地形偏壓隧道口處理措施

李少利 中鐵隧道集團三處有限公司

地形偏壓隧道口處理措施

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本文根據高陽寨隧道出口、大瑤山一號隧道出口、九峰河導流洞進口、賽里木湖隧道出口、中咀二號隧道出口不同的地形偏壓，采取了不同的施工技術措施，確保了施工安全。筆者認為：隧道洞口地形偏壓在進洞前事先處理效果好，地形偏壓不宜采用卸載方式處理，地形偏壓段洞內施工時宜先施工深埋側，下臺階開挖宜從洞內向洞外施工；若已進洞而山體位移，必須采用洞內、洞外處理，先后順序根據現場實際情況決定。根據施工經歷，做一些總結，為以后類似工程提供借鑒。

地形偏壓；隧道；洞口；施工；技術措施

洞口部分在地質上通常是不穩定的。一般避開滑坡、崩塌、泥石流等不良地質段；同時不應設在溝谷低洼處和匯水溝處；隧道穿過懸崖陡壁時，要注意巖壁的穩定性；洞口地形平緩時，一般應早進晚出；為使洞口段襯砌結構受力條件較好，應使隧道中線與地形等高線正交；長大隧道在洞口附近考慮施工場地、棄渣場及便道等。但由于線路選擇后，個別隧道洞口很難實現以上要求，導致洞口不同程度地存在地形偏壓。

下面針對5座隧道洞口地形偏壓，在施工中實際采用的處理措施，及處理后效果，仍需改進或完善的方面做詳細敘述。

1 概述

對5座隧道洞口地形偏壓概述見表1。

2 各洞口施工技術措施

在隧道洞口段施工前，必須根據洞口附近的地形、工程地質、水文地質、環境條件等，預估可能發生的各種危險及對環境的影響等，制訂并實施保障洞口段施工安全的技術措施。

2.1 高陽寨隧道出口

施工技術措施包括：地表注漿、增設抗滑樁、大管棚；洞內下半斷面先施工深埋側、下半斷面由洞內15m處由里向外施工。進洞前完成了洞外處理，施工過程地表位移累計小于1cm。

地表注漿：洞口地表縱向長19m、橫向長21m范圍鉆孔安裝φ89鋼花管（150cm橫向×75cm縱向）注漿。鉆孔底標高：隧道開挖范圍內，開挖線上1m；隧道開挖線以外：隧道底部開挖線下1m。用MK-5型地質鉆機，用CGJ-30C型注漿機后退式分段注漿，注漿終壓達到2.0～3.0MPa。

洞口增設抗滑樁：隧道出口因修建施工便道時出現了邊坡失穩滑坍，決定洞口增設10根抗滑樁（2×2.25、2.25×2.5、1.5×1.75m三種樁體尺寸類型），其中線路右側兩根，線路左側八根（因距線路左側30m處為洞口橋梁牽出線橋臺，設計統籌兼顧）。因抗滑樁挖深至28m仍未見基巖，決定在抗滑樁頂下2m、5m處增設23m、19m長的錨索，即為錨索樁板墻。抗滑樁與隧道及牽出線橋梁位置關系如圖1所示。

表1 5座隧道口地形偏壓概述表

圖1 抗滑樁與隧道、牽出線橋梁關系圖

圖2 大瑤山一號隧道出口偏壓處理方案示意圖

表2 大瑤山一號隧道三段淺埋偏壓段處理措施表

長大管棚施工：隧道出口燕尾段V級圍巖全段連續設11環φ108大管棚（內安裝鋼筋籠），每環管棚長度30m，環向間距30cm，每環61～81根。施工時方向較線路方向外插1～2°。洞口設導向墻，洞內設管棚室，4臺ZK-5型水平地質鉆機施工，單液注漿機注入水泥漿，注漿壓力為2～3Mpa。

預留核心土環形開挖法施工：雙線大跨襯砌段采用預留核心土環形開挖法施工，上臺階預留核心土環形開挖，下臺階左右側錯開開挖。環形部分人工風鎬開挖（開挖高度一般2～3.5米），局部孤石地段采用弱爆破（嚴格控制裝藥量），在每環管棚開始段，用φ22螺紋鋼將型鋼拱架與長管棚進行連接。核心部分：土方用挖掘機挖裝，石方用風鉆打眼弱爆破，自上而下分層開挖，分層高度2～3米。每循環開挖進尺0.5m（拱架間距）。

