下车亭隧洞出口段不良地质条件分析及处理措施

摘要：下车亭隧洞为南水北调中线京石段工程大型输水建筑物之一，出口段地质条件复杂，岩体风化严重，宽大裂隙发育，多被红粘土充填，出现风化深槽，出口洞脸垂直边坡稳定性较差。通过攻克洞口围岩“半岩半土”进洞技术难题，保证了隧洞工程的安全。这些技术难题的解决，为复杂地质条件下隧洞工程的建设提供了借鉴和参考。

关键词：隧洞出口;边坡;地质条件;支护;措施

中图分类号：P642 文献标识码：A 文章编号：1672-9900（2011）05-0085-03

1 工程概况

下车亭隧洞桩号为208+818.4～209+678.4，全长860m，其中进口段桩号208+818.4 ～208+888.4，长70m。洞身段桩号208+888.4～209+593.4，长705m。出口段桩号209+593.4～209+678.4，长85m。

隧洞设计型式为双线马蹄型无压输水洞, 洞线方向NE50°11′，洞径6.6m×6.6m，两洞间距16m。洞身为无压流马蹄型断面，采用钢筋混凝土全断面衬砌。设计进口底高程56.794m，出口底高程56.721m，设计流量60m3/s，加大流量70m3/s。

隧洞出口段开挖分三级马道布置，一级马道高程62.852m，二级马道高程74.952m，三级马道高程86.952m，出口段洞脸上部直墙顶部高程为69.052m，一级马道以下边坡为1∶0.5，基坑其它边坡为1∶1.5，出口底板高程为56.015m。

隧洞出口初步设计阶段洞脸均为强风化及弱风化白云岩，围岩类别为Ⅳ类，基坑开挖后，发现白云岩岩面起伏较大，宽大裂隙发育并充填红粘土，地质条件恶化严重。

2 地质条件

2.1 地形地貌

本区属太行山东麓与华北平原过渡地带的丘陵区，隧洞穿过的西武山为一条走向NW～SE山脉的近末端，山顶高程160.0～170.0m，出口为坎状梯田，地面高程65.0～70.0m。

2.2 地层岩性

出口基坑为土岩双层结构。表层为黄土状壤土(al+plQ32)，其下为页岩(Qnx)及含燧石条带白云岩(Jxt)。

2.3 地质构造

2.3.1断层

下车亭隧洞出现的断层较多，对出口有影响的主要为f6断层。该断层上盘为青白口系下马岭组（Qnx）灰黄色、灰黑色、紫红色页岩，厚2～16m，下盘岩性为蓟县系铁岭组（Jxt ）青灰色含燧石条带白云岩,f6断层基本上沿页岩与白云岩之间的界面发育，波状起伏较大，f6断层造成上盘页岩产状不稳，变化较大，下盘白云岩的完整性也受到影响，白云岩面出露高程变化较大，出现大的风化深槽及较抗大裂隙夹泥。洞室处为弱风化含燧石条带白云岩，白云岩与页岩界面高程在70m高程左右，洞室上覆弱风化围岩不足一倍洞径，岩层走向NW315°，倾NE∠20°～30°，产状极为不稳，地下水活动微弱。

2.3.2节理及裂隙

受f6断层影响，出口基坑岩石节理、裂隙发育，岩石破碎，且规律性较差，隐节理极为发育，裂隙宽大，产状不明显，多被红粘土充填。

2.4 水文地质条件

地下水类型主要为基岩裂隙水，埋深较大，基坑开挖施工为干场地作业。

3 工程地质条件

3.1 边坡地质条件分析

隧洞出口地层结构为岩体单一结构，上部为全强风化页岩，灰黄色，灰黑色、紫红等色，岩石风化严重，岩体破碎，多呈碎片夹粘土状，软弱，强度较低，底板分布高程68～91m，岩面起伏较大，但总体走向自出口向上游逐渐抬升，沿横剖面方向在总干渠左侧15m范围内该层面相对较低，局部出露在68m高程以下；下部为铁岭组白云岩，大部分为弱风化，岩体强度较高，但节理裂隙发育，特别是大的高角度裂隙发育，裂隙宽度较大，推测宽度局部3～5m，裂隙内充填红粘土及全强风化页岩。上部下马岭组页岩与下部铁岭组白云岩为f6断层接触，f6断层沿层面展布，断层角砾岩宽度为0.2～2m不等，断层带内为红粘土夹页岩及少量白云岩。

出口洞脸直墙69.0m高程以下，距建筑物中心线两侧宽约15m范围内，为f6断层及红粘土夹碎石，与原预计的弱风化白云岩岩石界线变化很大，从而影响到洞脸部位边坡稳定，也影响到左洞的进洞。

3.2 左洞成洞条件分析

隧洞出口边坡地层结构为岩体单一结构，上部为全强风化页岩，灰黄色，、灰黑色、紫红等色，岩石风化严重，岩体破碎，多呈碎片夹粘土状，软弱，强度较低，底板分布高程68m左右；中部为f6断层，断层宽度1～2m，断层下部为5～8m的红粘土及粘土碎石；下部为铁岭组白云岩，大部分为弱风化，岩体强度较高。

