摘　要　明垭子隧道为十堰至天水高速公路“控制工期工程”，施工中遇到了软岩大变形不良地质灾害，最大变形达1200mm，引起隧道开挖塌方、初期支护变形侵限、仰拱起鼓和衬砌开裂等病害，影响了工程质量，制约了工程进度，危及施工人员人身安全。本文结合该隧道地质灾害和病害的实际情况，分析了地质灾害产生的原因，总结了地质灾害预防和病害治理措施，为以后同类工程施工提供借鉴。
　1工程概况

　　明垭子隧道地质区域为流水侵蚀山地、沟谷深切，地形较为陡峻，属典型单 斜构造，围岩主要为糜棱岩和糜棱岩化闪长岩。隧道围岩岩性复杂，进口段围岩为浅绿色绿泥片岩、灰色千枚岩、灰绿色绿泥片岩、薄片状碳质岩页；斜井段围岩为 薄片状碳质岩页，灰绿色绿片岩。隧道岩性变化频繁，软硬岩层互层出露，加之受南秦岭褶皱带和月河断裂带的影响，围岩被挤压、揉皱，节理极为发育，围岩应力 分布极不均匀，局部地段围岩容易形成偏压。隧道局部地段地下水发育，围岩遇水软化，加快了病害的发展，该隧道典型地质照片如下图1～图3。

图1　浅绿色绿泥片岩

图2　绿泥片岩与碳质页岩杂乱互层

图3　千枚岩

　 　明垭子隧道左洞全长4949m，右洞全长4985m，我单位承担明垭子隧道进口及斜井区间的施工任务，左线3263, （ZK209＋306～ZK212＋569），右线3335m（YK209＋325～YK212＋660），斜井1座，长770m，与右线交点里程为 YK211＋815。

　　2病害发生的情况

　　明垭子隧道由于地质条件差，设计文件中的地质情况与实际开挖后的地质情况差距很大，致使围岩支护参数频繁调整，隧道各类地质病害时有发生。

　　2.1病害表现

　　明垭子隧道在施工过程中出现病害的主要表现为：围岩大变形引起塌方，初期支护开裂、混凝土碎裂掉块，钢拱架扭曲、钢拱架剪切错断，初期支护收敛变形造成大面积侵限，仰拱上浮、二衬混凝土开裂破坏。

　　2.2病害分布

　 　明垭子隧道左线ZK209＋490～ZK209＋585段主要表现是初期支护开裂、混凝土碎裂掉块、钢拱架扭曲、初期支护侵 限；ZK210＋020～ZK210＋100段主要表现是仰拱上浮；ZK210＋185～ZK210＋500段主要表现是初期支护开裂、混凝土碎裂掉块、 钢拱架扭曲、钢拱架剪切错断、初期支护收敛变形造成大面积侵限、仰拱上浮、二衬混凝土开裂破坏；ZK211＋287～ZK211＋550段主要表现是初期 支护开裂、混凝土碎裂掉块、钢拱架扭曲、钢拱架剪切错断、初期支护收敛变形造成大面积侵限、仰拱上浮；ZK211＋700～ZK211＋780段主要表现 是初期支护开裂、混凝土碎裂掉块、钢拱架扭曲、初期支护侵限、仰拱上浮；ZK211＋888～ZK212＋100段主要表现是初期支护开裂、混凝土碎裂掉 块、钢拱架扭曲、钢拱架剪切错断、初期支护收敛变形造成大面积侵限。

　　明垭子隧道右线YK209＋510～YK209＋615段主要表现 是初期支护开裂、混凝土碎裂掉块、钢拱架扭曲、钢拱架剪切错断、初期支护收敛变形造成大面积侵限；YK210＋100～YK210＋365段主要表现是初 期支护开裂、混凝土碎裂掉块、钢拱架扭曲、钢拱架剪切错断、初期支护收敛变形造成大面积侵限、仰拱上浮、二衬混凝土开裂破 坏；YK211＋200～YK211＋490段主要表现是初期支护开裂、混凝土碎裂掉块、钢拱架扭曲、初期支护侵 限；YK212＋580～YK212＋620段主要表现是初期支护开裂、混凝土碎裂掉块、钢拱架扭曲、初期支护侵限。

　　明垭子隧道左右线 发生初期支护大变形侵限共计881m，仰拱起鼓上浮共计375m，衬砌开裂共计113m，塌方12处。在施工中虽然根据地质变化进行了支护参数的调整，但 是由于围岩太差，地应力太大，初支无法抵抗围岩的沉降、收敛，造成初支变形极其严重、仰拱起鼓和二衬开裂等病害。隧道发生病害的典型照片如下图4－图6。www.tmgc8.com

图4　早期初支混凝土开裂及钢拱架扭曲情况

图5　中后期初支开裂及钢拱架扭曲情况

图6　二衬混凝土开裂破坏情况

　　3病害发生的原因分析

　 　隧道出现大变形的原因，一方面是膨胀性矿物成分的遇水膨胀作用，从而使隧道的周边产生较大变形；另一方面是软弱围岩在高地应力作用下发生的挤压性变形， 由于应力复杂，而岩石的强度较低，洞室在开挖后，周边将出现大范围的塑性破坏区，塑性区内的岩体发生剪切和挤压作用，迫使围岩中的质点向开挖空间进行移 动，从而出现了大变形。该隧道病害发生的具体原因如下：

