薛文勛

【摘 要】隧道施工在“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉”的施工思路指導(dǎo)下，根據(jù)實(shí)際圍巖變化情況，調(diào)整施工方案，在淺埋段，一般地質(zhì)條件較差，易受地表因素影響。此時(shí)隧道施工難度主要表現(xiàn)為成洞困難，常發(fā)生塌方、冒頂事故、邊仰坡開挖后易發(fā)生坍塌，在洞內(nèi)由于圍巖的變化需調(diào)整支護(hù)參數(shù)、施工方案，科學(xué)的施工方法和施工工藝是控制病害發(fā)生和發(fā)展的重要方面，它包括施工季節(jié)的選擇、開挖順序的確定、防護(hù)工程的及時(shí)實(shí)施等方面。加強(qiáng)施工中動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，采用信息施工法，可以有效地指導(dǎo)施工和驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性及可靠性。三穗至凱里高速公路寨頭隧道施工就是其中的一例，在這方面取得一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)談?wù)勼w會(huì)。

【關(guān)鍵詞】隧道 施工 病害 思考

一、工程概況

三穗至凱里高速公路屬國道主干線上海至瑞麗公路在貴州境內(nèi)的一部份，雙向四車道，路基寬度為24.5米，設(shè)計(jì)時(shí)速為80km/h，隧道較多，寨頭隧道為其中的一座，寨頭隧道為聯(lián)拱隧道，單洞限界凈寬：2×3.75m車行道+2×0.5m路緣帶+2×0.25m余寬+0.75m檢修道=9.75m。限界凈高：5.0m。路面橫坡：?jiǎn)蚊鏅M坡3%。設(shè)計(jì)荷載：汽車-超20級(jí)、掛車-120。隧道樁號(hào)為：K74+420~K74+765，隧道長度為：345米。

寨頭隧道屬三凱高速公路第四合同段，原線路設(shè)計(jì)中里程為K74+510~+760，全長250m，連拱隧道，在K74+510~+560段，采用暗挖形式通過高陡自然斜坡，襯砌形式采用II類加強(qiáng)襯砌，K74+560~+600段為明洞。后經(jīng)地質(zhì)勘察證實(shí)，K74+420~+560段為一老滑坡體，K74+420~+510段的滑體已滑走，自然地形較陡，如按設(shè)計(jì)坡率刷方，將出現(xiàn)70~90m的高邊坡，K74+510~+560段的滑體尚未發(fā)生大滑動(dòng)，在地形上形成一山脊。鑒于這種情況，有關(guān)設(shè)計(jì)單位對(duì)此段進(jìn)行了設(shè)計(jì)變更，在確定方案時(shí)主要考慮以下三個(gè)因素：①K74+510~+560段隧道位于老滑坡殘留體上；②出現(xiàn)高邊坡；③線路左側(cè)下部為一小學(xué)，如果進(jìn)行刷方，施工爆破產(chǎn)生的飛石和危石威脅學(xué)生安全，小學(xué)搬遷費(fèi)用大。經(jīng)多方論證，決定將隧道向三穗方向延長90m，即隧道進(jìn)口的線路里程改為K74+420，延長隧道形式采用抗偏壓框架和抗偏壓擋墻；另外對(duì)K74+510~+560段的滑體設(shè)置抗滑樁進(jìn)行支擋，具體工程措施如下：（1）K74+420~+560段地表注漿：在該段范圍內(nèi)采用地表注漿進(jìn)行預(yù)加固，沿線路長140m，垂直線路寬34.3m，加固深度4~10m。（2）K74+485~+520段抗滑樁：在距右線隧道中線右側(cè)10m處設(shè)置一排抗滑樁，共計(jì)8根，樁身截面為2m×3m，樁中至中間距5m，樁長28~35m，抗滑樁頂采用地梁連接成整體。（3）K74+420~+500段抗偏壓框架：左線采用抗偏壓框架，右線仍采用暗挖隧道?？蛊珘嚎蚣芫唧w設(shè)計(jì)為：①外墻：承載樁為基礎(chǔ)，樁間設(shè)置30cm厚的擋渣板，樁與樁采用地梁連接，地梁上施做外墻，樁間外墻采用拱形連接，外墻頂寬1m，胸坡1：0.3，底寬4.24m，高10.8m，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土；②內(nèi)墻：由1.5m×2.5m的中墻樁與中墻擋板、外加30cm厚的防水墻組成；③頂板：頂板為跨度11.4m、厚1m的鋼筋混凝土板；④底板：底板為跨度11.4m、厚1.2m的鋼筋混凝土板。（4）K74+500~+535段抗偏壓擋墻：K74+500~+535段左幅隧道因地形原因處于偏壓狀態(tài)，所以在隧道外側(cè)設(shè)置抗偏壓擋墻結(jié)構(gòu)?？蛊珘簱鯄Σ捎镁匦纬休d樁作基礎(chǔ)，樁間設(shè)置擋渣板，樁與樁之間采用地梁連接，在地梁上設(shè)置擋墻。隧道采用暗挖法施工。