洞口下半斷面施工順序：因洞口段存在較嚴重的偏壓，洞口里程為DK113+990，上臺階開挖至DK113+963時（洞內第一環大管棚開始施作），決定由DK113+975開始先開挖線路左側（每次只能開挖0.5m，架立一榀拱架），后開挖線路右側（左、右側錯開至少5m），右側每開挖5m進行臨時及永久性仰拱的施作（同時施作小邊墻），監測反饋信息證明洞內施工方案的選擇，洞口偏壓未產生洞內異常變形。其余地段下半斷面開挖嚴格按照左右不對稱、每次開挖后只能架立一榀拱架為原則施工。

2.2 大瑤山一號隧道出口

施工技術措施：擋土墻、基底注漿加固、擋土墻背牛腿、擋墻側漿砌片石反壓、擋墻與隧道拱間土體灌漿固結、洞內6m長自進式注漿錨桿徑向加固、增加上臺階臨時仰拱30m；洞內下半斷面先施工深埋側、下半斷面由洞內30m處由里向外施工。除擋土墻外，其余措施全在進洞后被動實施。在施工過程，地表位移累計達180mm。

元月15日開始進洞，進洞前已完成大管棚及擋土墻施工，并在擋土墻與隧道左側拱間分層回填土。2月22日隧道上臺階掘進30m，23日監測地表累計位移已達100mm，洞內拱頂下沉最大值68mm、水平收斂最大值41mm。山體上發現環形裂縫，裂縫與等高線對稱，山體明顯位移。23日開始制訂方案并開始處理，處理完成時間為3月12日，處理完成時地表累計位移已達180mm，處理完畢后，位移明顯得到控制，并趨于穩定。

處理措施如圖2所示。

處理步驟：地下注漿→擋墻側砼支撐→擋墻側漿砌片石反壓→擋墻與隧道間土體灌漿→洞內徑向6m長自進式注漿中空錨桿→臨時仰拱→洞內30m處下半斷面施工。

施作10m深注漿鋼花管，對山體移動方向地下土體進行固結，提高該部分土體的自穩性及支撐能力，注水泥砂漿，注漿壓力2MPa。擋墻側間隔開挖2m寬、6m長、1.5m深的槽，在槽內澆注C25砼，以此提高擋土墻的支撐力，相當于形成幾個牛腿；再在擋墻側6m×13m范圍施作6m高的漿砌片石，以此形成反壓，也是為了增強擋土墻的支撐力。因擋墻與隧道拱部間回填土體密實度較差，采用人工由回填土體由表面向下打孔，間距0.6×0.6m，人工灌注水灰比為1：0.5的水泥漿，使回填土體固結，有一定的強度，使山體推力受到一定的約束。洞內自進式錨桿注1：2的水泥漿，注漿壓力0.3至0.6MPa，注漿完成24小時后，對錨桿頭螺栓進行緊固，確保使錨桿桿體形成軸力，使隧道周邊6m松散體形成固結圈。臨時仰拱采用I20工字鋼，縱向間距0.5m，環向連接筋，掛雙層鋼筋網片，噴30cm厚砼，形成橫向支撐，使上半斷面形成封閉受力狀態。下半斷面由洞口內30m處開始施工，先施工深埋側，后施工淺埋側。

大瑤山一號隧道有三段洞身外露地表溝谷，存在明顯的偏壓，設計處理措施如表2所示。

現場實際施工過程，三段均采用了明挖法施工，洞口均采用了雙側壁導坑法施工，均先施作深埋側。明挖后施作基礎、擋土墻、明挖襯砌、土體回填。

2.3 九峰河導流洞進口

導流洞處于大瑤山二號隧道F1斷層破碎帶（DK1918+438～+565段與正線路約50°斜交，斷裂走向近SN，傾向東，傾角60～70°，影響帶寬127m）之中，屬壓扭性斷裂，導流洞軸線與斷層走向一致，導流洞位于主斷裂帶，見糜棱巖、斷層泥等，泥沙質膠結，膠結程度較差，主斷裂兩側次一級斷裂面發育，并見有透鏡體和扭曲、揉皺現象，巖體十分破碎，斷層具有導水性。導流洞左側上方有一既有引水隧洞，水平凈距約8m、既有引水隧洞底標與導流洞頂高高差約4m。

