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（新乡市公路管理局 河南 新乡 453000）
【摘 要】河南省辉县市S229干线公路向阳隧道地质条件极差，施工过程中出现了拱顶坍塌、拱脚与洞空腔走向平行、初期支护变形侵入二次衬砌范围等多种病害。文中结合施工对各种病害的处治作了介绍。
【键词】不良地质；隧道病害；施工方法
Highway tunnel greatly fixs engineering the disease harm to manage a method under the bad geology condition
Zhu Chun-yu
(Xinxiang city highway bureau Xinxiang Henan 453000)
【Abstract】Hui county in Henan S229 trunk line highway facing the sun condition of the tunnel geology very differ, start construction in the process appeared a dome collapse fall, arch feet and hole cavity alignment parallelism, in the early years paid protect transform invaded two carved scope etc. various diseases harmed. Combine a construction to harm to various disease in the text of settling and making introduction.
【Key words】Bad geology; Tunnel disease harm; Construction method
向阳隧道位于省道三原线上，总长1400m，该隧道于1973年凿通，无衬砌、断面尺寸达不到二级公路要求，地质条件差，病害多，2008年1月新乡市公路局确定对该隧道进行大修，大修后达到公路二级标准要求，本人结合工程施工，对施工中遇到的病害处理方法作一介绍。
1. 向阳隧道工程概况
1.1 地层和岩性。
向阳隧道所处底层，经实地踏勘与原隧道揭露情况表明主要为钙质和硅质胶结中料砂岩，含云母，呈肉红色，层理清晰，属陆相沉积。
1.2 地质构造
1.2.1 构造断裂。据洞内勘查，区内无大的构造断裂，但局部小型断层密集，较小断层宽度仅为几十厘米，无填充物；较大断层达十米左右，其内岩石破碎加有泥土，再出漏地下水的长期作用下，成为高置危石，小型坍方随时可能发生。断层走向与隧道轴线接近垂直，倾角约为70°。
1.2.2 节理裂隙。岩层中主要发育水平节理，垂直节理次之，节理间距一般小于20厘米左右。
1.3 水文地质。隧道通过地段地下水的补给主要是降水漏渗补给，地下水储存在岩石缝隙中，并以地下径流形成向两侧沟谷排泄。地下水滞留于基岩空隙，为无压水；隧道出露水具有季节性规律。地下水对混凝土无腐蚀性。
1.4 不良地质。隧道通过地段主要有以下不良地质：(1)洞口坡面经原施工扰动，坡陡且岩石松动，再次开挖可能引起浮石滚落，危及施工安全。(2)隧道内断层19处，有些断层破碎带呈现土加石，稳定性差，施工中易出现坍塌，需根据现场围岩变化情况，及时采取加固措施。
2. 隧道施工情况
