广西北投交通养护科技集团有限公司 广西南宁 530029
摘要：广西炭质岩具有强崩解性、高初始强度、软化泥化性、低CBR指标、环境敏感性以及干湿交替后稳定性较差等特殊工程性质。炭质岩在干湿循环作用下易发生崩解泥化，造成土体强度降低，从而导致土工结构产生较大变形。通过对侧岭隧道开展病害调查得出衬砌拱脚水平约束力不足、隧底超挖量超限以及回填土质量欠佳是导致隧道发生损坏的主要原因，在此基础上给出了隧道维修与加固的综合处治措施，研究内容可为同类型隧道工程病害的处治研究提供解决方案。
关键词：炭质岩；隧道病害；超挖；崩解软化；病害处治
1 引言
炭质岩主要属于一种变质岩，在成岩阶段会形成不同的岩石类型，较典型的有炭质泥岩、炭质页岩。而炭质泥岩主要指的是煤系地层当中介于普通泥岩和煤岩之间的岩，依据我国目前对煤系烃源岩评价的判别标准，通常把TOC总有机质碳在6%至40%之间的岩划分为炭质泥岩。类似的，炭质页岩属于泥质岩中的页岩一类[1]，通常包含有一些植物化石，同样也与其它煤系地层相互共生，呈现黑或灰黑色，触摸后容易污手，含灰分高，不易发生燃烧，易裂性较强，破裂主要发生在顺着平行层理的方向。在工程建设中炭质岩容易引起边坡变形滑塌、路面沉降开裂、桥墩偏位等工程灾害，对公路和铁路的正常运营带来潜在性的风险[2-3]。
由于炭质岩表现出较差的工程性质，在工程建设中处理不当易造成工程事故。Zhao[4]等人在调研发现，炭质岩公路隧道存在多处不同的破坏行为，如围岩软化、开裂、剥落等。林峰[5]等人对广西融水至河池高速路段边坡中出现的炭质岩进行了较为详细的研究，并根据炭质岩自身的特性给出了边坡综合防治措施。邓胜强[6]等人从宏观和微观角度对六寨至河池高速公路的炭质岩边坡破坏机理进行了分析，给出了不同类型炭质岩边坡的治理措施。
广西存在大量炭质岩，为了更好的开展基础建设，协调生态环境与发展的关系，迫切需要对广西炭质岩区进行调研。本文通过讨论广西炭质岩的成因及分布，研究其组成成分及其对生态环境的影响，对广西炭质岩周围水源、土壤、大气以及绿化等生态环境方面进行了调研，同时调查广西炭质岩区高速公路建设存在的工程病害及隐患，为广西炭质岩区相关生态环境治理及工程建设提供了基础资料，具有显著的理论、实践及社会意义。
2 隧道病害特征
如图1所示为广西六寨至河池高速公路侧岭段隧道，该隧道在建设期间揭露了大量的炭质岩，但在建设期内没有深入研究广西炭质岩的危害，以及采取相应的治理防护措施，在侧岭隧道仰拱开挖时发生了超挖并采用侧岭隧道炭质岩围岩进行回填，造成了工程隐患。图2为侧岭隧道右洞某段路面和边墙由于炭质岩路基沉降而产生的裂缝以及拱脚向洞内位移造成的路面隆起，此段正是隧道建设期仰拱超挖回填炭质岩的范围。
如图2所示，由炭质岩引起的侧岭隧道右洞破坏主要表现在路面及边墙等各个部位，其中路面纵横方向处都存在不规则的张性裂缝发育，主要造成了路面开裂、隆起以及断板等破坏，影响了侧岭隧道的正常运营及行车安全；隧道边墙产生的裂缝主要以水平向分布为主，在边墙检修道以上 80cm至180cm 竖向范围内的裂缝发育较多，裂缝宽度主要分布在0.1mm至5mm之间，瓷砖裂缝背后的混凝土墙面多呈碎裂状破坏。
.png)
图1 广西六寨至河池高速公路侧岭隧道段岩芯取样
.png)
.png)
（a）路面开裂情况 （b）路面开裂情况
.png)
.png)
（c）侧墙开裂情况 （d）侧墙开裂情况
图2 广西六寨至河池高速公路侧岭隧道炭质岩段工程病害
3 隧道病害分析及处治方法
通过对隧道病害特征进行分析，可得出以下结论：
