王欣

【摘 要】針對(duì)瓦日鐵路南呂梁山隧道二襯邊墻開(kāi)裂的實(shí)際情況，從南呂梁山隧道的概況，裂縫開(kāi)裂程度，隧道穿越的地質(zhì)，施工支護(hù)參數(shù)等方面進(jìn)行總結(jié)分析，找出原因，提出合理的整治措施，并為其它類似的隧道提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

【Abstract】According to the actual situation of the cracking of the secondary lining wall in south Lviang mountain tunnel of WaRi railway ，the paper analyses the general situations of south Lvliang mountain ， crack development degree ， the geological condition of tunnel crossing ， construction support parameters， and finds out the reasons， presents the reasonable regulation measures， to provide reference for other similar tunnels.

【關(guān)鍵詞】隧道；開(kāi)裂；原因；經(jīng)驗(yàn)

【Keywords】tunnel； crack； reason； experience

【中圖分類號(hào)】TU472 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）04-0174-03

1 引言

瓦日鐵路（又稱山西中南部鐵路通道）南呂梁山隧道位于山西省臨汾市境內(nèi)，隧道貫穿南呂梁山山脈以東及臨汾盆地邊緣丘陵區(qū)。隧道進(jìn)口端位于山西省蒲縣境內(nèi)，出口端位于山西省臨汾市堯都區(qū)與洪洞縣交界處。隧道開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后不久檢查發(fā)現(xiàn)隧道邊墻襯砌開(kāi)裂、外擠、剝落掉塊等嚴(yán)重病害。

2 南呂梁山隧道概況

南呂梁山隧道設(shè)計(jì)為雙洞單線隧道，線間距30m，隧道最大埋深約為550m，設(shè)計(jì)行車速度120km/h。隧道左線進(jìn)口里程k284+560，出口里程k308+003，全長(zhǎng)23443m；隧道右線進(jìn)口里程k284+534，出口里程k308+008，全長(zhǎng)23474m。屬于典型的小斷面特長(zhǎng)隧道。

隧道左線除進(jìn)口60m位于R=1200m的曲線上外，其余地段均位于直線段上；隧道右線位于直線段上。隧道內(nèi)設(shè)計(jì)為單面下坡，左線自洞口起分別以8‰/574m、12.6‰/22850m和10.9‰/19m下坡至隧道出口；右線自洞口起分別以6.6‰/610m、12.6‰/22810m和11.2‰/54m下坡至隧道出口，隧道進(jìn)出口垂直高差約為292m。

3 開(kāi)裂嚴(yán)重處所

所有開(kāi)裂處所均位于隧道內(nèi)，左線嚴(yán)重開(kāi)裂1處，右線嚴(yán)重開(kāi)裂4處，開(kāi)裂嚴(yán)重處所及影響范圍詳見(jiàn)表1。

裂縫以縱向?yàn)橹?，主要分布在邊墻水溝頂板以上約1.0m至2.0m處，裂縫無(wú)滲漏水。開(kāi)裂嚴(yán)重處所情況如下：

左線k302+882- k302+897段左側(cè)邊墻裂縫斜向開(kāi)裂，長(zhǎng)15m，沿開(kāi)裂口出現(xiàn)二襯混凝土張開(kāi)剝落的情況，張開(kāi)寬度約7cm，水溝向線路中心側(cè)擠壓，變形破壞。

右線k305+244- k305+254段右側(cè)二襯邊墻底出現(xiàn)斜向開(kāi)裂，錯(cuò)縫寬約3-5mm，斜向長(zhǎng)度4m，水溝變形破壞。

右線k305+279處，正洞與橫通道交接，正洞出現(xiàn)高為4.5m的環(huán)向裂縫，橫通道也出現(xiàn)高為4.5m的環(huán)向裂縫橫，兩條裂紋相交，縫寬3cm。

右線k305+378- k305+389段左側(cè)二襯拱腰出現(xiàn)斜向開(kāi)裂，長(zhǎng)約4m，裂縫范圍內(nèi)出現(xiàn)二襯剝落，剝落層最厚約4cm，裂縫寬約6cm，水溝變形破壞。

