1、孔家隧道出口段山体裂缝及塌陷原因分析及治理措施摘要：通过六盘水至沾益改建铁路增建第二线孔家隧道出口施工中出现的山体开裂塌陷及洞内塌方问题的处理实例，从地质构造、地貌、地层岩性以及变形量测等方面综合分析，提出处理措施，保证施工的顺利进行，并为类似工程提供借鉴。 关键词：隧道 ;山体;塌陷;开裂;原因分析;处理措施 中图分类号：U45 文献标识码：A 1.概况 孔家隧道是六盘水至沾益改建铁路增建第二线一座双线隧道，隧道全长 1630 米，起讫里程为 DK316+588DK318+218。隧道位于卡斯特地貌区，存在岩溶、危岩落石、断层、煤层等，进出口存在浅埋、偏压段，施工地质条件极差。 2.施工段工
2、程地质特性 DK318+188+218 段掌子面设计围岩为弱风化灰岩、白云岩，上伏粘土。设计在隧道出口发育孔家断层，为区域性的雪麻箐断层之次一级断层，其走向约 N64W，倾向 SW，倾角不详，该断层于 DK318+203 与线路相交，交角 38。现场施工中发现该段掌子面围岩大部分为炭质泥岩，局部为黄色松散黏土，和设计地质不符，从前期大管棚揭示围岩情况看，出口 30 米范围，掌子面围岩大部分为炭质泥岩，局部为黄色松散黏土，围岩节理紊乱，自稳性差。设计地质说明中未对孔家断层影响范围进行说明，从揭示地质情况分析该断层提前和线路相交。 3.洞内围岩变形及地面变形 3.1 围岩变化情况 围岩监控量测根据
3、设计要求，进行洞内观察、拱顶下沉测量及隧道周边净空水平收敛位移测量。洞内观察为观察岩体和支护结构的变形位移，轮廓面的收敛边形和构造面的裂缝变化。记录工作面状态、围岩边形、围岩风化情况、节理裂隙、断层分布产状及力学性质、地下水情况以及喷射混凝土效果等。拱顶下沉测量及隧道周边净空水平收敛位移测量按每 5m 一个断面布置，对拱顶、拱脚及墙脚 5 个点进行测量。从围岩变化情况看，山体开裂塌陷之前 1 天各种检测数据无异样，但掌子面围岩变化极大，由弱风化灰岩、白云岩突变为炭质泥岩，局部为黄色松散黏土，开挖后掌子面有滑塌现象出现。山体开裂塌陷及掌子面塌方后，拱顶下沉及净空收敛突然加大，钢拱架全部变形，喷射
4、混凝土大部分被扯裂，拱顶下沉最大达 35.2cm，拱脚水平位移增至 23.2cm。从围岩变化情况看，该段变形是某种原因导致的围岩受力突变，情况十分复杂。 3.2 地面变形情况 在 DK318+188+218 段施工中于 4 月 9 日设 3 组 12 个点进行地表沉降观测，在 4 月 9 日至 4 月 26 日观测期间，未发现沉降异常，同时隧道内拱顶下沉及净空收敛在监测过程中也未发现异常，但在 4 月 27 日塌方过程中突然出现拱顶大幅下沉，当日沉降达 25cm。地表在出现塌陷后破坏大部分监测点，沉降达 35cm。右侧山体出现大范围地表开裂，最大裂缝宽度达 30cm。 4.山体塌陷及裂缝原因分
5、析 从山体塌陷及裂缝发展情况看，此次塌方并伴随的山体塌陷开裂为施工扰动引起的地质原因导致。首先是施工方法的问题，原计划出口仅施工一环 108 大管棚作为接应，从进口往出口施工时，爆破扰动山体后导致塌方塌方后受力突变，导致冒顶及山体开裂。其次是地质原因，该段围岩属于弱风化灰岩、白云岩与炭质泥岩、松散黏土的过度段，围岩极不稳定，加之该段孔家断层和线路相交，导致地质情况极为复杂，同时隧道出口存在偏压，扰动后山体内力调整导致山体裂缝。 5.处理措施 对隧道内喷射混凝土开裂及拱架变形地段进行临时套拱、增加横、竖向支撑后进行拱墙注浆处理；对出口地表开裂范围施作临时排水沟，防止地表水汇入该范围；对发育裂缝进