向阳隧道从2008年4月开始掘进，计划2008年12月底完成隧道的主体工程。从施工的结果来看，实际地质情况比设计探测的地质情况要差很多，类似Ⅱ类和Ⅲ类围岩原设计长341m，实际389m，增加47m。而稳定性、整体性较好的围岩减少，尤其是中部地质更加复杂，洞周围岩体无任何支护，结构不稳定，遇到爆破、振动极易坍塌。
在这样的地质条件下，隧道施工主要遇到了以下病害：(1)拱顶部位塌后形成一定空腔；(2)断层空腔与拱边墙、拱脚平行；(3)拱顶坍塌，地表凹陷、开裂；(4)初期支护变形侵入二次衬砌范围；(5)二次衬砌开裂。
3.病害的原因和处理方法
3.1 掌子面坍塌。掌子面坍塌的主要原因是地质条件太差，围岩软弱，一经爆破振动就坍塌，主观原因是施工方法不当，不宜大爆破，开挖面不宜太宽。
对这种情况采用了如下处理方法：
(1）注浆超前锚杆4m，每根间距50cm，每环搭接100cm，再进行掘进。
(2）对已成形的断面及时进行初期支护。初期支护用16号工字钢架，每隔0．5～1．0m设置一榀，工字钢之间用20钢筋连接。分二次喷射20号水泥混凝土，使厚度达到20cm。
(3）对工作面的松散体和临时支护外侧的围岩，采用注浆加固，使松散体形成具有一定强度的大体积固结体；临时支护外侧形成一环形加固圈，缓解对衬砌支护压力。注浆材料用水泥浆，水泥标号宜用425号以上。浆液水灰比可根据现场情况进行调整，一般水灰比为0．5：1～2：1。注浆开始时水灰比可稍大，而后逐渐变小。
(4）注浆后2d可开始掘进开挖。开挖时不准进行大爆破，采用小药量光面爆破。
3．2 隧道顶部空穴或坍塌后形成一定空腔的处理方法 ：(1)对坍塌面进行挂网喷浆，以防坍塌面扩大。(2)对于沿纵向小于2m的小型空洞，设置超前小导管注浆或自钻式注浆锚杆注浆与钢架组成联合支护体系，然后用人工步步为营，开挖管棚下方土体，并立即打径向锚杆、挂网、钢架安装、喷混凝土进行封闭。(3)对于沿纵向大于2m的较大空洞，沿隧道纵向开挖轮廓线外20cm打入108mm的无缝钢管及轻轨，与钢架共同组成支护体系，钢管及轻轨环向间距40cm，并深入空洞前方围岩不少于2m，与钢架一起在空洞下方建立一个承载棚；在其防护下进行隧道开挖，开挖深度每次不超过0.6m。(4)在承载棚上方的空腔用浆砌片石填充密实，以防再次塌方损坏支护体系。 (5)挂网、喷20 cm厚的20号混凝土。 (6)铺设PVC防水卷材，在防水卷材靠围岩一侧用50软式透水盲管把水引流至侧沟。 (7)提前进行二次衬砌施作，主筋加大规格为22。 (8)对空腔内的填充均进行注浆固结。固浆宜用细砂拌制的水泥浆，水泥标号不应低于42.5号，水灰比现场调整。
3.3 空洞空腔和拱边墙与拱脚平行的处理方法。(1)用先拱后墙法施工，拱脚碰到空洞空腔时，先用浆砌片石填满空腔，并先注浆填充空隙，保证拱脚初期支护钢拱架和二次衬砌拱脚落到实处。
(2)开挖边墙时，采用挖平井方式进行，应保留核心土，以防拱部下沉时，立即恢复拱架支撑。同侧开挖的长度不应大于1.5m，分段的位置应在拱部二次衬砌工作段的中部，不得在拱部的施工缝处；拱脚挖开后增加临时支撑。
(3)拱边墙初期支护的钢架在边墙开挖后，必须延长至边墙底部，顶部应与拱部钢支撑对接。
(4)支护范围外的空腔用浆砌片石填筑，注浆应密实。
3．4 拱顶坍塌。隧道处于围岩断层上，采用了以下处理方法：
(1)加快二次衬砌和边墙、拱顶施工，使之成为封闭结构，改善衬砌的受力状态。
(2)对地面开裂的裂缝用5号浆砌片石填塞，10号砂浆勾缝或抹面。
处理结果令人满意，至今没有发现再下沉或开裂现象。
3.5 初期支护变形侵入二次衬砌的处理。
