某山区铁路隧道不良地质灾害分析及治理

苏大海 倪振强

（聊城大学建筑工程学院，山东 聊城252000）

随着基础设施的大规模建设以及我国基础设施建设不断走出国门，铁路隧道建设进入了一个高峰期。隧道洞口以及掌子面部位发生滑坍是铁路隧道中经常出现的问题之一。由于土体较为疏松且需要承受较大荷载作用，在隧道施工以及外界环境因素扰动作用下，洞口及掌子面部位容易发生活动与坍落。因此，有必要对铁路隧道的一系列不良地质灾害进行分析。

以老挝人民共和国境内某单线铁路隧道为研究对象，详细分析了洞口及掌子面发生滑坍原因，对隧道建设过程中可能出现的不良地质灾害问题提出了治理措施，为我国在隧道建设和不良地质灾害的理论和技术创新方面给予一定的帮助和指导。

1 工程概括

1.1 工程实例概况

隧区属于构造剥蚀中低山地貌，地面高程323-390m，相对高差大于60m，坡面植被发育。隧区上覆盖第四系全新统统坡洪积粉质黏土、坡残积层粉质黏土、下伏基岩为石炭系板岩、碳质板岩。松软土（粉质黏土）主要分布于D2K175+375-385 段，粉质黏土分布于测区斜坡地带，此外局部稍厚、板岩夹砂岩、碳质板岩分布于测区内，节理裂隙发育，质较软。隧道可能存在瓦斯等有害气体，顺层偏压等不良地质地段，特殊岩土为松软土。隧道总长246m，其中Ⅴ级围岩246m，明洞20m；銮山隧道总长158m，均为Ⅴ级围岩；相嫩一号隧道总长767m，Ⅳ级围岩260m，Ⅴ级围岩507m。

测区地表水为山间槽谷流水，受大气降水补给，地表水不发育，水流流量受季节及降雨影响明显，大部分楠堪河排泄，部分沿基岩裂隙下渗补给地下水。土层孔隙潜水主要赋存于沟槽土体内，水量不大。

1.2 工程简介

该隧道道位于老挝民主共和国境内，为单线隧道，进口里程为D2K175+404 出口里程为D2K175+650，全长246m。最大埋深47m，进出口均为路基，线路坡度为人字坡，隧道洞内线路坡度为单面下坡，坡度大小为7‰。隧区构造属剥蚀中低山地貌，地形起伏较大，穿越有害气体、松软土等不良地质地段，不良地质段等施工为本隧道重点和难点。

该隧道设计为单洞，里程为D2K176+560～D2K176+718，全长158m，最大埋深43m，隧道洞内线路坡度为单面下坡，线路坡度 为7‰。隧 道D2K176+585、881 ～D2K176+718 段，长 度132.119m 位于半径R=2500m 的左偏曲线上，其余地段均为直线。另一个隧道里程为D2K176+993～D2K177+777。一号隧道全长784 米，最大埋深45m，隧道洞内线路坡度为单面下坡，线路坡度为7‰（784m）。全隧除D2K176+993～D2K177+235.849 段242.849m 位于半径R=2500m 的左偏曲线上，D2K177+527.569～D2K177+777 段249.431m 位于半径R=3500m 的右偏曲线上外，其余地段均为直线。

2 隧道施工方案

2.1 围岩爆破设计

本工程将选用2#岩石乳化炸药，每节直径为32mm、长度为20cm、重0.20kg。为了充分发挥围岩的自承能力，减轻对围岩的振动破坏，隧道开挖采用微振动控制光面爆破技术。

2.2 Ⅳ级围岩爆破掘进参数

单线隧道正洞Ⅳ级围岩，上下台阶法爆破，循环进尺均为2.5m，统一采用图示的掏槽形式和光面爆破装药结构。

图1 Ⅳ级围岩上台阶炮眼布置图

上部台阶开挖面积31.95m2，计划循环进尺2.5m，一循环开挖数量79.88m3，采用一般爆破开挖，炮孔密度2.69 孔/m2;

