高邊坡大滑坡體塌方段施工成洞研究與實踐

馮述平

（中鐵二十局集團市政工程有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

兩河口水電站交通工程主線隧道出口端洞口位于瓦支溝左岸，距溝口約200m，洞口處設計基線高程2733.51m，洞口上方約2773.00m（高程）處有11#公路施工便道通過。洞口處斜坡總體走向N78°W，洞口至上方便道間坡度40～45°，便道至山頂50～60°。洞口以下及便道至山頂基巖裸露，其余均為覆蓋層。出露的地層主要有新都橋組（T3xd）上段的粉砂質板巖、絹云母板巖以及后期侵入的花崗巖或石英巖脈，巖層產狀為N70～80°W/SW ∠70～80°；覆蓋層為崩坡積塊碎石土（col+dlQ）。地表調查未見大的斷層，主要發育板理及節理裂隙，以板理面最發育。斜坡巖體卸荷作用強烈，可見卸荷拉裂縫充填次生泥。斜坡為順向陡傾岸坡，基巖變形破壞主要表現為傾倒破壞及卸荷拉裂，覆蓋層有蠕滑現象。斜坡中分布的第四系崩坡積物及傾倒變形體，松散、破碎，穩定性差，在暴雨及人工擾動下容易失穩。坡體巖體以板巖為主，絹云母板巖巖性軟，易風化，遇水軟化，風化卸荷作用強烈，邊坡巖體松弛、破碎，完整性差，工程巖體分類為Ⅴ類，巖體質量差。

該洞口邊仰坡于2010 年3 月開始施工，7 月2 日按照設計處理意見施工完成，5 月10 日隧道出口段貫通。受出洞口地質原因及汛期降雨等因素影響，2010 年7 月27 日出洞口仰坡開口線以上坡體發生大規模坍塌，主線隧道出口端洞身全部坍塌，洞身塌方段為K4+563.60～K4+603.00，近40m。

2 設計原則

坡體發生大規模坍塌后，經參建各方充分溝通，設計單位通過與相關專業協調，深入研究后，制定了處理總體原則如下：

（1）根據本邊坡地質情況，綜合考慮施工條件、進度和投資等方面的因素，不再重新進行改線施工，原則上對邊坡進行削坡卸載處理。

（2）由于洞口2733～2820m 主要為強卸荷體邊坡塌渣和堆渣體，對邊坡2820m 高程以下強卸荷體邊坡原則上不進行開挖，只對洞內塌方體采取固結處理等方式形成固結圈進行出洞施工。

（3）設計支護參數。坡面按照1∶0.75 坡度開挖后，進行噴錨支護，采用12cm 厚C20 砼掛網噴砼支護ф6.5鋼筋網（網格尺寸20cm×20cm），錨桿采用Φ25 自進式中空錨桿L=4.5m，間排距2m×2m 布置。洞內塌方體開挖支護參數：隧道拱部120°范圍內，4.5m 長超前小角度注漿小導管環向間距30cm，縱向排距200cm，注P.O42.5 水泥漿100kg/根。隧道拱墻全斷面3.0m 長大角度固結注漿小導管，梅花形布置，環向間距100cm，縱向排距100cm，注P.O42.5 水泥漿150kg/根。

3 隧道塌方段施工難點

（1）該段坍塌體坐落滑移松散體埋深大（最大約90m），松散體壓力大。

（2）洞身開挖跨度大（最大開挖跨度16.3m），對開挖方法及為開挖安全施工提供保護殼體固結圈效果要求高，安全風險高。

（3）隧道塌方段處理長度長（40m），連續固結拱圈形成完整的拱效應更為重要。

（4）開挖輪廓線內外均存在大量塊石架空現象，吃漿量大，流失嚴重，施工難度大。

（5）隧道外邊坡斜坡巖體卸荷作用強烈，卸荷拉裂縫充填次生泥，在暴雨及施工擾動下容易失穩再次滑塌，處理好洞內外施工關系尤為重要。

4 施工總體思路

由于3#公路隧道出口邊坡及洞內塌方處理施工難度大，為保證施工安全、質量和進度，根據設計要求確定了以下總體施工思路：

（1）結合現場實際情況，根據洞口邊仰坡處理與洞內塌方處理的相互影響關系，確定總體施工順序為先洞外后洞內的施工原則，即先治理邊坡后處理洞內塌方，接近洞頂2820m 強卸荷體邊坡塌渣和堆渣體高程時，為減少洞內施工對邊坡擾動，可進行洞內開挖支護。

