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桐子林隧道隧道穿越不良地质地段施工技术中铁四局集团第二工程有限公司1桐子林隧道穿越滑坡、断层、岩溶、暗河等不良地质地段施工技术1、工程概况重庆枢纽遂渝引入线桐子林隧道位于重庆市北碚区，嘉陵江左岸，属低山峡谷地貌，地形起伏较大。隧道起讫里程：DK123＋313～DK125＋743，全长2430m。隧道按时速200km/h进行设计，净空按电气化铁路、双层集装箱限界办理。隧道洞身穿越地层地质条件复杂，施工难度大。全隧施工采取综合物探技术以加强施工中的地质预测预报工作。不良地质有：滑坡、岩溶、暗河、断层。2、隧道穿越滑坡段施工技术2.1、滑坡区围岩结构面特征隧道进口穿越一滑坡群，由四个滑坡组成，该滑坡群总体上为波状起伏的中缓斜坡，地表为堆积体土层滑坡，滑体主要为碎块石土及粉质粘土（含粉土），厚度一般为10～20m，上部最厚达37～41m，中下部最薄处为3.6～6m，与基岩接触带连续夹有1～2m的粉质粘土,构成不均匀的滑带土。滑坡后缘局部表层坍塌，范围长约50ｍ，宽约30ｍ。滑坡群施工前期局部经过整治，但效果较差，有的挡墙已被摧毁，滑坡范围内的民房、院坝均出现不同程度的开裂现象。桐子林隧道进口段从滑坡体前缘下部通过，根据钻孔揭示，线路通过段碎块石土及粉质粘土滑体最大厚度为25ｍ，隧道拱顶覆土厚度最小为15ｍ；通过段下部基岩为泥岩、砂岩及石灰岩互层，主要结构面为构造裂隙面，节理很发育，裂隙面变化大，从平直到粗糙，宽度1～10cm，被粘性土充填。区域水文地质资料显示，滑坡区地下水主要为土层孔隙水及基岩破碎带网状裂隙水和基岩裂隙水，地下水以降雨补给为主，随季节变化大，总体水量较少。桐子林隧道隧道穿越不良地质地段施工技术中铁四局集团第二工程有限公司22.2施工中出现的问题桐子林隧道洞身进口段位于浅埋、偏压、滑坡体区域，施工过程中监控量测一直作为重要工序进行，洞口段监控量测项目主要包括：洞内外观察、净空变化、拱顶下沉、地表下沉等项目。地表下沉量测与洞内净空变化和拱顶下沉量测设在同一横断面，隧道中线及两侧间距2～5m处设地表下沉测点，每个断面设5～7点，检测范围在隧道开挖影响范围外，地表检测点布置如2.2-1图示。地表下沉量测在开挖工作面到达之前，距隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始检测，直到开挖面已经通过、结构封闭、下沉基本停止时为止。进口洞口段施工，在洞口仰坡碎块石土清除后，即进行洞身上下短台阶法开挖，上台掘进25ｍ后，通过对浅埋、偏压、滑坡体区域洞顶裂纹的观察和检查，并对现场地表下沉、中线横向位移资料检查和分析，发现：DK123＋320（距洞口10m）断面中线附近地面最大下沉量达11cm，DK123＋330（距洞口２0m）断面中线附近地面最大下沉量达８cm,以代表断面DK123+320地表沉降历时曲线(图2.2-2)为例,沉降有发展趋势。地表有多道纵横向裂纹，宽度1－5cm不等，分布规律以纵向裂纹为主，裂纹发展总体趋势为：进口仰坡后的横向裂纹土体向洞口方向移动，纵向裂纹土体向下坡方向移动。洞口开挖端墙岩面有滑塌现象。2.3地表裂纹及下沉原因分析及危险性判断洞身开挖后，不仅破坏了岩体原有的三向应力平衡状态，岩体应力重新分布，图2.2-1洞口地表下沉测点布置沉降量（）4#测点2#测点△◆图2.2-2123地表沉降历时曲线3#测点时间(）△△△△△◆◆◆◆◆桐子林隧道隧道穿越不良地质地段施工技术中铁四局集团第二工程有限公司3产生次生应力场，同时伴随应力集中现象出现。如果集中应力小于岩体强度，不产生围岩松动圈，岩体虽有变形出现，但隧道整体处于稳定状态，不存在支护问题；而当集中应力大于岩体强度，岩体发生破坏产生松动圈时，隧道才产生非线性变形，支护强度不足时容易导致隧道失稳。洞口段洞身位于浅埋、偏压、破碎滑坡体滑层中，隧道开挖后随着岩体应力比（岩体应力比岩体强度）的增大，这种情况更为突出，将面临非常严重的隧道稳定性问题。