　　千枚岩与碳质页岩同属区域变质岩，在区域变质岩中，新生的变质构造广泛发育，而 原岩的构造大多遭受破坏，在变质构造过程中，形成扭曲，新生构造和新生层往往使围岩破碎，稳定性更差。本隧道出露的千枚岩和碳质页岩为深灰色、黑色，千枚 状构造，含水量大时呈团块状，含水量小时为鳞片状，片理极为发育，层厚0.01～2mm，岩体破碎，片理面手感光滑，有丝绢光泽，主要矿物成份是绢云母、 石英、绿泥石等，软弱矿物成份多，因而千枚岩硬度小，围岩破碎，强度低，可膨胀，遇水软化，塑变大，单轴抗压强度小于1MPa，这是产生病害的主要原因； 受南秦岭褶皱带和月河断裂等区域地质构造的影响，岩体节理裂隙发育。隧道有两组以上构造，且贯穿深度长，节理无胶结，无填充。不同方向不同期次构造运动的 迭加，其结果使构造和变形更复杂，岩体被反复挤压、揉搓，形成扭曲褶皱，岩体更加破碎；在软弱的千枚岩地区，地下水对围岩的稳定性危害极大。一般说来，洞 身为千枚岩时，其厚度达到一定程度时，洞身不会出现地下水。开挖后，围岩产生应力重分布，发生变形，形成一定的松动区和塑性区。当塑性区的范围未接近板岩 区时，洞身不会出现地下水；当初期支护不及时或初期支护强度不足以抵抗千枚岩的变形时，塑性区的范围可能更大，当超这一范围时，板岩中的地下水由于渗透压 力进入塑性区，而千枚岩遇水即软化、泥化，使塑性区条件恶化，塑性区范围加大，这又使地下水进一步发育。塑性区的加大和地下水的发育互相促进，互相作用， 使围岩稳定性不断变差，变形不断发展，使围岩不断产生剪切滑移，由蠕变向突变转化，最终造成初期支护被破坏，产生各种病害。

　　4灾害预防措施

　 　根据隧道设计、施工规范以及地质勘查报告描述，结合以往软弱围岩隧道的施工经验，针对明垭子隧道的初期支护变形和不同的破坏形式，为控制隧道初期支护变 形侵限、避免仰拱起鼓和衬砌开裂等病害的发生，杜绝在开挖过程中出现塌方，确保施工和结构安全，主要采取以下预防加强措施：

　　4.1优化开挖方法

　　从施工效应角度出发，三台阶法和CＲＤ法均能保证施工安全和结构稳定。但从施工成本、施工工效和施工管理等方面综合比较，为加快施工进度，该隧道软弱破碎围岩段选用了三台阶七步平行流水作业施工方法，各台阶初期支护均及时封闭，隧道二衬和仰拱紧跟开挖面。

　　4.2增大预留变形量

　　隧道开挖后，周边收敛及拱顶下沉较大，为保证二衬厚度，将初期支护预留变形量加大至60～80cm。

　　4.3加强超前支护

　　在隧道断层破碎带、软岩和塌方段采用大管棚或双层小导管进行超前支护，并进行注浆。在大管棚难以施做地段，超前支护采用双层小导管注浆。无水段采用注水泥浆，渗水地段采用注水泥水玻璃双液浆。

　　4.4加强初期支护

　 　对于软弱围岩段采用H175型钢拱架加强支护。针对隧道内围岩水平应力过大的情况，将软弱围岩段原设计的锁脚锚杆变更为锁脚导管，并根据现场情况适当增 加导管长度，导管与拱架连接牢固。同时，为了增加拱架的整体受力效果，将横向联系钢筋增强至Φ25，环向间距缩短至50cm，内外侧交错布置。www.tmgc8.com

　　4.5采用双拱支护

　 　由于隧道病害发生段地应力和松散荷载较大，围岩自稳能力极差，柔性体系的初期支护在施做后即发生较大变形，单层初期支护的刚度及强度已不能控制围岩的有 害变形，为控制发生侵限、塌方等病害，初期支护采用双层I22b型钢拱架（或I22b型钢拱架＋格栅拱架）支护，增加支护刚度及强度，以抵抗围岩的有害变 形。横向联系采用Φ32或角钢连接。每层拱架的横向联系必须单独连接，确保拱架整体系统受力。

　　4.6增加临时仰拱

　　采用工字钢施作临时仰拱，使上断面初支及时封闭成环，控制初期支护的收敛和沉降。

　　4.7增加套拱

　 　为防止初期支护产生较大变形和拱顶下沉过快，在保证二衬厚度的前提下，对隧道开挖后正在变形的初期支护段进行补强加固，增加半断面或全断面套拱作为永久 支护，采用I18或I20a工字钢施做套拱，间距0.75—1.0m，拱架间设Φ25纵向连接筋，环向间距1.0m，喷射C20砼。

　　4.8加强二次衬砌

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