高含水量软弱粘土隧道的施工方案

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1、高含水量软弱粘土隧道的施工方案梁　巍　　（中交第二公路勘察设计研究院　武汉　430052）　　摘要：丹本高速公路下马塘隧道丹东端，在较大范围内为浅埋软弱粘土围岩。在施工过程中由于围岩含水量激增，使其自稳能力大减，造成拱顶上部地表下沉，山体开裂，使已做好的17m拱部初期支护变形、开裂、下沉，使施工受阻。针对这种情况，采取严格限制施工用水，洞内采用自钻式锚杆以加固围岩，并分别采取CD法和正台阶弧型导坑分部开挖法等一系列措施，避免了隧道再次塌方。        关键词：粘土；含水量；中隔墙法；自钻式锚杆1　工程概况下马塘隧道位于本溪市南芬区下马塘镇与王家崴

2、子之间，是辽宁省修建的第一条山岭重丘区丹（东）本（溪）高速公路的全线最长的一座隧道，为上下行分离的4车道高速公路，最大埋深约160m。左线隧道长1070m，右线隧道长1035m，建筑限界净宽10．5m，净高5．5m。丹东端进口地表为一缓坡地段，地形坡度10度左右。区内和隧道进口有关的岩土层按成因时代、岩性特征、埋藏分布条件及物理力学性质，可分为以下情况。1．1　碎石混亚粘土层        黄褐色，碎石成分为混合花岗岩、石英岩、变粒岩及少量云母片岩，粒径20mm～200mm，含量占40％～50％，块石成分为混合花岗岩，含量占10％～20％，充填物为亚

3、粘土及角砾；亚粘土，湿—饱和，软塑—硬塑状态，一般分布在约6．0m以下至基岩范围内。本层厚度21．0m～28．0m左右，主要分布在山脚附近的缓坡上，形成坡积裙，属坡积成因。1．2　全风化混合花岗岩        灰—黄褐色，碎裂结构，岩石多呈碎块状，地表风化呈土状。1．3　强风化混合花岗岩        黄褐色，碎裂结构，风化强烈，黑云母风化成褐色，节理发育，将岩石切割成5cm～20cm的碎石状，主要分布在地表全风化混合花岗岩下。隧道工程地质纵断面见图1、图2。        隧道进口于1999年9月份正式动工，施工队伍进场拉路基边槽及明洞开挖，所揭

4、示的地质情况基本与勘察报告相符，为较破碎的全风化混合花岗岩。但明洞施工到成洞面时，地质情况则突然发生恶化，全风化混合花岗岩消失，掌子面呈现褐黄色粘土层，且土的含水量较大，施工管棚时则发现成孔困难，岩芯难以吐出，原设计的40m管棚只能钻进不到20m。鉴于掌子面的围岩情况及管棚施工现状，现场对原设计的初期支护作了调整，将原18工字钢钢拱架100cm一榀调整为50cm一榀，其他支护参数不变，见图3。由于施工时粘土的含水量较大，喷射混凝土不宜挂住，施工时常造成所喷上去的混凝土与黄粘土整体大面积的滑落，施工单位多次改进工艺和方法的情况下仍无法喷上，决定把喷射混

5、凝土改为模筑C25混凝土，并要求模筑后注浆，以避免混凝土与围岩之间形成的空洞，造成工程隐患。        1999年12月14号左线进口在ZK124＋271．6～＋288．4，共16．8m，已做好的初期支护（一次模筑混凝土）拱圈发生整体下沉。下沉量为1．3m～0．7m，混凝土及钢拱架本身未变形及损坏，地底两侧粘土向中间鼓起，拱脚沉陷。洞顶地表下沉范围为ZK124＋265～ZK124＋291，长26m，最大下沉横向宽度7．4m，最大下沉量8m，塌陷处隧道埋深约5m～8m，拱圈以上已成为松散土体。右线初期支护（一次模筑混凝土）也发生鼓起，混凝土出现多道

6、纵横裂缝。2　事故原因分析2．1　地质条件较差，为事故发生的主要原因。该地质粘土中粉粒及粘粒组（＜0．05mm）含量约占70％，自身强度低，含水量较大。经取样试验，该段围岩液限39．1％，塑限21．0％，塑性指数18．1％，液性指数0．552，天然含水量31％，属于软塑状态，遇水极易造成围岩强度大幅度降低。从地质构造上讲，本段前后为强风化花岗岩，渗透性较差，地表水和地下水渗透于此基本被阻隔。因此，本段可以说是一个地下水富集地带。图1　左线工程地质纵断面示意图2　右线工程地质纵断面示意图3　软弱围岩地段支护示意2．2　由于施工正值东北地区冬季即将来临之

7、际，为了抢洞口段施工进度，以便冬季洞内可以正常施工，施工方在拉下导中槽时，未能及时排出洞内围岩涌水和施以锚杆及一次模筑混凝土的施工用水，使得围岩软化，造成拱脚承载能力急剧下降。而本段又为浅埋段，围岩压力随着时间增长迅速，更加剧了拱脚承载力的不足。事后查量测数据，发现事故前3d，拱顶位移急剧变化，多达4cm。3　施工方案由于左线隧道塌陷严重，经各方讨论，决定采用洞内管棚跨越，钢架顶撑，分段拆换初期支护的措施。右线为避免初期支护的进一步下沉，采取以下紧急措施。（1）及时排除洞内施工用水，以防止围岩受水的浸泡后进一步软化。（2）对下导中部的深拉槽进行压实回

8、填，以保证基础的承载力。（3）疏通地表排水沟，用粘土封闭地表裂缝，以减少地表水的下渗。（4）在洞内用型钢或圆