向阳隧道初期支护1个月后，在隧道左侧离拱顶1/4拱高处出现混凝土块脱落、格栅钢架变形，变形后的初期支护局部侵入二次衬砌范围内10cm。该段的初期支护为锚杆、钢筋网、格栅钢架、喷混凝土和模筑混凝土，其中模筑混凝土占绝大部分，变形主要集中在该段已设格栅钢架的模筑混凝土支护地段。
3.5.1 初期支护变形的原因。
（1）地质条件差。该段位于断层处，从隧道开挖揭露的地质情况看，隧道左侧围岩松散、破碎，稳定性差，地下水较丰富，而右侧围岩相对完整。隧道左侧松散、破碎的围岩对初期支护产生较大的围岩压力。
（2）洞顶空洞和施工塌方的影响。在隧道开挖施工过程中，对拱部空洞岩体产生扰动，扰动后的围岩在连续雨天的影响下失稳，从而对隧道初期支护产生较大的压力和冲击。施工中又发生塌方，塌腔内填不密实，使围岩应力分布不均匀，导致初期支护局部变形。
（3）初期支护结构形式不妥当。该段初期支护大部分采用30～40 cm模筑混凝土。由于模筑混凝土初期支护刚度较大，阻止了围岩应力的进一步释放，使围岩在混凝土区产生局部弯拉应力，由于没有布设钢筋网，导致素混凝土区变形开裂。
3.5.2 处理方法。(1)在初期支护变形严重的位置布设16号工字钢钢架，间距0.5m，纵向用22钢筋连接，间距1.2 m，防止变形进一步发展。
(2)在二次衬砌前对初期支护外侧的围岩、空洞注浆加固。注浆范围为支护外侧1.5m，注浆孔间距为1Xlm，梅花形布置。其目的是在初期支护外侧形成一个环形承载拱，以减轻衬砌支护压力，同时缓冲煤洞、塌腔再次塌方对衬砌的冲击。
(3)对侵入二次衬砌范围内的初期支护予以凿除，满足二次衬砌的厚度。在初期支护变形严重位置增设工字型钢架浇筑在二次衬砌混凝土中。
3.6 二次衬砌开裂的处理。
向阳隧道在二次衬砌完成后，发现在两侧拱腰内侧出现纵向裂缝，为拉裂性裂缝。
3.6.1 开裂原因。(1)工程水文地质条件差。岩体节理裂隙杂乱，围岩稳定性差，易坍塌。
(2)施工方法不妥当。由于经常塌方，施工困难，爆破作业的冲击力，使刚完成的衬砌混凝土在初凝阶段强度较低时，产生隐性裂缝。
(3)该段衬砌未配筋，而素混凝土抗拉强度低，当围岩压力较大时，产生了拉应力使衬砌出现裂缝。
3.6.2 处理方法。
(1)隧道衬砌内侧，每隔1．0m设置一榀16号工字钢钢架加强支护，以防止衬砌继续开裂，并确保下步整治时的安全。
(2)对衬砌外侧围岩、回填物进行注浆加固。注浆范围为衬砌外缘2.0m，注浆材料可用水泥砂浆，水泥标号应为42.5号以上，水灰比0.5：l～2：1。为克服水泥浆液可灌性差，凝结时间长且不易控制及浆液早期强度低等缺点，在水泥浆液中加入速凝剂和早强剂。
(3)整段注浆完成后，利用物探方法无破损检测注浆加固圈的密度。如达不到注浆厚度和有空腔应补孔并补注浆。
(4)调整施工工序计划，注浆完成后的7d，分段安排拱的施工，以尽早形成封闭结构，改善结构受力状况。
4. 值得总结的问题
(1)地质调查深度不够，误差大，造成设计、施工准备都不足。
(2)轻估了向阳隧道因地质条件差可能出现的问题。没有采用自钻式注浆锚杆和超前管棚进行预加固处理。
(3)施工方法不当，在经常塌方的情况下，采用初期模注混凝土取代喷锚混凝土。其原因是没有正确领会施工及时同围岩紧密贴合的喷混凝土是新奥法保护和调动围岩自承能力形成理想支护形式的最主要的特征。因此，模注地段无法及时加固、密贴围岩，导致围岩应力作用于初期模注混凝土上，引发初期支护变形就成为必然。
参考文献
［1］ JTGD70－2004,公路隧道设计规范［s］.
［2］ JTJ042-94，公路隧道施工技术规范［s］.
［3］ 关宝树，隧道维修管理要点集［M］.北京：人民交通出版社，2004.