（2）邊坡開挖設計高程為2925m，最大開挖高度達192m，開挖從每級馬道自上而下分2 層，每層控制7～8m 高度；分段開挖每段15～20m，分層支護，每層邊坡高度不能超過8m，支護未完成，嚴禁進行下部開挖。邊坡卸載開挖應根據設計提供地質情況，合理布設孔眼和裝藥量，設置減震孔，采用預裂爆破方案，調整爆破參數盡量減少對邊坡的二次擾動。

（3）根據現場多次勘查，洞口2733～2820m 約90m 主要為強卸荷體邊坡塌渣和堆渣體，隧道K4+563.60～K4+603.00 塌方體處理成敗直接影響隧道上方邊坡穩定性，隧道塌方處理的重點是對隧道開挖線外2～3m 內松散體進行固結，形成固結拱圈，同時控制好洞內溜踏。結合以上客觀原因，選擇從洞內向外頂進施工，采用短進尺、預留核心土、分部分臺階開挖以及超前注漿錨桿支護、固結漿錨桿支護、型鋼鋼架支護、噴射混凝土緊密配合，協調跟進的原則進行。

5 塌方段隧道處理施工方法

按照總體施工方案要求，2011 年11 月順利完成邊坡2810～2925m 段邊坡開挖支護工作。為確保強卸荷體邊坡塌渣和堆渣體穩定性，人工只對洞口周圍孤石和松散體進行清理，先進行洞內塌方段開挖支護，出洞后在進行邊坡塌渣和堆渣體支護。結合現場實際情況，在該段洞身開挖支護過程中應堅持以下原則：

（1）洞內塌方體處理采用短進尺、預留核心土方式開挖支護。每循環開挖進尺不大于60cm，分部開挖高度不能超過200cm。上循環支護工作未完成，嚴禁進入下循環開挖施工。

（2）為確保洞內支護安全，在洞內塌方體開挖前對未受損段K4+552.62～K4+563.60 段進行拱架加強支護。

（3）先施工完畢小角度超前注漿錨桿后，再施工大角度固結注漿錨桿，每榀拱架定位后及時進行大角度錨桿鎖腳固結施工，所有錨桿必須與鋼架焊接牢固。

（4）錨桿注漿選擇注水泥漿，注漿總量進行控制，注漿壓力只作為注漿效果參考，達到隧道開挖輪廓線外形成2～3m 固結圈目的。如有超出設計注漿量的情況出現，需現場根據實際情況確定方案。

（5）二次襯砌、仰拱作業待初期支護圍巖穩定后立即進行，緊跟初期支護的原則，具備6m 長度澆筑成型一倉。

（6）施工過程中嚴格按照相關規定做好洞外邊坡及洞內變形量測工作，量測結果及時進行分析，為開挖作業提供保障。

5.1 塌方體洞身開挖

（1）洞身開挖施工方法確定。由于該段坍塌體坐落滑移松散體埋深之大，松散體壓力大，洞身開挖跨度之大（最大開挖跨度16.3m），塌方段處理長度之長，及隧道開挖輪廓線外存在大量塊石架空現象，吃漿量大，施工難度大、安全風險高等特點，將隧道的開挖方法確定為四臺階十步開挖法，臺階控制在高度2m 左右。四臺階十步開挖法將隧道一個斷面分為10 個小的斷面進行開挖，即上斷面開挖支護、中左斷面開挖支護（兩分部）、中右斷面開挖支護（兩分部）、下左斷面開挖支護、下右斷面開挖支護、核心土開挖（核心土預留面積＞斷面面積50%）、仰拱開挖支護，開挖橫斷面和縱斷面分別如圖1、圖2 所示。

