淺埋偏壓型隧道洞口段邊仰坡開裂加固處治技術

摘要：隧道洞口處于淺埋偏壓時，由于過度放大預留變形量、施工開挖方法執行不到位、施工步距等因素會造成開挖輪廓線外松動圈不斷擴大，使地表邊仰坡出現沉降開裂，從而導致洞口段山體處于不穩定的狀態，洞內施工安全風險大。文章結合某隧道淺埋偏壓洞口段邊仰坡開裂處治的工程案例，通過對偏壓段偏壓側加長明洞、設置擋土墻回填反壓、洞內注漿加固、加強鎖腳等措施，處理效果明顯，可為類似工程病害處治提供借鑒。

關鍵詞：山嶺隧道；淺埋偏壓洞口；開裂；處治技術

U457+.3A321012

0 引言

工程上倡導隧道選線時軸線方向盡可能與地形等高線垂直正交，避免平行或小角度相交進洞［1］。由于走廊帶稀缺、用地、基本農田等客觀因素控制，山嶺重丘區隧道選線常出現與等高線小角度相交的情況，從而導致淺埋偏壓洞口逐漸增多。洞口段一般處在全～強風化層中，拱頂覆蓋層較薄、圍巖自穩能力弱，設計上常要求洞口零開挖進洞，暗洞開挖采用側壁導坑法、預留核心土法等控制沉降變形的工法［2-4］，但還是會時常出現洞口段邊仰坡開裂、洞內沉降變形。究其原因，施工隧道洞口偏壓段時，洞身兩側圍巖側壓力差異、地基承載力不足，會造成較大的沉降變形［5］。加之施工隊伍為了避免初支侵限換拱情況，經常通過采取加大預留變形量的做法，進一步放任圍巖變形［6］，其后果是隧道洞內沉降變形大，開挖輪廓外松動圈不斷擴大。當變形值超過支護結構允許值時，洞內發生大變形甚至垮塌，從洞頂影響到坡體，地表出現大量裂縫，山體自穩能力大幅度降低［7-8］。

針對這種情況需要采取洞內掌子面反壓、支護補強、圍巖進行加固，洞外支擋反壓等措施后，才能繼續開挖掘進，否則會出現隧道坍塌、“關門”等情況。本文結合某隧道淺埋偏壓洞口段邊仰坡開裂處治的工程案例，通過對偏壓段偏壓側加長明洞、設置擋土墻回填反壓、洞內注漿加固、加強鎖腳等措施，處理效果明顯，為類似工程病害處治提供借鑒。

1 工程概況

西部山區某高速公路長隧道，隧道區屬低山丘陵侵蝕地貌，山體連綿起伏，地形起伏較大，地形地貌主要受地層巖性及地質構造控制。隧道穿過丘陵地貌區，地形起伏大，地面標高為505.00～742.50 m，地面相對高差約為237.50 m。進洞口坡形較緩，最大坡角約為20°，出洞口隧道斜坡相對較陡，坡度一般為30°～40°，多覆蓋殘坡積硬塑粉質黏土。其中出現邊仰坡、山體開裂的段落位于隧道出口段，左右洞錯幅。典型斷面圖見圖1，地質平面圖見圖2。

2022年3～4月雨季期間，左右洞仰坡及之間的邊坡上發現多處開裂縫，裂縫張開1～10 mm，局部裂縫拉裂坡頂截水溝。右洞左側K8+565處坡表可見小型淺層垮塌體，垮塌體長約15 m，高約8 m，最厚約2 m。其中左洞洞內檢測斷面沉降速率達到為14.1 mm/d，最大累計沉降量達166.3 mm，地表最大沉降速率為53.2 mm/d。右洞左側（靠近左洞，左右洞錯幅，中間設置抗滑樁作為支擋）抗滑樁可見樁體上有豎向縫隙，兩道豎向裂縫分別長8 m、6 m，裂縫整體位于抗滑樁樁板結合中心處。地表巡查均發現多處仰坡混凝土開裂、塌落，地表多處裂縫，且有擴散趨勢，洞內斷面左側拱肩可見初噴混凝土明顯凸出。

左洞洞口鎖口處在雨季來臨前施工完成了兩板二次襯砌，在此次邊仰坡開裂中左側拱肩出現數條縱向、斜向裂縫，最大裂縫寬度為0.3 mm。

2 開裂原因分析

隧道出口段為小凈距段落，設計上采取了加強支護，考慮到洞口山體偏壓嚴重，且左上方臨近縣道，為減少邊、仰坡開挖采用半拱蓋挖法進洞，護拱順應地形施作，同時在路線靠山側設置抗滑樁。綜合施工工法、洞內外變形特征、施工時間及巖層產狀等進行分析，洞內支護開裂、洞外仰坡開裂變形主要原因為：

（1）隧道出口段地層由第四系覆蓋層坡殘積粉質黏土、粉砂巖、碎裂巖及其風化層組成，龍勝—永福斷裂從出口段小角度斜交通過隧道，受龍勝—永福斷裂影響，洞口段巖體較破碎～破碎，巖質較軟，且開挖揭示山體內地下水較豐富，加上偏壓影響，可見該隧道出口段先天地質條件差。

