大斷面隧道淺埋偏壓洞口段施工關鍵技術及應用

許王亮

(中鐵北京工程局集團第一工程有限公司，西安 710000)

1 引言

在隧道施工中，特別是洞口處于山體覆蓋層厚淺埋偏壓段時，隧道進洞處理方案一直是隧道施工的難點[1]。目前，已經有很多專家學者對該問題進行了深入研究。趙慧龍[2]采用數值模擬的方法比較全斷面法和臺階法開挖對洞口段地表位移、圍巖變形和應力進行綜合分析，最終提出了確定了經濟合理的施工參數；吳子瀛[3]通過比較明洞、回填暗挖、半明半暗3 種進洞方案，最終認為半明半暗進洞方案更適合大斷面隧道淺埋偏壓洞口段施工；王建秀等[4]考慮4 種不同連拱-邊坡作用模型，按強度折減法分析了邊坡穩定性，其認為三導洞工法更適合偏壓洞口段施工。針對淺埋偏壓隧道極易受地形條件的影響，容易發生地質災害，施工難度和風險大的問題，本文以大涼山1 號隧道為工程背景，分析隧道偏壓形成條件與判斷條件，最終提出淺埋偏壓段隧道洞口段施工技術方法，并對處理中的關鍵技術進行具體介紹。

2 工程概況

大涼山1 號隧道全長15.3 km，隧址位于四川省涼山彝族自治州雷波縣谷堆鄉。隧址區屬侵蝕構造高山地貌，地貌基本形態主要受地質構造控制，并與地層巖性密切相關，擬建隧址區高山逶迤，穿過背斜核部，為典型背斜成山地貌，“V”形橫向谷比較發育，植被一般，隧道進口段原地形見圖1。隧道設計為雙向分離式越嶺隧道，總體構造為兩背斜加一向斜加F1、F2斷層，不良地質主要為巖溶、不良氣體、膨脹軟巖、斷層；洞口植被稀少，多為雜草，主要地層為崩坡積塊、碎石土，覆蓋層平均厚度為16 m，屬于淺埋隧道。

3 隧道偏壓機理分析

一般，隧道偏壓指隧道支護結構某一部分受力較大的現象。這種現象的原因可以大致歸結為兩個方面：(1）人為因素。由于施工方法不當，掌子面局部塌方，引起部分支護結構上應力集中，最終導致隧道偏壓。(2）地質因素。地質因素還可以分為地形和地層兩種因素。傍山而建且淺埋的隧道洞口段易產生偏壓情況。除此之外，在巖石節理廣泛發育，自穩能力較差的地層中施工，若施工方法不當且對不良地質情況沒有進行合理處置，一旦受到干擾，沿層理面巖石出現相對滑動，進而出現塌方等施工安全事故，并造成隧道偏壓。

不同原因導致的偏壓需要應用不同的判斷條件。開挖不當、支護不及時造成掌子面局部塌方，或支護結構回填不實等均有可能引起人為原因的隧道淺埋偏壓； 當所建隧道處于松散破碎圍巖地段(以III、IV 級圍巖為代表，Ⅴ級圍巖時要特別注意）、地表坡度較大等地質條件時，需要注意淺埋偏壓對支護結構的影響。

4 進洞處理措施

隧道洞口段淺埋偏壓常用處置措施為削坡、減載。該方法通過削減偏壓邊坡土體，從而達到降低邊坡壓力的目的。需要指出的是，當隧道開挖范圍較小時，治理效果較差，且可能造成新的邊坡滑移；當開挖范圍較大時，施工成本較高，且不滿足文明施工的要求。由于本項目右洞設計無明洞，需將暗洞明做，若使用削坡、減載的方法，在開挖時反而增大偏壓的臨空面，使山體滑坡的風險反而加大，因此，常用的處理方法不能使用在本項目。因此，本文提出了一種大斷面隧道淺埋偏壓洞口段施工的新方法。

4.1 項目洞外措施

1）洞口施工流程包括：隧道右洞二灰土反壓回填；截排水溝施工并對洞頂地表注漿加固；洞頂抗滑樁施工；洞口路塹墻施工；開挖洞口時對洞口邊仰坡進行掛網錨噴支護；超前大管棚施工；隧道暗洞開挖、初期支護；隧道底基礎換填(注漿加固）；仰拱、仰拱回填施工以及明洞襯砌施工；并回填洞門，最后進行暗洞施工。

