隧道洞口坡體開裂變形的原因分析及處理

張宇輝

(遼寧省交通規劃設計院)

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隧道洞口坡體開裂變形的原因分析及處理

張宇輝

(遼寧省交通規劃設計院)

針對某隧道施工期間洞口坡體開裂及支護變形的具體情況，對變形原因進行了分析，并提出兩種處理方案進行了詳細比選，同時充分分析了各方案的優缺點，得出了當抗滑樁樁間距過大且樁間巖土體整體性不強時，抗滑樁作用效果有限及工程治理中應根據開裂情況、開裂原因、地質情況、施工周期等因素綜合確定治方案等結論。

隧道洞口；開裂；原因分析；抗滑樁；回填反壓

1 情況概述

1.1 工程概況

杭瑞高速公路貴州境大興(湘黔界)至思南段是《國家高速公路網規劃》“7918”網中第十二條橫向線杭州至瑞麗高速公路貴州境內的重要段落，也是《貴州省骨架公路網規劃》“六縱七橫八聯”中第二橫的主要組成部分。

梵凈山2號隧道位于閔孝鎮紅石村周子坪地界，呈近北西走向展布，為分離式隧道，屬長隧道。隧道大興端位于右偏圓曲線上，洞身處于緩和曲線及直線段上，思南端位于直線段上，隧道左右線平面線間距為30m。

1.2 破壞情況

在隧道施工階段，洞內近50m長段落內已完成的初期支護發生拱頂下沉和周邊收斂現象，噴射混凝土開裂、剝落，最遠處剝落點距離洞口約100m。鋼架出現扭曲、彎折現象，鋼架整體出現向洞口傾斜現象，角度約15°，初期支護侵限嚴重。

二襯完成一個月后，在二襯表面發現細微裂縫，之后裂縫逐漸增多、增大、增長。在3～4個月內裂縫達20余條，裂縫最寬5.8mm，最長達12.3m。

洞口周圍山體地表可見裂縫，坡頂截水溝多處出現裂縫，在右洞左上方凹溝內可見一定的錯動裂縫。兩隧道洞口之間的坡面(坡角約45°)出現一定的橫向裂縫，且有輕微鼓脹現象。原噴射素混凝土破裂，且上部有較多的裂縫和鼓脹現象，中下部裂縫有錯動現象。

1.3 地質情況

(1)工程地質

隧道范圍內主要為第四系碎石土，元古界板溪群變余粉砂巖、砂巖。

(2)褶皺

本項目位于武陵-雪峰山隆起區，隧道位于一復式背斜的核部，背斜軸向為NE向，核部底層為震旦系板溪群的變余砂巖，產狀：48°/318°∠33°。

(3)斷裂構造

①F1斷裂：NNW向展布，表現形式是形成成條陡坎及溝谷,產狀40°。

②F2斷裂：NEE向展布，表現形式為碎裂巖，產狀為178°∠72°。

③次級構造

存在與F1與F2之間的強風化巖石中，因多期次構造影響，致使鉆探巖芯呈碎塊狀，在裂面出現擦痕、階步、鏡面等現象，采芯率低；在掌子面上表現為擠壓形成的破碎、柔皺、不均勻風化等現象。

2 隧道洞口坡體開裂及變形原因分析

(1)工程地質條件復雜

F1、F2兩構造斷裂帶及次級派生構造的存在造成了帶內強風化巖石的擠壓破碎與裂隙發育，使巖石塊體間呈散體結構，巖體結構整體強度低。

(2)隧道開挖卸載導致抗滑力減小

洞口段隧道圍巖及仰坡開挖過程中，對斷層破碎帶松散體的擾動改變了局部巖體的受力狀態，使局部區域抗滑力減小。

(3)隧道區年降水量較大、圍巖透水性好

年平均降雨量1 100～1 400mm，同時隧道開挖改變了地表水與地下水的聯絡通道，大氣降水很容易經地表下滲至圍巖中去，地下水流動帶走了圍巖之間的膠結物，使圍巖的物理力學性質降低，山體下滑力增加，抗滑力減小，使山體產生下滑。