6、行封闭，对塌陷位置进行回填。同时对掌子面塌方体进行了固结注浆。根据地质情况认为采用中壁法施工临空面较大，开挖临空面成拱效应差，围岩封闭时间较长，容易引起右侧山体裂缝再次发育，引起更大的地质情况，最后决定采用三台阶预留核心土开挖，以刚拱架 A、B、C 单元为基础进行掌子面开挖，开挖以人工手持风镐进行，避免爆破引起的山体扰动，42 超前小导管每 1.2米打设一环，每环长 3 米。计划对出口右侧部分扰动地表进行注浆固结，从出口往进口组织开挖支护施工。隧道贯通后由进口开始对变形拱架进行交替替换。并加快仰拱、二衬施工速度，使该段早日封闭。 5.1 出口边仰坡开挖及天沟施工 洞口仰坡开挖前对山体裂缝进行检
7、查，根据地表监控测量情况，在山体稳定后进行边坡开挖，施工前对裂缝影响范围边坡用彩条布进行覆盖，防止雨天雨水渗入。洞口为黑褐色黏土，用挖机进行分层开挖，每层开挖高度控制在 1.5 米内，除洞门位置外进行锚网喷仰坡预防护。 根据出口洞顶地质情况及汇水情况，施工前施作洞顶临时截水天沟，保证雨天洞口安全。根据地形及地质情况采用 III 式天沟结构形式，施工中注意将地基夯实，保证临时天沟结构安全。 5.2 出口开挖支护 根据目前进口方向洞内塌陷情况，不宜继续开挖，必须转换工序从出口采用三台阶法施工，即上、中、下三台阶 6 个开挖面并预留核心土。先从出口进行上、中台阶施工，待上半断面贯通后，再从进口方向施
8、工下台阶。施工中严格控制开挖进尺，每循环进尺 0.60.8m，中、下台阶开挖时左、右侧台阶错开 23m。加强超前支护及初期支护质量，加强监控量测频率，以“短进尺、强支护、勤量测”为指导思想进行施工。 三台阶施工工序为：超前支护上部弧形开挖（1）上部初期支护（）中台阶马口左右分错开挖并预留核心土 （2、3）中台阶初期支护（）中台阶核心土开挖（3-2）上半断面贯通下台阶马口左右分错开挖并预留核心土（4、5）下台阶初期支护（）下台阶核心土开挖（5-2）下半断面贯通仰拱开挖及初期支护（6） 。 5.3 进口拱架变形段处理 为保证施工安全，隧道贯通前对进口拱架变形段处理完毕。采用换拱处理，从进口拱架变形
9、处开始，采用人工手持风镐凿槽，凿槽后立拱喷浆完成后拆除前一榀拱架喷浆封闭后进行下一榀拱架处理。 6.效果及体会 通过以上措施，最终安全的通过了该段隧道施工，在后期仰拱及二衬施工中，山体变形未继续发展，洞内围岩稳定。通过该工程实例，笔者有以下几点体会。其一、隧道施工中对于洞口段施工，必须进行多方论证，重点从地质地貌情况出发，对必须从洞口施工的情况，无论施工条件有多艰苦，也必须从洞口施工，方能保证施工安全。其二，对于设计给明的隧道围岩情况，必须采取超期地质预报加以验证，特别是隧道进出口和岩溶发育地区隧道施工，对有断层和破碎带通过的地段，必须通过有效超前地质预报可以准确掌握其位置和发育情况，在施工中提前采取措施，如该变施工方法或增加注浆、管棚等围岩加固措施。其三，对于浅埋隧道，控制围岩扰动是隧道开挖支护施工工艺中必须考虑的边界条件，因为隧道埋深较浅，如开挖方法选择不当，极有可能因施工干扰导致整个山体的受力重分布，导致山体裂缝或滑塌，极大的影响施工安全。 参考文献： 1 地质物探试验研究中心. 隧道施工开挖工作面前方不良地质预报 R . 1995. 2 杨新兴. 朱亭隧道暗洞山体开裂原因分析及治理措施 R .西部探矿工程. 2002.
