淺析堆積體淺埋偏壓隧道處治

皮順富 PI Shun-fu

（中鐵二十五局集團第四工程有限公司，柳州 545007）

0 引言

云南地區地形復雜，盆嶺相間，受地質構造控制，地形起伏較大。部分隧道為滿足總體線型要求，進出口處于堆積體淺埋偏壓地段，隧道進出洞面臨著較大安全風險，措施不當易發生偏壓、整體滑移，導致隧道初支變形、二襯開裂，甚至出現“關門”現象，存在較大安全隱患。因此，在堆積體淺埋偏壓隧道進出洞方案選擇上尤為重要，切不可一時求快，留下隱患。

1 工程簡介

昆明（岷山）至楚雄（廣通）高速公路擴建工程大芥地隧道為一座雙向六車道分離式隧道。左幅起止點樁號為ZK28+960～ZK30+075，全長1115m，采用端墻式洞門結構。出口段位于R=1100m的圓曲線上，路段縱坡為-2.5%，受地形條件限制，該隧道僅滿足出口端進洞條件。出口段場區上覆殘坡積層碎石土；下伏基巖為震旦系下統澄江組砂巖夾泥巖，中元古界美黨組板巖。出口段右側埋深1.5m，左側埋深25m，屬堆積體淺埋偏壓地段。經現場調查，左幅隧道出口右側地面線變化，形成切角，易造成偏壓；隧道左側30m處地表出現明顯斷層，地表土質松散，初步判斷為古滑坡體。隧道出口正處于古滑坡體范圍內，地質條件復雜。2020年4月，地表觀測數據異常，地表沉降、位移值均發生較大變化。經巡查，發現左幅隧道出口洞頂外出現地表裂縫，裂縫最大寬度30cm，深度約10m。經實測，裂縫與線路交角約30°，處于隧道施工駐地后上方。裂縫起點對應主線里程為ZK30+000，距隧道邊線33m；裂縫終點端對應主線里程為ZK30+063，距隧道邊線56m。裂縫起點距離仰坡地畝線2m，裂縫終點距離地畝線邊25m。引起隧道初支變形加速，接近臨界值；已澆筑的第一模二襯（養護期未達到）出現放射性網狀裂紋，存在較大安全風險，急需處治。地表裂縫與隧道相對位置如圖1、圖2。

圖1 平面圖

圖2 斷面圖

2 采取措施

結合設計資料及現場實際情況，出現地表裂縫原因主要有三方面：一是隧道斷面較大，洞身開挖過程中切除堆積體下腳，擾動堆積體；二是地勢陡峭，隧道偏壓嚴重；三是隧道左側邊坡防護措施不足。結合設計、監測資料，采取處治措施如下：一是隧道左側邊坡增設預應力錨索框格梁植生袋防護，錨索為4束，長度20m，錨固長度10m，錨固力520kN，錨索布置于已實施框格梁中心部位，后實施框格梁需破除已實施框格梁連接部位，確保新舊框格梁連接成整體，預應力錨索框格梁嚴格按照路基通用圖實施；二是隧道停止掌子面施工，洞內部左側采反壓回填，在邊坡防護完成并確認地表不再變化后方可進尺；三是出現裂紋二襯需經三個月持續觀測后，確定裂縫是否發育再采取修復措施，如裂縫不再發育，可采取常規JGN型改性環氧封閉膠進行表面封閉處理；四是隧道右側增設偏壓墻，墻高6m，按路基重力式路塹墻結構實施；五是盡快完成邊坡預應力錨索框格梁施工，持續對地表、洞內進行監測，如有變形加快情況時，及時上報有關單位；六是隧道施工嚴格按照設計及規范施工，確保工序銜接合理。（圖3、圖4）

圖3 邊坡防護圖

圖4 處治設計圖

3 具體處治方案

3.1 驗算滑動面，制定防護措施

發現上述情況后，立即組織地勘人員對滑動土體開展補充地勘工作。開展滑動面驗算工作。采用規范：通用方法，計算目標：剩余下滑力，計算地震烈度：8度，水平地震系數：0.2，地震作用綜合系數：0.25，地震作用重要性系數：1.0，地震力作用位置：質心處，水平加速度分布類型：矩形。本塊始點X=69.519，末點X=72.149，上塊傳遞推力=442.638（kN），推力角度=33.491（度），本塊滑面粘聚力=15（kPa），滑面摩擦角=12.000（度），本塊總重（包括水）=369.391（kN），本塊總附加力Px=-0（kN），Py=0（kN），本塊筋帶在滑面切向力Pt=0（kN），本塊滲透水壓力=0（kN），本塊水浮力=0（kN），本塊水平地震力=18.47（kN），本塊豎向地震力=0（kN），有效的滑動面長度=3.153（m），下滑力=720.513（kN）。

經驗算，下滑力為720kN，故而坡面防護設置錨索框格梁防護，設計錨固力750kN，錨索為6束，錨固深度10m，可以有效抵消滑動面下滑力作用。（圖5、圖6）

圖5 地質斷面圖

圖6 驗算模型

3.2 持續開展地表，洞內監控量測

一是采取加密地表觀測點、加密觀測頻次，詳細記錄地表沉降、位移值；二是加密洞內監控量測及開裂二襯裂紋觀測頻次，仔細記錄相關數據。

3.3 預應力錨索框格梁施工（圖7、圖8）

圖7 錨索框格梁施工流程圖一

圖8 錨索框格梁施工流程圖二

①放樣、搭設腳手架：根據邊坡長度準確放出框格位置和錨索鉆孔的位置，孔位誤差不得超過土50mm；腳手架采用φ48鋼管搭設，每根立桿底部應設置底座或墊板，腳手架搭設縱、橫向。掃地水平桿距地面20～30cm，腳手架設置足夠和牢固的拉結點，并設置斜撐以增加支架的整體穩定性，不得隨意加大腳手桿距離或不設拉結。腳手架外掛防護立網隨施工升高而升高，腳手板鋪平，在腳手架搭設過程中要及時設置連接桿、剪刀撐，鋼管腳手架搭設完成后須拉設四周纜風繩錨固，避免腳手架的變形、傾倒。