（2）左洞出口左側上部為X146縣道，在隧道口左側上方呈360°急回頭彎形態，由于縣道外側邊溝被沖垮，邊溝內水流沖擊下方邊坡，在水流沖擊作用下上覆的殘坡積層及破碎的巖石產生崩塌，在坡腳形成小型沖積扇，可見原地表水量豐富，雖然現場已于下方抗滑樁后施做滲溝及截水溝，但依然對洞口上方邊坡造成了弱化影響。

（3）施工方在施工組織上提前預測洞內施工可能會發生較大變形，因此人為調大了預留變形量來防止初支侵限，無形中已經造成洞頂松動圈擴大，山體裂隙增多。

（4）洞口段施工正逢雨季，隧道埋深淺，地表水從山體裂隙中下滲，圍巖的力學指標隨著降雨下滲后逐步降低，隧道結構受力增加，加之沒有得到必要的支護補強處理，洞內變形、地表變形增大。洞頂截水溝因地表沉降開裂已經破壞，未能采取措施恢復原有的截水系統，進一步加重了降雨對邊仰坡的影響。

3 加固處治施工措施

3.1 加強監控量測

（1）在洞外地表特征點、抗滑樁、截水溝等加密設置監測點，提高監測頻率，按1次/d觀測，變形加劇時提高到2次/d。

（2）加強洞內監控量測工作，根據拱頂下沉、周邊收斂、基底隆起等數據，及時調整施工工序、施工支護措施，重點在于初支鎖腳加強、及時封閉。

3.2 洞內處治方案

（1）暫停左洞掌子面掘進施工，采用洞渣回填二次襯砌端頭與掌子面段，回填高度以滿足上臺階89 mm大鎖腳施工即可，補打已完成初支段上、中、下臺階的89 mm鎖腳，鎖腳長6 m。

（2）對掌子面后方初支開裂、沉降變形大的段落，采取護拱加強支撐；采取42 mm小導管@1 m×1 m間距對圍巖進行注漿加固。

（3）對左洞二次襯砌配筋進行加強，提高承載力。

3.3 洞外處治方案

（1）右洞出口左側抗滑樁至左洞端墻段增設L型擋土墻，使其與左洞左側偏壓墻端頭齊平。擋土墻為高6 m，擋墻標高以上采用洞渣按1∶1.25坡率回填反壓至左洞仰坡處。

（2）右洞洞口增設長12 m的明洞，明洞外側回填≥5 m高的C15混凝土，之上采用洞渣回填壓實，右洞右側沖溝段填平至洞頂以上≥2 m，以此高度平壓至邊坡處。

（3）右洞右側回填反壓后，順地形重新修筑排水溝，并設置消能池后，方可接順至原設計水溝中。及時恢復洞頂截水溝，并對裂縫進行灌漿封堵。

3.4 處治注意事項

（1）洞外明洞、擋土墻加固完成后方可進行洞內施工；嚴禁在未施作護拱的前提下，對掌子面后方圍巖進行注漿加固。

（2）加強超前地質預報工作，嚴格按施工工法進行施工，及時施作鎖腳，有條件時應及早封閉成環。

（3）及時完善洞外排水系統，特別是原有縣道路基邊溝排水，應加強引排，避免路邊邊溝的水進入邊坡體中。同時，多打設泄水孔，引排圍巖內部裂隙水及下滲的地表水。

4 結語

該淺埋偏壓隧道洞口段邊仰坡開裂加固處治，是在對監控量測數據、巖層產狀、地質構造、施工工法、施工時間等進行綜合分析的基礎上，通過正確地判斷病害形成機理，提出了科學合理的處治方案，并圓滿解決了該洞口段的病害問題。目前該隧道已經順利貫通，經過長達一年多的監測和監控表明，隧道結構及圍巖均處在穩定狀態。同時，現場監控量測數據表明，淺埋偏壓洞口段應采用控制變形的施工技術，支護及時封閉成環，控制施工進尺、施工步距，杜絕通過擴大預留變形量來保證支護結構不侵限的做法。此外，洞口段施工組織、施工方案應注意防排水措施，避免在雨季進行施工，降低圍巖遇水弱化的影響。通過本次隧道病害處治，從中吸取了經驗教訓，及時發現問題、分析原因、對癥下藥，可以降低施工難度、施工成本等，為后續類似隧道施工案例提供借鑒。

參考文獻：

［1］JTG 3370.1-2018，公路隧道設計規范 第一冊 土建工程［S］.

［2］JTG/T 3660-2020，公路隧道施工技術規范［S］.

［3］關寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［4］關寶樹，趙 勇.軟弱圍巖隧道施工技術［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［5］蔡元成，王 強，張 強，等.淺埋偏壓隧道邊坡穩定性分析［J］.河北工程大學學報（自然科學版），2022，39（3）：56-64.

［6］王東升，寇寶文，王 佐，等.山嶺隧道淺埋偏壓段塌方處治技術分析［J］.公路，2022，67（5）：244-247.

［7］張 敏，黃潤秋，巨能攀.淺埋偏壓隧道出口變形機理及穩定性分析［J］.工程地質學報，2008（4）：482-488.

［8］王 凱，李文杰，唐 坤，等.降雨入滲對淺埋偏壓隧道洞口邊坡穩定性的影響［J］.水電能源科學，2022，40（4）：121-124.