【摘 要】河南省辉县市S229干线公路向阳隧道地质条件极差，施工过程中出现了拱顶坍塌、拱脚与洞空腔走向平行、初期支护变形侵入二次衬砌范围等多种病害。文中结合施工对各种病害的处治作了介绍。
【键词】不良地质；隧道病害；施工方法
Highway tunnel greatly fixs engineering the disease harm to manage a method under the bad geology condition
Zhu Chun-yu
(Xinxiang city highway bureau Xinxiang Henan 453000)
【Abstract】Hui county in Henan S229 trunk line highway facing the sun condition of the tunnel geology very differ, start construction in the process appeared a dome collapse fall, arch feet and hole cavity alignment parallelism, in the early years paid protect transform invaded two carved scope etc. various diseases harmed. Combine a construction to harm to various disease in the text of settling and making introduction.
【Key words】Bad geology; Tunnel disease harm; Construction method
向阳隧道位于省道三原线上，总长1400m，该隧道于1973年凿通，无衬砌、断面尺寸达不到二级公路要求，地质条件差，病害多，2008年1月新乡市公路局确定对该隧道进行大修，大修后达到公路二级标准要求，本人结合工程施工，对施工中遇到的病害处理方法作一介绍。
1. 向阳隧道工程概况
1.1 地层和岩性。
向阳隧道所处底层，经实地踏勘与原隧道揭露情况表明主要为钙质和硅质胶结中料砂岩，含云母，呈肉红色，层理清晰，属陆相沉积。
1.2 地质构造
1.2.1 构造断裂。据洞内勘查，区内无大的构造断裂，但局部小型断层密集，较小断层宽度仅为几十厘米，无填充物；较大断层达十米左右，其内岩石破碎加有泥土，再出漏地下水的长期作用下，成为高置危石，小型坍方随时可能发生。断层走向与隧道轴线接近垂直，倾角约为70°。
1.2.2 节理裂隙。岩层中主要发育水平节理，垂直节理次之，节理间距一般小于20厘米左右。
1.3 水文地质。隧道通过地段地下水的补给主要是降水漏渗补给，地下水储存在岩石缝隙中，并以地下径流形成向两侧沟谷排泄。地下水滞留于基岩空隙，为无压水；隧道出露水具有季节性规律。地下水对混凝土无腐蚀性。
1.4 不良地质。隧道通过地段主要有以下不良地质：(1)洞口坡面经原施工扰动，坡陡且岩石松动，再次开挖可能引起浮石滚落，危及施工安全。(2)隧道内断层19处，有些断层破碎带呈现土加石，稳定性差，施工中易出现坍塌，需根据现场围岩变化情况，及时采取加固措施。
2. 隧道施工情况
向阳隧道从2008年4月开始掘进，计划2008年12月底完成隧道的主体工程。从施工的结果来看，实际地质情况比设计探测的地质情况要差很多，类似Ⅱ类和Ⅲ类围岩原设计长341m，实际389m，增加47m。而稳定性、整体性较好的围岩减少，尤其是中部地质更加复杂，洞周围岩体无任何支护，结构不稳定，遇到爆破、振动极易坍塌。
