滑坡松散堆積體軟弱圍巖大變形隧道施工技術

毛永強 陽 俊 李紅君 鄭世杰

（1 中交二航局第五工程分公司；2 中交武漢港灣工程設計研究院有限公司)

(3 海工結構新材料及維護加固技術湖北省重點實驗室；4 文山州交通運輸工程造價管理站）

0 引言

近年來，隨著高速公路網絡迅猛發展，山嶺地區高速公路項目日益增多，為保證高速公路的整體平穩性，山嶺地區高速公路多以隧道形式進行公路設計。特別是云貴高原地區極大多數隧道，滑坡松散堆積體是常見的復雜地質，存在圍巖軟弱、富水嚴重、進洞條件差等現象，具有松散、透水性強、強度低、吸水軟化等特征。而在未經處治的松散堆積體軟弱圍巖隧道施工，易引起洞口坡體滑坡、掌子面坍塌、地表沉陷、支護變形過大、隧道基底不均勻沉降等一系列問題，從而引發工程事故，對工程人員的安全造成極大威脅。因此，在松散堆積體地層隧道施工時，采取合理的地層預加固措施、制定切實可行的處治方案是十分必要的。

1 項目概況

文山至麻栗坡高速項目位于云南省東南部文山州境內，建設規模74.591km，橋隧比高達43%。軟弱圍巖區隧道共計3 座，其中大法郎隧道左線起訖樁號ZK42+330～ZK45+720，總長3390m，隧道最大埋深約206.5m，位于ZK43+840 處，右線起訖樁號K42+355～K45+730，最大埋深約195.5m，位于K44+040 處。

項目沿線地質條件極為復雜。隧道穿越山體，進出口端均位于斜坡上，處于兩沖溝之間，洞頂上方為農田，常年含水；進洞巖層破碎且薄弱，圍巖以強風化泥質頁巖為主，風化裂隙與次生構造裂隙極發育，巖體呈碎屑狀、碎塊狀，完整性差；山體主要以風化裂隙水為主，旱季以滲水為主，雨季可呈涌流狀滲出，加之雨季時間長，降水量大，水體危害大。在隧道建設過程中多次連續沉降預警、掌子面連續溜塌、地表塌陷、初支侵限大變形。

圖1 大法郎隧道左線掌子面地質素描示意圖

圖2 大法郎隧道松散堆積體大變形及滑塌

2 滑坡松散堆積體軟弱圍巖施工方案及要點

軟弱圍巖隧道具有自穩差、易坍塌、變形大等特點，因隧道承受壓力的不確定性及隧道圍巖本身承載力差的因素，建議采取以下施工方案。

2.1 隧道施工工藝及支護設計

合理采用“三臺階+臨時仰拱”施工工藝，依據超前地質預報及監控量測數據指導現場施工，嚴格執行施工工藝標準化，強化支護體系，必要時結合監控量測的數據增加豎向支撐。控制上臺階長度在5m 以內，高度控制在4m 以內，臨時仰拱榀數不得少于4 榀，中臺階長度控制在8m 以內，臨時仰拱榀數不得少于4 榀，下臺階長度控制在8m 以內。

隧道開挖后及時進行噴射混凝土、拱架、鎖腳、錨管等施工，約束圍巖變形，并根據圍巖監控量測數據，分析圍巖變形趨勢，確定二襯施工時機。隧道施工過程中遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則。

2.2 超前輔助措施

隧道施工工程中超前小導管對松散、軟弱巖層起到加固作用，注漿后增強了松散、軟弱圍巖的穩定性，有利于完成開挖后與完成初期支護時間內圍巖的穩定，防止圍巖失穩破壞直至坍塌。松散堆積段軟弱圍巖由于溜塌、掉塊現象較為嚴重，需結合現場地質及實際施工情況，及時調整小導管長度、施作范圍及施工間距。

2.3 初支噴射混凝土

應確保噴射混凝土質量，噴射混凝土應采用濕噴工藝，初噴、復噴應滿足以下要求：

⑴初噴混凝土

軟弱圍巖隧道富水量較大，開挖后極易發生掉塊現象，應在掌子面開挖前，現場配備好小型濕噴機，在隧道開挖完成后及時對開挖斷面進行初噴2-4㎝混凝土，防止因圍巖擾動造成掉塊現象，以降低后續工序施工時的安全風險，同時初噴混凝土能平整開挖面，保證輪廓平順，與鋼拱架緊密貼合。

⑵復噴混凝土

待錨桿、鋼筋網片、鋼拱架、鎖腳錨管等施工完成后，復噴混凝土至設計厚度，形成初期支護體系，阻止圍巖松動變形。噴射混凝土時避免產生空隙、空洞，復噴混凝土覆蓋拱架厚度不小于2㎝。

2.4 鋼拱架

確保拱架垂直度，鋼拱架間采用“兩正兩反”形式連接。中、下臺階開挖時避免挖機觸碰連接鋼板導致變形，鋼拱架連接鋼板時避免存在縫隙，針對不可避免的縫隙采用適宜的鋼筋或鋼板塞焊密實，使鋼拱架連接緊密。鋼拱架縱向連接采用10#槽鋼進行焊接，拱架連接板位置采用22#槽鋼進行焊接，對初支拱腳采用28#槽鋼進行支墊，防止拱腳因承載力不足發生沉降。另外，隧道內初支變形、剝落現象多發生在鋼拱架連接部位，應在鋼拱架連接部位采用雙層鋼筋網片，增強整體穩定性。