②鉆機就位、鉆孔：根據坡面測放孔位，準確固定安裝鉆機，并嚴格進行機位角度調整，確保錨索孔開鉆就位，鉆孔要求干鉆，禁止采用水鉆，以確保錨索施工不至于惡化邊坡巖體的工程地質條確保孔壁的粘接性能。

③高壓風清孔：鉆至設計孔深時，不能立即停鉆，要求穩鉆1-2分鐘；然后采取高壓風進行清孔，驗收合格方能進行下一步施工。

④錨索制作、驗收及安裝：錨索鋼筋應集中在鋼筋預制場進行集中加工，然后運輸至施工現場進行存放。錨索安裝前要確保每根鋼筋順直、除銹、除油污，涂抹防銹劑，認真核對錨孔編號，確認無誤后再次用高壓風清孔，人工緩慢將錨索體放入孔內。

⑤制作泥及注漿：錨索孔內灌注M30水泥砂漿，水灰比0.4～0.45，灰砂比1:1，砂漿體強度不低于30MPa。采用從孔底到孔口返漿式注漿，注漿壓力不低于0.3MPa，并應與錨索拉拔試驗結果一致；灌漿管插入距孔底300mm～500mm處，漿液自下而上連續灌注，隨著漿液的灌進，慢慢拔出灌漿管。

⑥錨索注漿養護：錨索孔灌漿后，至少養護7天，待錨索孔內砂漿強度達到設計強度的80%后，進行下一步施工。

⑦框格梁挖基：測量放出框格的位置，然后人工進行開挖，開挖基坑內土要夯實。人工鋪設鋼筋籠，并進行綁扎牢固，變形縫處的拱形鋼筋應斷開。鋼筋安裝完后驗收合格后方可進行模板安裝，模板在安裝之前應涂抹脫模劑。

⑧鋼筋及模板安裝：模板安裝完成后再次檢查框格尺寸、鋼筋布置位置、數量與布設間距、鋼筋是否綁扎牢固等，并向監理工程師申請澆筑框格混凝土。

⑨混凝土澆筑：框格與錨斜托臺座應一起澆筑，錨具也應一起進行安裝澆筑固定，澆筑混凝土過程必須連續作業，邊澆筑邊振搗密實。

⑩混凝土養護：每施工完成一段，待混凝土初凝后，進行覆蓋定時灑水養護。覆蓋養生7天，待框格混凝土強度達到80%以上時方可進行錨索的張拉施工。

?錨索張拉及封錨：錨索張拉必須采用專用設備進行，并在張拉作業之前進行設備的標定。張拉采用“雙控法”進行質量控制，即以控制油表讀數為準，用伸長值進行校核。錨索鎖定后，做好標記，觀察三天，沒有異常情況即留長10cm后用手提砂輪機切割多余鋼絞線（嚴禁使用電弧燒割）。最后用水泥砂漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙，用C25砼作封錨處理。

3.4 洞內左側土體反壓回填

采取自卸汽車就近運輸土體，反壓回填隧道洞內左側，回填高度為拱頂下3m。

3.5 設置偏壓墻

于出口段偏壓段設置偏壓墻，偏壓墻采用6.0高重力式路塹墻結構，按照路基通用圖實施。

3.6 停止隧道掌子面進尺

停止隧道掌子面進尺，待錨索框格梁施工完成后嚴格按照設計及規范施工，持續對開裂二襯觀測三個月，判定是否為結構性裂縫。

4 應急措施

發現地表裂縫情況后，立即采取以下應急措施：一是撤離全部駐地人員，封閉駐地，禁止一切人員進入；二是隧道左洞停止進尺、封停掌子面；三是對裂縫位置、寬度、深度進行測量；四是裂縫采用水泥漿封堵，裂縫表面采用彩條布覆蓋，防止雨水直接流入；五是加密沉降觀測點，每日監測山體變化；六是向上級單位匯報情況并做好應急措施準備。

5 處治效果

通過地表、洞內監測數據顯示，在預應力錨索張拉前后監測數據明顯變化；張拉前地表持續緩慢沉降、位移，張拉后持續觀測一個月未發現明顯沉降、位移，地表裂縫不再繼續發育；洞內初期支護監控量測數據正常；二襯裂紋未繼續變化，采取JGN型改性環氧封閉膠進行表面封閉處理。處治措施達到得當，既保證安全又未對整體工期造成影響，達到預期效果，較好的解決了類似工程問題。

6 結束語

隧道進出口若出現淺層堆積體，可采取預應力錨索框格梁防護，可有效解決中淺層堆積體滑移問題。隧道偏壓地段，及時施工偏壓墻，起到較好的支擋作用。本次隧道處治表明，處于堆積體淺埋偏壓不良地質時應充分結合現場地質資料，確定工程措施；一方面確保技術可行，另一方面避免措施過強增加投資。通過本次隧道處治，為類似工程提供一定的借鑒。