隧道正交穿越順層坡變形破壞處治方案研究

黃成岑

（廣西樂百高速公路有限公司，廣西 凌云 533100）

1 引言

隨著高速公路向地形地質更復雜的山嶺重丘區延伸，部分短隧道不可避免地服從線位需要，需穿越不良地質，其中洞口穿越順層坡較為棘手。當隧道施工拱頂沉降量過大，造成洞身侵限或嚴重塌方、洞頂邊坡變形破壞時，隧道、路基、地質變形的性質認識及處理方案是對項目建設管理者的一大考驗。筆者在樂業至百色高速公路的建設管理中，成功主持了若干短隧道洞口順層坡變形的現場施工，可為類似工程提供經驗參考。

2 隧道穿越順層坡的空間形式與病害特征

隧道穿越滑坡體時，在相對空間位置上，有以“正交”、“平交”或“斜交”穿越三種方式，如圖1所示。

圖1 隧道穿越滑坡的形式

當隧道走向與滑坡滑動方向垂直，即以“正交”的方式穿越滑坡體時，往往發生于類似偏壓的工程病害中。①當隧道位于滑體中時，類似“坐船”推移形式，隧道整體側移、邊墻相互錯動、多橫裂但少見縱裂；②當滑面位于隧道邊墻或拱腰時，出現縱向裂縫、鼓脹、傾斜，拱腳錯位及拱腰拱頂壓碎、掉塊等；③當滑帶位于隧道底部以下時，則隧道底部出現鼓脹、上拱跡象。

隧道以“正交”方式穿越滑坡，首先應考慮對隧道上部坡體進行刷方減重，有條件時利用刷方進行坡腳反壓，再施做加固工程。這樣工程規模較小、見效快，且可以減小隧道偏壓。當隧道埋深較淺時，隧道的開挖擾動往往導致上覆于隧道的巖土體發生變形。這就要求技術人員認真研判隧道變形的原因，合理制定方案。當隧道穿越順層坡時，由于順層結構面的存在，常常引起誤判。其實對這些隧道變形是可以通過加強隧道的初期支護強度、周邊注漿，提高隧道圍巖承載能力，達到抑制隧道及頂部坡體變形病害的目的。

3 那現隧道出口順層坡體變形處治

3.1 病害情況

滑坡主要分布在山脊西南側，面積約7038 m2，滑坡前緣高程約456m、后緣高程約551.5m，高差95.5 m。表層為紅黃、黃色硬塑狀粉質粘土，厚約2m～8 m，下伏三疊系中統板納組薄-中厚層狀強風化砂巖，強風化層厚度較大，節理裂隙很發育，呈散體狀-碎裂狀，巖質極軟-軟。巖層產狀351°/SW∠41°，主滑面方向與路線夾角約40°，屬順層邊坡。根據地形條件、鉆探資料，判斷滑塌體處于強風化巖層中，平均厚度約11m，估算體積為7.7m3×104 m3，如圖2所示。

圖2 那現隧道病害現場踏勘

那現隧道右洞開挖至接近出洞約10m 時，由于連續強降雨的影響，巖土體自重增加、各項物理力學指標降低，同時隧道洞內沉降未得到有效控制，造成隧道已施作的21m 長初支坍塌，隧道塌方后形成剪出口，繼而引發折線型牽引式滑坡。

3.2 那現隧道處治方案

采用卸載+錨拉抗滑樁+錨索（桿）格梁進行處治。對滑塌體進行卸載清除，分別在隧道左、右洞的左側處各設置一排長度22m～40m的錨拉圓形抗滑樁，單樁直徑d=2.2m，樁間距3.7m～4m，樁頂以上沿著強風化巖面放坡，坡比在1:0.75～1∶1.15之間；坡高每10m 設置一道平臺，平臺寬2m。第1～4級邊坡坡體采用錨索（桿）格梁進行防護；第4級以上邊坡采用掛鐵絲網噴播植草進行防護，如圖3、圖4所示。按中線橫斷面對該方案進行設計防護穩定性驗算，在正常工況下穩定安全系數Fs=1.36，在非正常工況下穩定安全系數Fs=1.28，滿足規范要求。

圖3 那現隧道處治方案示意圖

圖4 那現隧道處治后效果圖

4 那珠隧道進口邊坡病害處治

4.1 病害情況

那珠隧道左線長約290m，進口段穿二級公路，隧道洞頂距二級路路面高差僅2m，洞口設計有40m 長管棚。塌方前左洞進口掘進39m，埋深約22m，險情發生后左側拱腰部位初期支護有擠出現象，局部侵陷。山頂發現裂縫5 條，結合施工進展和地質情況分析，隧址區巖層產狀為350°∠47°，巖層走向與隧道軸線方向交角約10°，傾向與隧道接近垂直，易于發生順層滑動和崩塌。經分析為掌子面掘進隧道沉降變形未能及時控制，初支長時間處于沉降變形狀態，當沉降達到一定極限時，發生掌子面塌方。塌方后進出口掌子面上方形成一空腔，相當于將邊坡坡腳挖除，再加上未貫通段較短（10m），支撐效果有限，導致局部山體沿巖層結構面錯動，最大下滑力作用于隧道左側拱腰初支部位，致使隧道左側拱腰初支向外擠出，同時由于巖體松動后拱部荷載較大，初支向下壓彎張裂，拱頂初支崩落，呈現縱向破壞狀態，如圖5所示。