（2）分部臺階開挖循環施工程序。因本段屬于塌方體，主要采用人工進行開挖、扒渣，機械車輛運輸，嚴禁使用任何爆破，對于局部孤石采用風鎬鑿除，其每分部開挖施工工序如圖3 所示。

5.2 注漿錨桿支護

圖2 開挖縱斷面

圖3 分部開挖循環施工流程

（1）施工參數調整。本塌方隧道段位于坡體坐落滑移形成的大塊石及碎塊石中，巖性為砂板巖及部分花崗巖，經現場鉆孔及觀察，隧道坍塌后開挖輪廓線內外均存在塊石架空現象，回填注漿量較大。通過現場幾天鉆孔試驗，小導管鉆孔施工存在無法成孔，卡鉆和鉆桿無法拔出現象，因此無法按照原設計小導管施工。為克服小導管施工成孔難問題，改為自進式中空注漿錨桿。支護參數調整如下：隧道拱部150°范圍內，Ф32，4.0m 長小角度注漿自進式錨桿，環向間距25cm，縱向排距100cm，注P.O42.5 水泥漿100kg/根；隧道拱墻全斷面，Ф32，4.0m長大角度固結注漿自進式錨桿，梅花形布置，環向間距100cm，縱向排距50cm，注P.O42.5 水泥漿350kg/根。

（2）自進式錨桿成孔、制作。自進式注漿錨桿雖然克服小導管施工成孔難問題，但是自進式注漿錨桿的注漿主要是從尾部反沖漿液壓力形成巖體固結，注漿效果遠不如小導管，對形成2～3m 固結圈有很大影響。為此，對自進式錨桿管壁設置注漿孔，孔徑由24mm 改為32mm，在管壁上每排間距80cm 梅花型鉆眼，眼孔直徑為不小于5mm，根據現場巖石情況和鉆桿剛度情況適當調整間距，確保每根不少于9 個孔，尾部長度不小于50cm 作為不鉆孔的止漿段。為增加錨桿剛度，壁厚由4mm 改為6mm，每2m 鉆進后設置聯結套連接，成孔和擴漿起到很好效果。

（3）自進式錨桿注漿。第一，注漿效果分析。自進式注漿錨桿采用GS20EC 灌漿泵壓注水泥漿。注漿時在孔口處設置能承受規定的最大注漿壓力和水壓的止漿塞或自制閥門，確保漿液不外流。但由于本塌方隧道段位于坡體坐落滑移形成的大塊石及碎塊石中，巖性為砂板巖及部分花崗巖，隧道坍塌后開挖輪廓線內外均存在塊石架空現象，發現存在超灌漿量，吃漿量大。漿液流失嚴重，開挖時存在掌子面松散渣體向洞內溜塌現象，超挖較嚴重，不易形成固結拱圈，支護很難進行。第二，注漿工藝改進。通過現場調查和統計分析，成立質量管理了小組，采用因果分析圖，從人、機、料、法、環5個方面入手找出各種原因，進行要因確認，制定對策，對注漿配合比變漿濃度、適當摻加外加劑、調整注漿量、改變注漿順序、分段、跳孔、間歇等方法改進注漿工藝，開挖揭示通過超前預注漿為開挖安全施工提供保護殼體，穩定掌子面渣體，控制超欠挖，為固結注漿提供屏障。通過固結錨桿在開挖線外形成2～3m 厚的連續固結拱圈，起到拱效應作用。第三，注漿工藝總結。根據吃漿量大小選擇水泥漿或水泥砂漿，塊石架空現象較大時，可先注水泥砂漿后注水泥漿，注漿漿液先濃后稀，由下至上、間歇、跳孔及吃漿量大時適當參加速凝劑分段分次順序進行。注漿選用水泥漿液摻加2%速凝劑，采用每次50 kg水泥量進行分段注漿，間歇4～5min，根據地質及吃漿量情況，對個別錨桿注漿量適當增減，控制總量不變。小角度自進式超前注漿錨桿超前角度調整為15～25°，一環角度15°，間隔一環25°，大角度固結錨桿超前向上（外）不小于60°，每次注漿前對掌子面采用10～12cm 厚C20 噴射混凝土進行封閉，錨桿端頭設置止漿閥門，可避免漿液流失。為防止固結漿液流失同時保證施工安全，對固結錨桿滯后1 榀拱架（50cm）可跳孔注漿到孔深的一半，待下循環再次進行補注漿。