2.5 系統錨桿

在軟弱圍巖中，系統錨桿對圍巖的加固作用尤為明顯。系統錨桿采用長短結合的方式支護。短錨桿采用樹脂錨桿，長度為3m；長錨桿采用中空注漿錨桿，長度為4.5m；錨桿環、縱向間距60cm。施工系統錨桿使初支外側形成“加固圈”，承受來自圈外的荷載，減少圍巖傳遞至噴射混凝土層的荷載。錨桿必須安裝錨墊板，錨墊板應緊貼圍巖面（初噴混凝土面），確保錨固質量。

2.6 臨時仰拱

結合圍巖沉降、收斂數據分析，在上臺階、中臺階后側施工臨時仰拱，采用I20b 鋼架。臨時仰拱每循環跟進2 榀，滿足“先支后拆”。必要時在臨時仰拱及初支鋼拱架之間增加臨時斜撐。

2.7 二襯強度加強

隧道二襯施工正常情況下均是待隧道初支趨于穩定后才可施做。由于隧道圍巖屬于軟弱圍巖，在隧道永久仰拱施做后，隧道初支還會有沉降變形，為防止初支變形侵限，二襯在有施工空間的情況下盡量往前跟進。

對于復合型襯砌，在Ⅴ級圍巖（軟弱圍巖段）段襯砌，初期支護的承載能力大于設計總荷載50%，二次襯砌的承載能力大于設計總荷載60%。仰拱及二襯環向鋼筋間距由20cm 加密15cm，防止因圍巖沉降導致仰拱起拱、開裂。

2.8 其他輔助措施

⑴超前地質鉆探

掌子面超前水平鉆孔，對掌子面前方地質條件進行勘探，提前預報前方工程地質及水文地質情況，以便及時調整支護參數和施工工法。施工時超前采取相應的控制措施，而不是在監測到沉降變形較大后再采取相應的措施，以達到控制隧道初支的變形沉降的目的。即對控制圍巖收斂及變形的措施應具有超前性，而不是事后性。

⑵受力監測

增加洞內選測項目（圍巖壓力、工字鋼應力、二襯應力等），同時加強成果總結與運用。

⑶監控量測及數據分析運用

隧道沉降、收斂檢測斷面為拱頂沉降點1 點、收斂點4 個，每3m 設置一個斷面。每個斷面開挖工序前后布點測量，采集收斂點的絕對坐標，分析相對收斂和沉降數據，以判斷初支是否存在整體沉降。

結合監測數據判斷臨時仰拱拆除時機。對初支監測數據進行采集分析，確認隧道初支處于穩定狀態后，可先對前方臨時仰拱施做后，再進行后方臨時仰拱的拆除，并及時跟進中臺階和下臺階鋼架的安裝施工。

3 大法郎隧道軟弱圍巖施工出現的問題及處治措施

根據大法郎隧道松散堆積體軟弱圍巖段施工中出現各種問題，采用了如下措施：

3.1 拱腰溜塌致使洞頂形成空洞

及時對拱腰溜塌位置反壓回填，防止溜塌發展，空洞擴大。采用地質雷達掃描，確定空洞大小及位置，對拱腰背后空洞施做小導管進行引水排水，對空洞位置采用6m 小導管注漿進行超前加固。

3.2 掌子面垮塌及隧頂地表塌陷

采用“先穩定，后處理，先洞內，后洞外”的總體方針，先對未變形初支段落臨時支撐加固，再對洞內掌子面溜塌進行封堵，封堵完成后再對洞頂上方塌陷作進一步有效處理，混凝土達到強度后，對掌子面進行雙層小導管加固。

圖3 小導管加密、注漿加固

3.3 掌子面持續預警

采用超短三臺階施工方法并預留核心土，每個臺階長度控制在4m 以內，仰拱跟進至下臺階附近，及時施作仰拱封閉成環，防止變形加劇。

3.4 溶洞處置措施

及時對開挖拱架進行噴錨支護，加密拱架，對緊貼掌子面的拱架進行超前支護，施做雙層小導管并嚴格注漿，防止掌子面出現垮塌，同時根據溶洞大小對拱腳溶洞進行混凝土回填等措施，逐步推進掌子面掘進施工。在溶洞仰拱位置要求施做沉降縫，防止不均勻沉降造成路面損壞。

3.5 初支開裂

封閉臨時仰拱，采取洞渣反壓回填、工字鋼橫向及扇形支撐加固等措施，并對已完成的初期支護進行徑向小導管注漿加固處理。同時加強鎖腳施工，確保鎖腳錨桿與拱架連接牢靠。

圖4 加強鎖腳錨桿與拱架連接

3.6 初期支護侵限

初期支護侵限，需作換拱處理。換拱段施工前須進行初期支護封閉成環，確保仰拱及填充混凝土已施工完畢。侵限段初支背后圍巖松散體采取徑向注漿加固，基本穩定后方可開始換拱。換拱采用弱爆破結合破碎錘、風鎬的開挖方式，逐榀進行換拱。

4 結語

大法郎隧道屬于山嶺特長隧道，所在區域氣候復雜，雨季時間長，在施工過程中出現掌子面溜塌、初支大變形、地表塌陷、支護侵限、下穿暗河及高壓電塔等一系列問題，在前期嚴重影響了質量安全及施工進度。通過現場踏勘、資料收集、監測預警并論證分析，形成了一套完善的技術措施及隧道大變形應急處置機制，有效地保障了隧道施工質量、安全。工程實踐證明，針對滑坡體下軟弱圍巖段隧道工程，應加強超前預報與隧道監測管理，復雜地質輔以超前水平鉆探，優化支護受力體系，合理預留初支變形量。只有在施工過程中充分了解地質情況，靈活調整施工方法，加強技術指導，強化質量管控，才能確保復雜地質條件下的安全施工。