在这样的地质条件下，隧道施工主要遇到了以下病害：(1)拱顶部位塌后形成一定空腔；(2)断层空腔与拱边墙、拱脚平行；(3)拱顶坍塌，地表凹陷、开裂；(4)初期支护变形侵入二次衬砌范围；(5)二次衬砌开裂。
3.病害的原因和处理方法
3.1 掌子面坍塌。掌子面坍塌的主要原因是地质条件太差，围岩软弱，一经爆破振动就坍塌，主观原因是施工方法不当，不宜大爆破，开挖面不宜太宽。
对这种情况采用了如下处理方法：
(1）注浆超前锚杆4m，每根间距50cm，每环搭接100cm，再进行掘进。
(2）对已成形的断面及时进行初期支护。初期支护用16号工字钢架，每隔0．5～1．0m设置一榀，工字钢之间用20钢筋连接。分二次喷射20号水泥混凝土，使厚度达到20cm。
(3）对工作面的松散体和临时支护外侧的围岩，采用注浆加固，使松散体形成具有一定强度的大体积固结体；临时支护外侧形成一环形加固圈，缓解对衬砌支护压力。注浆材料用水泥浆，水泥标号宜用425号以上。浆液水灰比可根据现场情况进行调整，一般水灰比为0．5：1～2：1。注浆开始时水灰比可稍大，而后逐渐变小。
(4）注浆后2d可开始掘进开挖。开挖时不准进行大爆破，采用小药量光面爆破。
3．2 隧道顶部空穴或坍塌后形成一定空腔的处理方法 ：(1)对坍塌面进行挂网喷浆，以防坍塌面扩大。(2)对于沿纵向小于2m的小型空洞，设置超前小导管注浆或自钻式注浆锚杆注浆与钢架组成联合支护体系，然后用人工步步为营，开挖管棚下方土体，并立即打径向锚杆、挂网、钢架安装、喷混凝土进行封闭。(3)对于沿纵向大于2m的较大空洞，沿隧道纵向开挖轮廓线外20cm打入108mm的无缝钢管及轻轨，与钢架共同组成支护体系，钢管及轻轨环向间距40cm，并深入空洞前方围岩不少于2m，与钢架一起在空洞下方建立一个承载棚；在其防护下进行隧道开挖，开挖深度每次不超过0.6m。(4)在承载棚上方的空腔用浆砌片石填充密实，以防再次塌方损坏支护体系。 (5)挂网、喷20 cm厚的20号混凝土。 (6)铺设PVC防水卷材，在防水卷材靠围岩一侧用50软式透水盲管把水引流至侧沟。 (7)提前进行二次衬砌施作，主筋加大规格为22。 (8)对空腔内的填充均进行注浆固结。固浆宜用细砂拌制的水泥浆，水泥标号不应低于42.5号，水灰比现场调整。
3.3 空洞空腔和拱边墙与拱脚平行的处理方法。(1)用先拱后墙法施工，拱脚碰到空洞空腔时，先用浆砌片石填满空腔，并先注浆填充空隙，保证拱脚初期支护钢拱架和二次衬砌拱脚落到实处。
(2)开挖边墙时，采用挖平井方式进行，应保留核心土，以防拱部下沉时，立即恢复拱架支撑。同侧开挖的长度不应大于1.5m，分段的位置应在拱部二次衬砌工作段的中部，不得在拱部的施工缝处；拱脚挖开后增加临时支撑。
(3)拱边墙初期支护的钢架在边墙开挖后，必须延长至边墙底部，顶部应与拱部钢支撑对接。
(4)支护范围外的空腔用浆砌片石填筑，注浆应密实。
3．4 拱顶坍塌。隧道处于围岩断层上，采用了以下处理方法：
(1)加快二次衬砌和边墙、拱顶施工，使之成为封闭结构，改善衬砌的受力状态。
(2)对地面开裂的裂缝用5号浆砌片石填塞，10号砂浆勾缝或抹面。
处理结果令人满意，至今没有发现再下沉或开裂现象。
3.5 初期支护变形侵入二次衬砌的处理。