5.3 鋼架及噴射砼作業

隧道各分部開挖固結錨桿注漿完成后，鋼架采用HW150X150 型鋼鋼架，縱向間距為0.5m 分單元及時安裝，與雙側鎖腳注漿錨桿進行固定，縱向采用Φ22 鋼筋連接，鋼架之間鋪掛鋼筋網，然后復噴C30 混凝土到設計25cm 厚度。

5.4 仰拱及洞身襯砌

為保證施工安全，仰拱、洞身襯砌同步推進的方式施工，擬在開挖、支護落底作業面進尺約6m 后即視已支護段穩定情況（以監控量測數據作參考）進行仰拱、洞身砼襯砌及其他附屬工程施工，以保證洞身盡早獲得永久可靠的支撐。

6 安全監控量測

（1）監控量測項目及量測工具和方法如表1 所示。

（2）洞內、外觀察分開挖工作面觀察和已施工地段觀察兩部分。第一，開挖工作面觀察應在每次開挖后進行。觀察中發現圍條件惡化時，應立即采取相應處理措施。對已施工地段的觀察每6h 應進行一次，主要觀察噴射砼、錨桿和鋼架等的工作狀態。第二，洞外觀察重點應在洞口段和洞身埋置深度較淺地段，變形觀測點采用國產萊卡棱鏡，將連接桿牢固焊接于系統錨桿上，水平垂直位移采取極坐標法進行觀測。

表1 監控量測項目及量測工具和方法

（3）監控量測資料的應用。繪制拱頂下沉、水平收斂的位移～時間變化曲線，如表2 所示，要求隨時繪制。

表2 變形管理等級

觀察及量測發現異常時，及時通知施工管理人員，采取加強措施，確保隧道不塌方；嚴重時施工人員須迅速撤離施工現場，保證人身安全。

7 結束語

目前用運該技術，圓滿地完成了本項目出口段高邊坡大滑坡體隧道長距離塌方段出洞施工任務。總結高邊坡大滑坡體隧道塌方段成洞施工，有以下幾點總結經驗：

（1）隧道塌方處理的關鍵是通過超前預注漿為開挖安全施工提供保護殼體，穩定掌子面渣體，控制超欠挖，為固結注漿提供屏障。通過固結錨桿在開挖線外形成2～3m 厚的連續固結拱圈，起到拱效應作用。

（2）由于該段坍塌體坐落滑移松散體埋深大（最大約90m），松散體壓力非常大；洞身開挖跨度大（最大開挖跨度16.3m）；隧道開挖長度長（40m）；斜坡巖體卸荷作用強烈，形成傾倒變形體，致使隧道偏壓嚴重，施工難度大、安全風險高，采用四臺階十步開挖法短進尺、預留核心土方式開挖支護得到很好運用。

（3）塌方隧道段位于坡體坐落滑移形成的大塊石及碎塊石中，巖性為砂板巖及部分花崗巖，當小導管鉆孔施工無法成孔，或卡鉆和鉆桿無法拔出時，使用自進式中空注漿錨桿，通過調整錨桿孔徑和壁厚，對自進式錨桿管壁設置注漿孔，使得成孔和注漿都起到很好效果。

（4）針對塌方體位于坡體坐落滑移形成的大塊石及碎塊石中，坍塌后開挖輪廓線內外均存在大量塊石架空現象，存在超灌漿量，吃漿量大、漿液流失嚴重等困難，通過改進注漿工藝，即注漿漿液先濃后稀，按照由下至上、間歇、跳孔順序，當吃漿量過大時適當摻加速凝劑后再按照分段分次的順序進行，以起到預期固結作用。