软弱复杂地质条件下集中应力往往大于岩体强度，隧道岩体松散破碎，围岩松动圈非常大，且滑坡体偏压洞身，岩层易产生滑移，围岩自稳能力极差，甚至没有自稳能力，这种非线性变形如不能得到有效控制，隧道就会产生滑塌事故，危害人身安全，或造成衬砌断面尺寸侵限而不能满足使用要求，因而须对洞顶滑坡体进行加固处治。2.4洞口滑坡段处治技术针对桐子林隧道进口洞身穿越滑坡段，开挖过程中地表出现的裂纹问题，经过多方案比较采取如下措施处治：（1）、填缝夯实夯实滑坡体范围内的裂缝周围的土体，裂缝部位采用粘土充填；（2）、加强排水在滑坡体外侧适宜位置开挖截水沟，以排除流向滑坡体的坡面水；（3）、坡面封闭要求先行开挖仰坡部分的滑坡体，再开挖边坡部分的滑坡体。部分卸载的土方反压在边坡坡脚；边仰坡坡体开挖后，采用锚喷（挂25cm×25cm、Ф8mm钢筋网，垂直坡面设Ф22钢筋锚杆锚固到碎石土下基岩中、长500cm、间距150cm×150cm，喷射C20混凝土10cm厚）的方式临时封闭坡面，防止雨水下渗坡体。边仰坡最后采取喷射混合料植草的方式绿化。滑坡体削坡卸载加固如下图2.4-1：桐子林隧道隧道穿越不良地质地段施工技术中铁四局集团第二工程有限公司4（4）、抗滑桩加固坡脚位置隧道开挖轮廓线外侧采用钢管群桩加固型式，如下图2.4-2：1、2号桩由18根Ф95×8mm的钢管组成，3、4、5号桩由13根Ф95×8mm的钢管组成，尺寸为300×200cm。钢管桩在边仰坡削坡完成后施作，人工清除表面浮土，整平表面后钻孔施作。钻孔采用GY-100型工程地质钻机,钻孔直钻孔深度原则上要达到隧道底板下5m，且嵌入基岩不少于3m方可结束钻孔；采用KBY-50/70型注浆泵进行注浆施工，注普通水泥单浆液（C浆），原材料为P.032.5R(早强型)，浆液配比(水灰比W:C)0.6:1～0.8:1,注浆终压3.0MPa，注浆速度5～50L/min。钢管桩桩顶采取钢筋混凝土顶帽加固，如图2.4-3,顶帽加固钢筋采用Ф22mm螺纹钢筋，钢筋与钢筋，钢筋与钢管之间焊接牢固；桩顶1.0m范围采用模注C35混凝土浇筑成整体，其中每桩使用两环加固钢筋，第一环加固钢筋距桩顶25cm，第二环钢筋距桩顶75cm，先施作第二环加固筋，1.0m高度桩帽混凝土整体灌注。（5）、小导管坡面注浆封闭洞身开挖轮廓线两侧，按1：10开挖的端墙位置岩面采取Ф42mm钢小导管锚网喷注浆加固。小导管垂直岩面打入，间距1.5m,错开布置,3.5m深度范围内注浆密实,注浆压力1～1.2MPa；2.4-1桐子林隧道进口洞门纵断面图(单位：)石灰岩砂岩泥岩内轨顶面路肩设计线路基面线分界里程进口里程第一次刷坡线第二次刷坡线1：1.2桐子林隧道隧道穿越不良地质地段施工技术中铁四局集团第二工程有限公司5图2.4-2注浆钢管桩加固平面图（单位：cm）图2.4-3注浆钢管桩加固立面图(单位：cm)（6）、及时回填反压以上措施完成后及时施作洞口台阶式端翼墙，并及时回填端墙后土方进行反压。注：1、本图尺寸以厘米计。2、钢管桩采用钢管群桩的形式，1、2号桩由18根φ95*8的钢管组成，3、4、5号桩由13根φ95*8的钢管组成，尺寸为300*200，具体布置另见详图。3、钢管桩应在边仰坡削坡完成后施作，应先人工清除表面浮土，整平表面后钻孔施作。4、钢管桩的施作位置可根据实际施工方便作适当调整。3#桩隧道中线设计线隧道外轮廓线隧道外轮廓线遂宁重庆5#桩1#桩4#桩2#桩②③①③②①注：括号内数字为3、4、5号桩体加固钢筋用量。99.83(87.61)33.5(29.4)1(1)1(1)25(16)70(90)600(500)1000(1000)Φ22Φ22Φ22总重（）总长（）根数每根长（）直径（）132编号每环钢筋数量表、4、5号桩、2号桩剖面剖面侧面正面模筑砼＋钢筋说明;1、本图为钢管桩桩顶地梁加固设计图，加固钢筋采用直径22螺纹钢筋，钢筋与钢筋，钢筋与钢管之间焊接牢固。