围岩级别降低，而且是良好的地方水通道。
2. 根据超前地质钻探，前方约25m范围为中风化岩块，片理化严重，岩体强度、完整性均较差，由于地下水由山体上部向下汇流，水压较大，强风化容易被地下水冲刷流失，拱顶由于岩石强风化而不断被掏蚀，故而极易导致坍塌。
3. 综合坍塌形成成因考虑，实际施工中采取“稳固后方、加固前方、上堵下排侧引、探明前方”相结合的方法进行处理。
4. 后续施工应加强超前地质预报及超前钻探工作，查明富水情况，为隧道施工动态设计提供依据。
参考文献
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[4]王铁华，杨立峰. 破碎板岩中大断面隧道坍塌处治及通过方案研究[J]. 水利水电施工. 2015，（01）：22-24.
论文作者:叶伟芳av
论文发表刊物: 《建筑学研究前沿》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/26
标签：隧道论文; 围岩论文; 地下水论文; 注浆论文; 拱顶论文; 地质论文; 成因论文; 《建筑学研究前沿》2017年第10期论文;