图2 Ⅳ级围岩下台阶炮眼布置图

下部台阶开挖面积28.15m2，计划循环进尺2.5m，一循环开挖数量70.38m3，采用一般爆破开挖，炮孔密度1.85 孔/m2;钻孔前，测量人员要用红油漆准确绘出开挖面的中线和轮廓线，标出炮孔位置，其误差不得超过5cm。装药需分片分组按炮孔设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”。装药时爆破员要对炮孔的孔位、深度进行检查，对不合格的应进行补钻。尽量减少装药量，炸药单耗控制在设计范围以内。

3 不良地质灾害分析

3.1 不良地质灾害状况

据施工单位提供素朗村隧道出口上台阶掌子面里程为D2K175+606。现场勘察时，掌子面拱部已发生溜坍，溜坍物为全～强风化板岩，呈碎块石、土状，灰黄、褐黄色，溜坍量约60～70m3，初支轮廓线外形成空腔，空腔纵向4～5m，宽约7m，高约2～3m，腔壁无水。对洞口进行现场核对，素琅村隧道出口上台阶掌子面里程为 D2K175+588， 左侧下台阶里程为D2K175+609，右侧下台阶里程为D2K175+602。掌子面岩性为板岩，灰色，薄-中厚层状，岩层倾向掌子面右侧倾角约80。形成6m×2m×3m（长×宽×高）空洞，洞内溜坍量约36m3。

表1 裂缝详情描述表

一段时间后地表下沉形成凹坑，凹坑尺寸约10m×5m×4m（长×宽×高）凹坑；地表开裂下沉，形成约10m×5m×4m（长×宽×高）凹坑。

3.2 不良地质灾害分析

隧道位于构造剥蚀中低山地貌，隧区上覆盖第四系全新统统坡洪积粉质黏土、坡残积层粉质黏土。隧道出口段土层及基岩全，围岩稳定性差，且隧道埋深浅，施工过程中支护不当或不及时是发生坍方、冒顶的主要原因。

3.2.1 洞身工程地质条件差，围岩自稳能力低，施工过程中对隧道进行爆破后施工人员没来得及进行初期支护即发生坍塌。

3.2.2 设计过程中未能准确判断隧区地质条件，在爆破前没有充分考虑不良地质对隧道的影响，导致在围岩分级、支护参数设计以及开挖进尺要求等不合理

4 治理措施

4.1 第一处滑坍处理方案

对掌子面处地表区域设置警示带进行隔离防护，防止地表塌陷发生意外。采用渣土反压掌子面和用C25 喷射混凝土对隧道内壁进行封闭，掌子面前方空腔体埋设2 根泵送砼管，泵送C20 混凝土将腔体回填满，对不良地质体进行加固。

4.2 第二处滑坍处理方案

4.2.1 在掌子面处地表区域设置警示带进行隔离防护，洞内撤离人员和设备暂停作业，防止地表塌陷发生意外。区段D2K175+625～D2K175+588 段初期支护增设Φ42 钢花管径向注浆加固，单根长4.5m，间距1.2m×1.0m（环向×纵向）布置，注浆采用水泥浆，水灰比0.8～1：1，注浆压力为0.8～1.5Mp，注浆完成后沿线路纵向按间隔5m 钻孔取芯观察注浆是否饱满，否则应补注浆。

4.2.2 D2K175+593 处设置一环Φ89 大管棚超前支护，环向间距04m，每环27 根，单根长30m。D2K175+588～D2K175+568段20m 段设置全环I18 型钢钢架加强支护，钢架间距为0.5m，每处锁脚锚管调整为4 根。加强地表位移与隧道洞内监控量测，发现异常及时上报处理。待D2K175+588～D2K175+568 段二衬施工完成后，地表陷坑采用粘土夯填至原地面。

5 结论

5.1 该山区所发生地质状况在工程施工中较为常见，处理措施为隧道出口段土层及基岩全、围岩稳定性差，且隧道埋深浅，施工过程中支护不当或不及时易发生坍方、冒顶等工程问题提供了宝贵经验。

5.2 注浆加固过程中，应注意注浆前后20m 范围内支护变形量测，防止坍方，确保施工安全。

5.3 注浆加固后应沿线路纵向间隔5m 取芯观察注浆是否饱满。施工期间监控量测出现异常，应及时上报参建各方，由参建各方现场会勘确定处理措施。