2、桩顶1米范围采用模筑砼浇筑成整体，其中每桩使用两环加固钢筋，第一环加固钢筋距桩顶25厘米，第二环钢筋距桩顶75厘米，应先施作第二环加固筋。3、模筑砼采用砼，每桩用量6立方米。桐子林隧道隧道穿越不良地质地段施工技术中铁四局集团第二工程有限公司63、隧道穿越断层破碎带施工技术设计图地质勘探资料显示：干洞子断层位于白庙子断层下盘，为白庙子断层次生逆断层，走向N30º～55Eº，倾向NW，倾角80º，在DK124＋750～DK125＋520段与线路相交，断开地层主要为嘉陵江组，断层上下盘均有显著的拖拉现象，产状紊乱。向NW、SE方向分别延伸800m,与白庙子断层相交。断层破碎带以灰岩为主,夹泥质灰岩及白云岩，岩溶角砾岩，地表见溶洞溶蚀洼地,围岩级别为Ⅴ级，属于物探Ⅰ类异常带；断层破碎带及两侧影响带宽度为30m～50m，洞身开挖易产生洞内坍塌。3.1、加强断层破碎带超前地质预报工作掌子面开挖临近断层破碎影响带之前,加强了超前地质预报工作。采取了无孔物探、浅孔超前水平钻孔及隧底地质钻机取芯物探相结合的三种方法，准确探明地质情况，并制定了相应的技术措施及安全措施，使隧道施工安全、顺利地通过断层破碎带。3.1.1、无孔SIR-10B型地质雷达物探隧道由出口开挖至DK125＋520里程，向前进入干洞子断层影响带，施工过程中对开挖面前方多次采用SIR-10B型地质雷达物探。通过对接收的反射波进行分析推断地质水文情况，准确探测到暗河、溶洞大厅位置；隧道开挖至DK124＋800处时，岩溶充填物段全部结束，与预报结果相差仅1.2m。3.1.2、超前水平浅孔钻探在桐子林隧道断层破碎带施工中，利用隧道开挖面的炮眼孔和超前探水孔的钻进情况来预报前方围岩的地质情况，其操作方便，对前方围岩可直接判断，在实际运用中较多采用。根据实际情况钻孔深度一般为几米到十几米。根据炮孔在钻进过程中的钻进时间、压力、速度、冲洗液的颜色、冲洗液的成分、以及钻进过程中的卡钻、跳桐子林隧道隧道穿越不良地质地段施工技术中铁四局集团第二工程有限公司7钻等情况，结合施工前地质调查所掌握的地质条件等进行判断。在施工到DK125＋500～DK124＋875段时，经常遇到卡钻现象，由此可推断此处为断层地带且岩体破碎。自DK124＋875里程开始,在炮眼钻进过程中出现钻进速度快、钻进时间短而且钻孔出水混浊，说明钻进过程中遇到了断层且夹有泥土；于是采用MK-5型钻机打设超前Ф90探水孔，孔内有股状水涌出，预测开挖可能出现涌水涌泥现象。3.2、施工技术措施洞身开挖后，现场地质实际情况揭示如下：（1）、DK125＋500～DK125＋185，DK124＋996～DK124＋875出口端向进口方向开挖，实际地质情况与设计勘探资料基本相符，围岩破碎，碎石夹土。（2）、隧道在DK125＋185～DK125＋040段，岩溶暗河地下水发育，隧道开挖时多处揭露地下水出水点，而且水量大，岩溶暗河与地表连通。（3）、溶洞分布在DK125＋040～DK124＋996段，隧道斜穿溶洞长约50m。溶洞宽20～25m，高12～20m，岩溶暗河水流方向由线路左侧向右侧进入一条窄小通道，下面为一水坑。整个溶洞顺线路两端窄小，中间宽大，形成一个长150m的岩溶大厅；溶洞内发育有石笋、石柱，洞内充填有中～粉细砂，地质钻机取芯物探揭示厚约2～8m。（4）、自DK124＋875里程起,开挖过程中边墙、拱部存在规模不同的小溶洞，溶洞向下延伸至隧底，溶洞内充填黄褐色软塑粘土夹少量碎块石，超前钻孔，水由孔内流出，开挖面总渗水量达3L/S。3.2.1断层破碎、碎石夹土地段施工(1)、超前支护与开挖断层破碎带、碎石夹土地段采取上下微台阶法施工，拱部150º范围内，采取超前注浆小导管支护。小导管为Ф42×3.5mm热轧钢管桩桩顶采取钢筋混凝土顶帽加固，如图2.4-3,顶帽加固钢筋采用Ф22mm螺纹钢筋，钢筋与钢筋，钢筋与钢管桐子林隧道隧道穿越不良地质地段施工技术中铁四局集团第二工程有限公司8之间焊接牢固；桩顶1.0m范围采用模注C35混凝无缝钢管，长4m，在钢管尾端1m范围外钻Ф6mm压浆孔。根据地质