向阳隧道初期支护1个月后，在隧道左侧离拱顶1/4拱高处出现混凝土块脱落、格栅钢架变形，变形后的初期支护局部侵入二次衬砌范围内10cm。该段的初期支护为锚杆、钢筋网、格栅钢架、喷混凝土和模筑混凝土，其中模筑混凝土占绝大部分，变形主要集中在该段已设格栅钢架的模筑混凝土支护地段。
3.5.1 初期支护变形的原因。
（1）地质条件差。该段位于断层处，从隧道开挖揭露的地质情况看，隧道左侧围岩松散、破碎，稳定性差，地下水较丰富，而右侧围岩相对完整。隧道左侧松散、破碎的围岩对初期支护产生较大的围岩压力。
（2）洞顶空洞和施工塌方的影响。在隧道开挖施工过程中，对拱部空洞岩体产生扰动，扰动后的围岩在连续雨天的影响下失稳，从而对隧道初期支护产生较大的压力和冲击。施工中又发生塌方，塌腔内填不密实，使围岩应力分布不均匀，导致初期支护局部变形。
（3）初期支护结构形式不妥当。该段初期支护大部分采用30～40 cm模筑混凝土。由于模筑混凝土初期支护刚度较大，阻止了围岩应力的进一步释放，使围岩在混凝土区产生局部弯拉应力，由于没有布设钢筋网，导致素混凝土区变形开裂。
3.5.2 处理方法。(1)在初期支护变形严重的位置布设16号工字钢钢架，间距0.5m，纵向用22钢筋连接，间距1.2 m，防止变形进一步发展。
(2)在二次衬砌前对初期支护外侧的围岩、空洞注浆加固。注浆范围为支护外侧1.5m，注浆孔间距为1Xlm，梅花形布置。其目的是在初期支护外侧形成一个环形承载拱，以减轻衬砌支护压力，同时缓冲煤洞、塌腔再次塌方对衬砌的冲击。
(3)对侵入二次衬砌范围内的初期支护予以凿除，满足二次衬砌的厚度。在初期支护变形严重位置增设工字型钢架浇筑在二次衬砌混凝土中。
3.6 二次衬砌开裂的处理。
向阳隧道在二次衬砌完成后，发现在两侧拱腰内侧出现纵向裂缝，为拉裂性裂缝。
3.6.1 开裂原因。(1)工程水文地质条件差。岩体节理裂隙杂乱，围岩稳定性差，易坍塌。
(2)施工方法不妥当。由于经常塌方，施工困难，爆破作业的冲击力，使刚完成的衬砌混凝土在初凝阶段强度较低时，产生隐性裂缝。
(3)该段衬砌未配筋，而素混凝土抗拉强度低，当围岩压力较大时，产生了拉应力使衬砌出现裂缝。
3.6.2 处理方法。
(1)隧道衬砌内侧，每隔1．0m设置一榀16号工字钢钢架加强支护，以防止衬砌继续开裂，并确保下步整治时的安全。
(2)对衬砌外侧围岩、回填物进行注浆加固。注浆范围为衬砌外缘2.0m，注浆材料可用水泥砂浆，水泥标号应为42.5号以上，水灰比0.5：l～2：1。为克服水泥浆液可灌性差，凝结时间长且不易控制及浆液早期强度低等缺点，在水泥浆液中加入速凝剂和早强剂。
(3)整段注浆完成后，利用物探方法无破损检测注浆加固圈的密度。如达不到注浆厚度和有空腔应补孔并补注浆。
(4)调整施工工序计划，注浆完成后的7d，分段安排拱的施工，以尽早形成封闭结构，改善结构受力状况。
4. 值得总结的问题
(1)地质调查深度不够，误差大，造成设计、施工准备都不足。
(2)轻估了向阳隧道因地质条件差可能出现的问题。没有采用自钻式注浆锚杆和超前管棚进行预加固处理。
(3)施工方法不当，在经常塌方的情况下，采用初期模注混凝土取代喷锚混凝土。其原因是没有正确领会施工及时同围岩紧密贴合的喷混凝土是新奥法保护和调动围岩自承能力形成理想支护形式的最主要的特征。因此，模注地段无法及时加固、密贴围岩，导致围岩应力作用于初期模注混凝土上，引发初期支护变形就成为必然。
参考文献
［1］ JTGD70－2004,公路隧道设计规范［s］.
［2］ JTJ042-94，公路隧道施工技术规范［s］.
［3］ 关宝树，隧道维修管理要点集［M］.北京：人民交通出版社，2004.