3 處理方案比選

3.1 方案一：錨索抗滑樁+隧道圍巖注漿加固

(1)錨索抗滑樁

從隧道仰坡及洞內支護變形的情況分析，山體及隧道變形主要是由于隧道開挖導致整個構造影響帶內巖石松弛、松動，并使上部坡體產生滑移的趨勢，因此需采取措施對坡體進行支擋。經過計算，確定采用在隧道左右洞之間及隧道外側設置一排抗滑樁，以抵御上方山體的下滑力。抗滑樁采用2m×3m的方形挖孔灌注樁，樁中心距為6m。抗滑樁在橫向上與隧道襯砌外緣凈距不小于4m。

(2)隧道圍巖注漿加固

對破碎部位的圍巖進行洞內徑向注漿加固。仰拱部位徑向注漿加固。在中心水溝橫斷面兩側開挖線外1m處，采用φ42×4mm的注漿小導管，縱距1.0m，單根管長8m。隧道洞口外注漿加固圍巖。在隧道洞口開挖輪廓線外8m范圍內打設一層大管棚，3層小導管，對隧道圍巖進行固結加固，使洞外注漿段與洞內注漿段間搭接長度不小于2m。

3.2 方案二：填土反壓+隧道圍巖注漿加固

(1)洞外填土反壓

將2號隧道明洞進行加長，并將1、2號隧道洞身縱向相接，之后在隧道頂部采用洞渣進行回填，將溝谷兩側山體在隧道上部相連，抵抗上方山體的下滑力，起到對2號隧道范圍內的山體進行反壓的作用。回填高度為1號隧道出口拱頂以上為4m，2號隧道進口拱頂以上為8m。

(2)隧道圍巖注漿加固

與方案一中“隧道圍巖注漿加固”相同。

3.3 優缺點比較

(1)方案一

優點：方案一通過在隧道左右洞之間及隧道外側設置一排抗滑樁，抵御上方山體的下滑力，從而將上方坡體可能產生的下滑力分別由抗滑樁及隧道洞身提供水平及垂直抗力，模型簡單、明確，抗滑樁能夠抵抗的下滑力較大，支護作用清楚，理論上能夠保證暗洞換拱及明洞施作期間的整體穩定。

缺點：由于隧道兩側抗滑樁相距24m，并且巖體破碎，土拱效應不強，下滑力可能無法全部傳遞至抗滑樁范圍內，從而使抗滑樁對洞頂山體的縱向滑移約束力不強，對下滑力的抵抗效果有不確定因素。

(2)方案二

優點：方案二通過將1、2號隧道洞身縱向相接，在隧道頂部進行填土，從而將溝谷兩側山體在隧道上部相連，對包括隧道洞頂在內的大部分山體進行反壓，對于保持上部坡體的穩定較有利，填土反壓形式簡單，施工周期短，施工完成后，后期變形、失效可能性小。

缺點：在暗洞換拱及明洞施作期間，土體難以提供及時且足夠的抗力，山體縱向力仍然主要由暗洞及明洞結構承擔，易引起結構的開裂破壞。

(3)結論

由于方案二采用回填土對包括隧道洞頂在內的大部分山體進行反壓，對于保持上部坡體的穩定較有利，同時避免抗滑樁方案由于間距過大造成隧道承擔過大水平力。因此，確定方案二為推薦方案。

4 結 語

填土反壓作為施工方案施工完成至今已3年有余，洞口坡體處于穩定狀態，隧道內未發現裂縫等破壞現象。通過本工程的治理可以得出以下結論：

(1) 由于工程地質復雜，同時隧道上覆巖土體較厚，因此在表層土出現蠕動的情況下，隧道依然出現較大變形；

(2) 隧道結構主要承擔上覆巖土體的豎向荷載，在上部山體出現下滑趨勢時，隧道結構體自身的抗剪能力較差，易出現斜向裂縫及支護侵限現象；

(3) 抗滑樁作為一種對坡體下滑的主要支擋結構，作用效果與樁間距關系較大，當樁間距過大，且樁間巖土體整體性不強時，抗滑樁作用效果有限；

(4)填土反壓形式簡單，施工周期短，施工完成后，后期變形、失效可能性小；

(5)工程治理中應根據開裂情況、開裂原因、地質情況、施工周期等各種因素綜合確定治方案。

[1] 滑坡防治工程設計與施工技術規范(DZ0240- 2004) [S].

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2014-11-23

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1008-3383(2015)09-0094-01