右線k305+705- k305+715段右側(cè)二襯邊墻出現(xiàn)斜向開(kāi)裂，長(zhǎng)約3.5m，裂縫范圍內(nèi)出現(xiàn)二襯剝落，剝落層最厚約10cm，裂縫寬約15cm。右側(cè)二襯拱腰出現(xiàn)長(zhǎng)約5m的縱向裂縫，裂縫范圍內(nèi)出現(xiàn)二襯剝落，剝落層最厚約5cm，裂縫寬約10cm，水溝變形破壞。

4 開(kāi)裂處所地質(zhì)描述及支護(hù)參數(shù)對(duì)比

①左線k302+882- k302+897，設(shè)計(jì)地址描述為：隧道穿越地層內(nèi)含灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等。巖石屬硬巖，局部含軟弱泥質(zhì)夾層，巖層產(chǎn)狀平緩，巖體較完整；上方存在采空區(qū)，可能積水積氣，容易沿構(gòu)造縫隙往隧道入滲，隧道開(kāi)挖應(yīng)密切關(guān)注；施工地質(zhì)素描：掌子面為灰?guī)r、泥灰?guī)r，灰色，灰黃色，中厚層狀，節(jié)理較發(fā)育，巖體較破碎，下水不發(fā)育，掌子面局部滲水；施工支護(hù)參數(shù)：Ⅲ級(jí)圍巖，初支格柵鋼架間距1.2m，噴射18cm厚C25混凝土；二襯為35cm厚C30素混凝土，抗?jié)B等級(jí)P8。[1]

②右線k305+244- k305+254，設(shè)計(jì)地址描述為：隧道穿越地層內(nèi)含石膏角礫狀泥灰?guī)r、膏溶角礫巖，屬軟巖、極軟巖，巖體較破碎。地下水垂直滲流帶內(nèi)，地下水可能具有硫酸鹽腐蝕性；施工地質(zhì)素描：掌子面為泥灰?guī)r，灰黃色，巖性軟弱，巖體破碎，呈碎石角礫狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀平緩，地下水不發(fā)育；施工支護(hù)參數(shù)：Ⅴ級(jí)圍巖，無(wú)水未加強(qiáng)，噴20cm混凝土，全環(huán)鋼架，二襯為35cm厚C35素混凝土，抗?jié)B等級(jí)P8。

③右線k305+279- k305+286，設(shè)計(jì)地址描述為：隧道穿越地層內(nèi)含石膏角礫狀泥灰?guī)r、膏溶角礫巖，屬軟巖、極軟巖，巖體較破碎。地下水垂直滲流帶內(nèi)，地下水可能具有硫酸鹽腐蝕性；施工地質(zhì)素描：掌子面為泥灰?guī)r，灰黃色，中厚層狀巖體較完整，塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀平緩，地下水不發(fā)育。掌子面為膏溶角礫巖，灰褐色，薄中厚層狀，巖體破碎，碎石角礫狀結(jié)構(gòu)，地下水不發(fā)育；施工支護(hù)參數(shù)：Ⅴ級(jí)圍巖，無(wú)水未加強(qiáng)，噴20cm混凝土，全環(huán)鋼架，二襯為35cm厚C35素混凝土，抗?jié)B等級(jí)P8。

④右線k305+378- k305+389，設(shè)計(jì)地址描述為：隧道穿越地層含石膏角礫狀泥灰?guī)r、膏溶角礫巖，屬軟巖、極軟巖，巖體較破碎。地下水垂直滲流帶內(nèi)，地下水可能具有硫酸鹽腐蝕性；施工地質(zhì)素描：掌子面為膏溶角礫狀泥灰?guī)r，灰黃色，屬軟巖，巖體破碎，巖層產(chǎn)狀平緩，節(jié)理發(fā)育，地下水不發(fā)育；施工支護(hù)參數(shù)：Ⅴ級(jí)圍巖，無(wú)水未加強(qiáng)，噴20cm混凝土，全環(huán)鋼架，二襯為35cm厚C35素混凝土，抗?jié)B等級(jí)P8。

⑤右線k305+705- k305+715，設(shè)計(jì)地址描述為：隧道穿越地層內(nèi)含石膏角礫狀泥灰?guī)r、膏溶角礫巖，屬軟巖、極軟巖，巖體較破碎。地下水垂直滲流帶內(nèi)，地下水可能具有硫酸鹽腐蝕性；施工地質(zhì)素描：掌子面以泥質(zhì)固結(jié)物為主，局部夾雜泥灰?guī)r，淺黃色，巖性軟弱，軟塑狀，地下水不發(fā)育；施工支護(hù)參數(shù)：Ⅴ級(jí)圍巖，噴20cm混凝土，全環(huán)鋼架，二襯為35cm厚C30素混凝土，抗?jié)B等級(jí)P8。