導流洞進口為既有引水隧洞開挖棄渣（約3年時間），為松散堆積體，且嚴重偏壓。導流洞與既有引水洞及與大瑤山一、二號隧道位置關系如圖3所示。

圖3 九峰河導流洞位置關系圖

導流洞存在較嚴重的洞口地形偏壓及洞內巖體結構偏壓。

仰坡范圍事先進行注漿加固（φ42鋼花管，L=6m，0.8×0.8m梅花形布置）。

進口偏壓山體采用在地表注漿加固松散體，雙排注漿超前小導管（φ42鋼花管，L=4m，環向間距20cm、縱向1m一環，外插角30度）超前注漿加固松散體；進洞采用三臺階法施工，中臺階及下臺階均先開挖初支深埋側，監測數據表明拱頂三個下沉點下沉值基本一致，使偏壓因素對施工影響程度降低到了最小。上臺階分頂、底部兩臺階開挖，先開挖深埋側，頂部高2.7m、底部3.8m，底部開挖時，頂部采用扇形支撐，同時在拱架兩側各施工6根4m長鎖腳錨桿。

對洞身巖體結構偏壓影響范圍內（左側約130度范圍）的圍巖加強支護，增加5m長徑向注漿小導管與φ32自進式中空注漿錨桿（L=5～8m）錨固加強圍巖，梅花形布置（0.5×0.5m間距）。

2.4 賽里木湖隧道出口

洞口位于坡洪積地層，因山體線路左低、右高，存在不明顯的地形偏壓，但由于線路右側地層較穩定，線路左側地層本身處于臨界穩定狀態，隧道距洞口30m處開挖下半斷面時洞內產生了變形，地表多條裂縫。

采取的處理措施：洞內增設徑向小導管注漿加固，在裂縫兩側3m范圍徑向施作（L=4m、@0.8×0.8m）注漿小導管，注水泥漿，注漿壓力0.6MPa。地表對裂縫采用灰土回填密實，將細砂土過篩，摻入1：1的水泥，攪拌均勻，用木棍將灰土搗入裂縫中，灰土回填高出裂縫地表至少高出5cm，處理后每天觀察，若裂縫發展隨時補填灰土。洞內立即施作了30m地段（裂縫集中地段兩側各15m）的鋼筋砼邊墻基礎、仰拱及填充。

處理完畢后，裂縫沒繼續發展，地表沉降觀測及洞內拱頂下沉、水平收斂均趨于穩定。

2.5 中咀二號隧道出口

施工技術措施：增加大管棚施工數量及范圍，以此形成支撐山體側壓力的棚架。

偏壓主要是洞口向山體14m處，原始有一沖溝，線路右側覆土厚度只有3m，且自然坡度達68度之陡，因山體過陡且為Q4地表黃土，地表無法處理，決定以增加大管棚數量及施作范圍的措施來消除偏壓力。

原設計40m長φ108大管棚施作范圍為拱部130度，環向間距40cm，為確保沖溝處山體不移位，決定施作雙排大管棚，具體如圖4所示。

圖4 中咀二號隧道解決偏壓措施示意圖

該隧道目前正在施作大管棚，在施工過程對地表位移加強監測，必要時再增加措施，確保山體穩定及施工安全。

3 建議與體會

建議：存在地形偏壓洞口進洞前，詳細進行斷面測量，對偏壓進行分析評估，針對性地制訂科學合理的技術措施，在隧道進洞前事先采取必要的技術措施；進洞后發生山體位移控制，可償試采用洞內、外長錨索，使山體表層與深層形成整體。

體會：進洞前處理得當，有事半功倍的效果；進洞后處理，將十分被動且可能導致大的安全事故。

4 結束語

地形偏壓隧道進洞前施工技術措施包括淺基礎支擋或抗滑樁、地表注漿加固、卸載、反壓等，進洞后山體位移洞內處理措施包括徑向注漿加固、增設臨時支撐、徑向深孔錨索等。但隧道施工條件特殊，一般難以實現卸載、反壓，多采用淺基礎支擋或抗滑樁、地表注漿加固、洞內徑向注漿固結等方式。

隧道洞口地形偏壓在進洞前事先處理效果好，進場后對洞口做細致的測繪，利用施工準備期采取合理的技術措施，進洞后洞內施工時宜先施工深埋側，下臺階開挖宜從洞內向洞外施工。若進洞后發生山體位移，必須采用洞內、地表均處理的措施，整個過程加強監測、加強觀測。處理的先后順序根據現場實際情況決定，處理好時間與空間的時空效應，將處理措施在合理的空間關系上、最短的時間內按順序完成。

[1]王毅才.隧道工程.人民交通出版社.2000年

[2]王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論安徽教育出版社.2004年

[3]鐵路隧道新奧法指南.外交部基本建設總局.中國鐵道出版社.1988年

[4] 王夢恕.大瑤山隧道——20世紀隧道修建新技術[M].廣東科技出版社.1994年

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.037