从剖面分析，左洞左侧全部为白云岩，洞轴线右侧侧墙及拱脚以粘土及粘土碎石为主，底板为白云岩，在进洞8.5m左右洞室全部为白云岩。

3.3 右洞成洞条件分析

隧洞出口边坡地层结构为岩体单一结构，上部为全强风化页岩，为灰黄色、灰黑色、紫红色等，岩石风化严重，岩体破碎，多呈碎片夹粘土状，软弱，强度较低，底板分布高程71m左右；中部为f6断层，断层宽度0.2～1m，断层下部为薄层红粘土及粘土碎石；下部为铁岭组白云岩，推测强风化底板达洞底板以上1～2m，其下部弱风化岩体强度较高。进洞后5～7m洞室内岩石全部为弱风化白云岩。

4 隧洞出口洞脸地质缺陷及处理

4.1 出口洞脸地质缺陷

下车亭隧洞出口地层结构为岩体单一结构，上部为全强风化页岩，为灰黄色、灰黑色、紫红色等，岩石风化严重，岩体破碎，多呈碎片夹粘土状，软弱，强度较低。下部为铁岭组白云岩，大部分为弱风化，岩体强度较高，但节理裂隙发育，特别是大的高角度裂隙发育，裂隙宽度较大。上部下马岭组页岩与下部铁岭组白云岩为f6断层接触，f6断层沿层面展布，断层角砾岩宽度为0.2～2m不等，断层带内为红粘土夹页岩及少量白云岩。

由于边坡开挖爆破控制措施不力，边坡坡面深坑较多使用弃渣回填，故在隧洞出口边坡二级马道及三级马道附近发现4条裂缝，延伸长度3～8m，宽度2～3mm，多数为沿岩层层面发展。

左洞出口洞脸从剖面分析，左侧全部为白云岩，右侧拱脚以上为粘土夹碎石，底部为白云岩。洞口为半土半岩结构。

4.2 处理措施

4.2.1边坡处理措施

对出口二级马道以下洞脸垂直边坡，中部19.2m的范围采用土钉墙加固处理，土钉墙结构布置采用上面3排土钉的长度为12m，以下2排为9m，共设置5排（局部3排和4排），土钉水平和竖向间距均为120cm。土钉向下倾斜5°。土钉钻孔孔径为108mm，孔深12m和9m。土钉钉材采用Ⅱ级钢筋（20MnSi），钢筋直径￠28。钉孔注浆材料采用M30水泥砂浆，水灰比为0.45～0.5，水泥和砂重量比为1∶1～1∶2，并加入10％UEA膨胀剂。注浆采用孔底注浆法，注浆压力为0.1～0.2MPa。由于在隧洞出口洞脸垂直边坡在加固施工过程中全风化页岩段出现了塌方，塌方左边界距离渠道中心线4～5m，右边界距离渠道中心线5～6m，纵向1～2m，深3～4m。塌方周围有较多松散岩体。清除塌方周围松散岩体，挂网喷混凝土10cm。加密加固方案中的槽钢，在横、竖槽钢中加入混凝土预制板，使槽钢、混凝土预制板及土层锚杆构成土钉墙。塌方缺口回填壤土并压实至开挖面并复喷混凝土覆盖预制混凝土板及槽钢。

4.2.2左洞出口处理措施

左洞从剖面分析，左侧全部为白云岩，右侧拱脚以上为粘土夹碎石，底部为白云岩。预测在进洞8.5m左右洞室全部为白云岩。根据半土半岩结构，为保证顺利进洞，对出口左洞口采用了长10m、环向间距为40cm的￠75管棚和钢架、喷锚联合支护进行加固处理。

管棚支护的导管沿洞身拱顶轮廓线布置，管心与设计开挖外廓线间距为30cm，其环向间距40cm，上仰角1°～2°。导管采用热轧无缝钢管，外径￠=75mm，壁厚t=5mm，长10m。导管分段安装，两段之间采用对焊或丝扣连接，丝扣长度不小于15cm。相邻导管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻导管接头至少错开1m。导管上钻设注浆孔，孔径覫10mm，孔距：环向10cm、纵向40cm，呈梅花形布置，导管尾部留有不钻孔的止浆段。

洞口采取短进尺分部开挖并及时支护，并保证右侧钢架底部坐落在基岩或混凝土基础上。

右洞洞脸为弱风化白云岩，仍按原设计方案进洞。

5 结语

下车亭隧洞相对地质条件较差，在施工中发现了出口地质条件严重恶化，出现了风化深槽及宽大裂隙夹泥，针对这些地质缺陷采取了加固处理措施，如左洞洞脸半土半岩的地质条件下采取了土钉墙固坡、采用槽钢的加强措施保证边墙稳定，特别是加强拱脚稳定性（挖除软弱土岩换填混凝土）等一系列综合措施，取得了较好的效果，确保了隧洞的安全。经过近4a的通水运行，证明所采取的措施是合理有效的。这些处理措施为今后类似工程遭遇相同地质条件加固处理提供了宝贵经验。

参考文献：

［1］闫莫明，徐祯祥，苏自约.岩土锚固技术手册［K］.北京.人民交通出版社，2004.

［2］工程地质手册（第三版）［K］.北京：中国建筑工业出版社.1992.

［3］水利部河北水利水电勘测设计研究院.下车亭隧洞初步设计报告［R］.2003.

［4］GB50287—99，水利水电工程工地质勘察规范［S］.

［5］SL279—2002，水工隧洞设计规范［S］.

［6］GB50330—2002，建筑边坡工程技术规范［S］.

［作者简介］李增平（1966—），男（汉族），河北定州人，高级工程师，主要从事水利水电工程勘察、岩土工程工作。