（1）隧道病害强发育区处的边墙裂缝主要沿着水平方向延伸，且隧道瓷砖裂缝背后的混凝土墙面多为破碎裂状发展，隧道边墙裂缝主要分布于检修道以上 80cm至180cm 高度范围，即 S4-B2 型衬砌水平方向最宽处附近。说明隧道衬砌拱脚产生了向洞内的形变，从而在上述区域形成应力集中，洞内一侧为受压区，造成衬砌墙面发生碎裂，以水平裂缝的形式反映到瓷砖外墙面上。
（2）隧道病害强发育区路面略显隆起，裂缝以张裂型裂缝为主，这进一步表明拱脚向洞内产生形变，即衬砌拱脚向洞内位移，使得路面及路基受挤压而产生隆起变形。
（3）通过钻孔发现，隧道底部超挖量与病害发育程度密切相关，且呈现出隧底超挖量越大病害越严重的规律，由于超挖而导致拱脚向洞内产生形变。
（4）隧底超挖区采用不合规的弃渣（炭质岩）回填，而且回填土压实质量欠佳。将炭质岩用于路基填筑后，由于其易崩解软化的性质，随着时间的推移炭质岩路基在干湿循环下的承载力会逐渐降低，使得路基土体的强度不能达到原设计水平，从而加剧拱脚向洞内的位移。
综上所述，产生该隧道上述病害的原因主要由衬砌拱脚水平约束力不足，隧底超挖量超限和回填土质量欠佳所导致。针对以上隧道目前存在的病害，给出了相应的处治方案，主要包括约束隧道内的衬砌和拱脚继续朝洞内发生位移，对影响行车安全以及已毁坏的隧道内路面和边墙开展科学合理的修复，确保后期隧道内行车的安全。抑制衬砌拱脚向洞内位移的方法主要有两种：一是对拱脚进行锚固；二是对拱脚进行支撑。若不能对整个隧道右洞进行封闭施工，锚固方案将因空间及安全因素难以实施，则宜采用支撑方案，可考虑包括导管注浆补强路基、铺设横梁或仰拱等措施。
4 结论
本文以侧岭隧道作为工程背景，开展了隧道病害调查并分析了产生病害的主要原因，结合现场调查结果给出了该隧道病害处治的方案，同时，对引起隧道发生损坏的炭质岩工程特性进行了分析研究，主要得到以下几点结论：
（1）通过对侧岭隧道工程病害分析得出，产生该隧道工程病害的主要原因是衬砌拱脚水平约束力不足、隧底超挖量超限和回填土质量欠佳而导致的。
（2）造成衬砌拱脚水平约束力不足的主要原因是隧道底部的超挖和采用炭质岩作为填料进行隧道路基填筑。
（3）结合隧道病害的分析结果，提出了抑制隧道衬砌和拱脚持续朝洞内发生位移，并对影响行车安全及已毁坏的隧道路面和边墙进行修复的处治技术方案。
（4）抑制衬砌拱脚向洞内位移的方法可采用对拱脚进行锚固或是对拱脚进行支撑。若不能对整个隧道进行封闭施工时，宜采用支撑方案，可考虑包括导管注浆补强路基、铺设横梁或仰拱等措施。
参考文献：
[1]高翠翠.煅烧炭质页岩作活性掺合材的研究[D].重庆：重庆大学，2014.
[2]韦元军.高速公路建设中炭质泥岩病害及治理探讨[J].西部交通科技，2019（11）：8-9+136.
[3]班鹰.炭质泥岩路堑高边坡变形破坏及工程处治典型案例分析[J].铁道勘察，2016，42（02）：20-23.
[4]Zhao Y，Zhang Y，Yang J，et al.Geotechnical Monitoring and Analyses on the Stability of Highway Tunnel Constructed in Carbonaceous Slate Stratum[J].Geotechnical & Geological Engineering，2019，（37）：4613-4625.
[5]林峰，周富华.融河高速公路炭质岩特性与路堑边坡防护对策[J].路基工程，2020（04）：222-226.
[6]邓胜强，谢东，唐正辉.炭质岩边坡破坏模式及处治措施研究[J].西部交通科技，2014（06）：10-12.
作者简介：谭堂佳，（1979—），广西钟山县人，男，大专，中级工程师，主要从事岩土及公路养护施工方面的工作，处治方法。
骆俊晖，（1985—），福建宁化人，男，博士（后），高级工程师，主要从事岩土工程科研方面的工作。