2）抗滑樁：在洞口左側5 m 外設置抗滑樁，右洞設置5 根長26 m 的B 型抗滑樁，每根抗滑樁間距5 m，截面尺寸為2.0 m×3.0 m，見圖2。抗滑樁為一種阻斷滑動面相對移動的樁形結構，能承受較大橫向滑坡力。十分適用于裂隙發育不完全、完整性較好的巖體或滑動面較單一、傾角小，且滑動面以下為較完整的基巖。抗滑樁施工前做好樁區地表截、排水及防滲工作，采用人工挖孔時需注意間隔開挖，嚴禁在雨季施工。挖孔過程中，應對斜坡進行觀測，并根據變形情況調整開挖速度。

3）二灰土反壓回填：反壓回填通過改變隧道地形地貌，削弱偏壓作用，達到減小隧道應力集中的目的，見圖3。一般，二灰土采用廠拌法生產，沿右側洞口山坡分層回填、碾壓和夯實。填料采用穩定性良好的土塊，石灰、粉煤灰和土的配比分別為12%∶35%∶53%。拱頂覆土厚度應大于或等于3 m，當回填到頂層后要考慮設計排水坡度，保證回填段不積水。

4）地表注漿加固：該方法要求注漿寬度超出開挖直徑3～5 m 以上，注漿長度超出偏壓段長度5～10 m 以上；注漿孔按梅花形布置，縱、橫間距1.0 m×1.0 m，注漿深度5～9 m。對注漿漿液并無特殊要求，一般為單液水泥漿，特殊情況某些特制的化學漿液增強黏聚力。

5）擋墻加固及邊坡開挖：一般配合二灰土反壓回填使用，通過抵擋仰坡下滑，從而達到消減偏壓對安全施工的影響。洞口開挖后需及時施作擋墻，保障洞口段施工安全。洞口注漿完成、反壓回填、擋墻、抗滑樁驗收合格后，進行洞口邊仰坡開挖。開挖時應自上而下分層開挖，每層開挖高度2.0 m，邊仰坡采用錨桿、掛網、噴射混凝土封閉，開挖后及時進行防護，隨開挖分層及時施作。

6）超前大管棚支護。洞口淺埋段位于斷層破碎地層中，應采用大管棚預注漿使破碎巖體形成緊密整體，增加施工安全性。一般，大管棚施工作業先施作導向墻，導向管安裝前定位要準確無誤，導向管安設后要精確復核，保證安裝準確。

4.2 項目洞內措施

對于淺埋偏壓隧道，目前采取的措施包括超前支護、分步開挖、加強初支、增強二襯以及提前施作二襯等。除此之外，針對地基承載力不滿足設計要求的偏壓隧道，還應同時加基地注漿、鋼管樁等措施增強地基承載力，并同步加強監控量測。本文提出的關鍵技術包括以下幾種：(1）超前支護的措施，加長加密超前錨桿，超前小導管注漿配合鋼支撐等。(2）隧道分步開挖，眾多工程實例證明，全斷面法并不適用于偏壓隧道開挖。通常的做法是將大斷面開挖轉變為多次小斷面開挖，減少對地層的擾動，逐步釋放地層應力，如多臺階法和單側、雙側壁導坑法。開挖應開挖隧道偏壓一側，釋放圍巖應力，再開挖另一側。同時縮短每次開挖進尺，減輕對圍巖擾動。(3）加強初期支護的措施，于偏壓側增設徑向小導管或錨桿，適當增加偏壓側初支設計厚度，采用高強度混凝土，增強初支鋼架間的縱向連接強度，充分發揮聯合支護的作用。(4）加強監控量測，由于偏壓隧道圍巖變形發展迅速，因此，適當加密量測斷面和量測頻率，及時處理量測信息，根據拱頂下沉等位移信息判斷偏壓段隧道的施工是否滿足安全要求，并采取相應技術措施，對保證安全施工至關重要。

5 結語

大斷面隧道淺埋偏壓洞口段由于偏壓導致圍巖變形，地質災害常發，嚴重威脅施工安全。隧道的偏壓是施工因素、地質因素和地形因素綜合作用導致的，在實際施工中應及時根據地質情況進行動態施工，采取相應措施。合理的施工順序和加固措施尤為重要。選擇增設抗滑樁、二灰土反壓回填、地表注漿加固，結合邊坡擋墻和超前支護的綜合方法降低山體滑坡對施工安全的影響。加強隧道洞口段洞內變形以及地表沉降的監控量測，根據監測數據，判斷隧道施工是否安全并采取相應措施。