圖5 左側拱腰、拱頂初支破壞現場

4.2 隧道塌方處治方案

設計提出兩個方案（圖6）：①洞內微型樁加固方案。左側上導洞開挖后，立即打設水平Φ108×6mm 鋼管，鋼管穿越巖層錯動面并滿足一定錨固深度。鋼管內放置鋼筋籠并填充砂漿，增大鋼管剛度，鋼管按1.5m（環向）×1m（縱向）梅花形布置；②是抗滑樁方案。在隧道左洞外側5m 處，采用直徑2.2m 圓形抗滑樁進行支護，樁間距4m，支護范圍主要為左洞塌方及初支開裂路段，抗滑樁長度在15m～42m 間；兩個方案隧道掘進均采用CRD 法開挖，開挖每循環進尺控制在50cm，對于初支破壞嚴重段落，上臺階泵送80cm 厚混凝土作為臨時仰拱。

圖6 隧道塌方處治方案

4.3 方案決策與實施效果

圖6方案中方案一以洞內加固為主，方案二以洞外滑坡體加固為主。項目指揮部組織專家進行了研究，根據隧道破壞特征和邊坡穩定現狀，認為山體雖沿巖層面發生一定錯動，但仍存在殘余粘聚力，可通過洞內圍巖注漿加固形式，增大圍巖承載力。最后決定以隧道洞內加強支護通過為主、洞外處治邊坡為輔的處治方案，同時研究優化取消水平鋼管微型樁，隧道改為采取CRD 法掘進，并泵送混凝土作為臨時仰拱，加強超前預報及監控量測，以控制其沉降和收斂變形，保持其側上方順層坡處于穩定狀態，洞內加固措施根據掘進情況進行靈活調整，如圖7、圖8所示。最終經多方努力，項目按期建成通車，如圖9所示。如果采取抗滑樁方案，則難以在剩余5個月內按期完成處治，同時費用還需增加約四百萬。

圖7 混凝土臨時仰拱

圖8 CRD工法施工

圖9 那珠隧道塌方處治完成

5 兩處隧道口順層坡病害處理思路差異分析

那現隧道、那珠隧道都是在隧道口穿越順層坡，并接近于正交通過，也都發生了洞內塌方、洞外邊坡變形破壞的情況。那現隧道采取了卸載+抗滑樁措施，而那珠隧道采取從洞內加強支護通過的方式，都取得了成功。看似類似的工程問題，處理措施卻不能硬性照搬。

原因如下：

①隧道線位相對空間位置上看，那現隧道線位很高，出口為橋接隧，右側原有村道開挖出一定的臨空面，隧道偏壓極其嚴重，當時左右兩洞都未貫通，邊坡變形對隧道左右兩洞的擠壓作用力巨大，必須卸載，增加抗滑樁以截斷邊坡下滑力。而那珠隧道的線位相對較低，埋深相對較大，偏壓更為不利的右洞已經貫通。

②通過地質分析，那現隧道基巖裸露，土石分界明顯，覆蓋層較厚，勘察表明滑動帶明顯，滑體巨大；而那珠隧道巖層均為中風化砂巖，較為均質，結構層面非常明顯，現場勘察并未發現明顯滑動帶。

③從山坡頂土體的變形情況上看，那現隧道山頂土體出現較大滑移，裂縫多寬度大，并出現大塌坑，山頂樹木倒伏嚴重；而那珠隧道山頂雖也出現裂縫，但寬度不大，數量少，洞頂二級路路面也未出現大的裂縫。

④從地形條件考慮，那現隧道由于有村道，偏壓非常嚴重，并且不具備右側使用土體反壓的條件；而那珠隧道現場地形偏壓并不嚴重，坡體處于基本穩定狀態，經多次討論后認為不需要采取反壓措施。

6 結語

①隧道正交穿越順層坡體時，隧道掘進易引發順層坡體失穩，但不一定是滑坡病害，也有可能是隧道開挖引起山體的協調變形。

②隧道口順層邊坡病害治理過程中，需根據滑坡不同的病害特征，分析內在因素，針對性的采用治理措施。對于偏壓大，滑動面明顯且滑坡體量大情況，優先采用卸載（砍頭）+抗滑樁（強腰）+反壓（固腳）等綜合處治方案；對于巖層結構面順層錯動、滑動面不明顯或地形條件不利于形成大規模滑坡等情況，可認為是坡體協調變形，考慮洞內加固措施為主。

③在隧道邊坡病害研究決策過程中，需要隧道、地質、路基等專業人員進行聯合會審，充分認識邊坡與隧道的內在關聯，分析邊坡病害現狀的穩定性和發展趨勢，才能正確做好決策。