5 原因分析

5.1 地質(zhì)分析

通過(guò)設(shè)計(jì)階段和施工階段的地址描述可知，5處開(kāi)裂嚴(yán)重處所通過(guò)膏溶角礫巖、含石膏角礫狀泥灰?guī)r和泥灰?guī)r地層，圍巖級(jí)別判為Ⅲ、Ⅴ級(jí)[2]。

膏溶角礫巖由泥質(zhì)成分固結(jié)而成，呈硬土狀，無(wú)膠結(jié)。由于黏土礦物含量較多，遇水會(huì)膨脹、軟化，巖石的飽和抗壓強(qiáng)度很低，屬于極軟巖。

含石膏角礫狀泥灰?guī)r巖體結(jié)構(gòu)面多，石膏具有吸水膨脹的特性，巖樣浸水較多會(huì)崩解。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，含石膏角礫狀泥灰?guī)r的最大自由膨脹率為20-28%，飽和吸水率為17-31%；巖石干燥時(shí)的抗壓強(qiáng)度平均值為12.5MPa，巖石飽和時(shí)的抗壓強(qiáng)度平均值為7.4 MPa，軟化系數(shù)為0.59，屬于軟化巖石。

5.2 支護(hù)分析

施工時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖的實(shí)際情況施做了初期支護(hù)和二次襯砌，通過(guò)對(duì)二襯邊墻開(kāi)裂處所取樣檢測(cè)后，滿足支護(hù)要求。

綜合以上分析，隧道在開(kāi)挖貫通后，由于隧道設(shè)計(jì)為單面長(zhǎng)大下坡，地下水進(jìn)行了重新分布，使富含石膏的泥灰?guī)r、膏溶角礫巖和石膏角礫狀泥灰?guī)r圍巖特性發(fā)生改變，產(chǎn)生膨脹力，在膨脹力和水壓力等因素的綜合作用下導(dǎo)致隧道邊墻側(cè)壓力增大，二次襯砌出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂、破損，其發(fā)展程度與巖性和地下水差異等密切相關(guān)。

6 處理措施

①由于南呂梁山隧道左右線屬于已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的小斷面特長(zhǎng)隧道，對(duì)開(kāi)裂處所重新進(jìn)行施工整治面臨著諸多困難，本著“徹底根治，不留后患”的原則，對(duì)開(kāi)裂處所的拱墻和仰拱進(jìn)行徹底拆除，對(duì)初期支護(hù)和二次襯砌重新進(jìn)行施作；

②在二襯邊墻拆除前，采用錨桿或小導(dǎo)管注漿進(jìn)行預(yù)加固；

③采用網(wǎng)格尺寸200mm*200mm的鋼筋網(wǎng)片+縱向間距為1榀/0.5m的型鋼鋼架+20cm厚C20混凝土重新進(jìn)行初期支護(hù)；

④設(shè)置縱向和環(huán)向盲溝將襯砌后的水流引至側(cè)溝；設(shè)置厚度為2mm的防水板，板后鋪設(shè)400g/m2無(wú)紡布緩沖層；做好施工縫處的防水處理；

⑤二次襯砌采用40cm厚C40鋼筋混凝土，混凝土抗?jié)B等級(jí)P10。

7 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

①針對(duì)富含石膏的泥灰?guī)r、膏溶角礫巖和石膏角礫狀泥灰?guī)r等較差地質(zhì)的隧道，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮地下水重分布對(duì)圍巖的不利影響，設(shè)計(jì)、施工支護(hù)參數(shù)寧強(qiáng)勿弱；

②小斷面長(zhǎng)大隧道一旦出現(xiàn)此類問(wèn)題，再次施工整治的困難很大，新線隧道開(kāi)挖時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，嚴(yán)禁隨意對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行更改；

③針對(duì)此類地質(zhì)隧道，隧道貫通后應(yīng)加強(qiáng)日常觀測(cè)檢查，一旦發(fā)現(xiàn)二襯有裂紋出現(xiàn)，應(yīng)引起高度重視。

【參考文獻(xiàn)】

【1】鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院.TB10003-2005鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.

【2】朱永全.隧道工程（第二版）[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.