2003年4月隧道自出口向進(jìn)口方向開始單向掘進(jìn)，至2004年6月，K74+600~+760段隧道貫通，K74+560~+600段的明洞基礎(chǔ)形成，隨即開始K74+510段中導(dǎo)洞的開挖工作，至2004年8月，中導(dǎo)洞開挖了20m。受中導(dǎo)洞開挖和自然降雨的影響，加之K74+485~+520段抗滑樁尚未施工，K74+510~+560段的老滑坡殘留體出現(xiàn)變形跡象，在距線路中線60m的右側(cè)山坡上出現(xiàn)一長50m、寬3~6cm的貫通裂縫，2004年10月，坡體變形加速，中導(dǎo)洞混凝土開始開裂、掉塊。根據(jù)坡體變形情況，設(shè)計(jì)單位對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行變更，主要內(nèi)容有：①調(diào)整原設(shè)計(jì)變更中抗滑樁，抗滑樁位置向山側(cè)平移5m，范圍調(diào)整為K74+485~+565，抗滑樁數(shù)量調(diào)整為14根，樁截面調(diào)整為2.2m×3.4m，樁長32~55m；②在K74+535~+560段隧道開挖輪廓線左側(cè)增設(shè)一排抗滑樁，共計(jì)5根，樁身截面為2m×3m，樁中至中間距6m，樁長30m；③為盡快穩(wěn)定山體和保障抗滑樁的施工安全，在抗滑樁靠山側(cè)的坡面上增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索框架，共計(jì)24片，96根預(yù)應(yīng)力錨索。至2005年8月，抗滑樁與預(yù)應(yīng)力錨索框架施工完畢，

坡體趨于穩(wěn)定，隧道轉(zhuǎn)入正常開挖。

綜合治理平面圖

二、工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

1.地形、地貌：寨頭隧道位于臺(tái)烈鎮(zhèn)寨頭村北面，地處貴州高原東部苗嶺山區(qū)。隧道進(jìn)、出口高程分別為698、692米，隧道軸線峰頂高程為710~740米。由元古界上板溪群清水江組第三段板巖等變質(zhì)形成的峰叢及溝谷，屬構(gòu)造剝蝕的由淺變質(zhì)巖組成的中低山地貌。隧道軸線由近北東向至南西向沿山體斜坡橫穿山脊，其南東南為斜坡地形，植被發(fā)育。

2.不良地質(zhì)現(xiàn)象：隧道進(jìn)口段位于山體斜坡上，坡度較陡，沖溝中有一較厚堆積體，其成分主要為殘坡積強(qiáng)風(fēng)化板巖碎塊及砂質(zhì)粘土，厚約0~20米。碎石約占55~70%，塊徑為2~10厘米。

3.工程地質(zhì)評(píng)價(jià)：隧道工程區(qū)附近巖土構(gòu)成情況，可分為兩個(gè)區(qū)，即I、II區(qū)。其中I區(qū)主要為沖溝、山脊、斜坡等地段，其上覆蓋層為殘坡積碎石土，厚度為0.50~10.00米，下伏基巖為元古界上板溪群清水江組第三段（P璽bnbq3）灰色、深灰色薄至中層狀板巖及變余砂巖；II區(qū)主要為河谷、河漫灘、山間平地等地段，其上覆地層主要為沖洪積卵石土及耕土等組成，基巖為元古界上板溪群清水江組第三段（P璽bnbq3）灰色、深灰色薄至中層狀板巖。

三、施工中遇見問題治理對(duì)策與工程措施

1.治理對(duì)策與工程措施

寨頭隧道地質(zhì)災(zāi)害治理工程設(shè)計(jì)主要采用了“減、錨、擋、固、疏”等手段，即清方減載與錨固支擋相結(jié)合，輔以灌漿加固和截排地表水、疏排地下水。工程措施主要有：錨索框架(錨墩)、掛網(wǎng)噴錨、抗滑樁（錨索抗滑樁）、樁板墻、灌漿加固、大管棚、超前小導(dǎo)管等，下面就各種工程措施簡(jiǎn)述如下：

（1）清方減載：在條件允許的情況下，清方減載是較為經(jīng)濟(jì)的一種措施。但由于隧道附近邊坡的自然坡度較陡，一般為20~50°，過度的清方又會(huì)增大邊坡高度，往往會(huì)出現(xiàn)“搬山頭”現(xiàn)象，大大增加坡面防護(hù)的工程量，同時(shí)對(duì)自然植被破壞較大，所以采取這種措施時(shí)，應(yīng)把握好尺度，要進(jìn)行各種方案的比選取。

（2）預(yù)應(yīng)力錨索：巖土錨固是近年來發(fā)展較快的、成熟的技術(shù)、廣泛應(yīng)用于巖土工程諸多領(lǐng)域，它具有可提供大噸位的主動(dòng)力、工程布置靈活、經(jīng)濟(jì)、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，在三凱高速公路的滑坡治理和高邊坡加固中大量使用，尤其是在滑坡的剪出口較高或有多層滑帶時(shí)，效果較為明顯；在預(yù)應(yīng)力錨索端部一般設(shè)置鋼筋混凝土框架或錨墩作為反力裝置；在治理大型地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，一般與（錨索）抗滑樁組合使用。（3）（錨索）抗滑樁：作為一種大型的支擋工程措施，是治理滑坡的主要手段之一，特別是錨索抗滑樁，其受力合理，截面小，能提供較大的抵抗力。與預(yù)應(yīng)力錨索框架組合使用，在坡腳設(shè)置（錨索）抗滑樁，上部設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索框架，這種組合在工程實(shí)際中十分常見，事實(shí)證明是經(jīng)濟(jì)合理的,例如k74+410---k74+700邊坡病害治理。

（4）灌漿加固：在坡體松散或坡體由坍塌體組成，無法形成設(shè)計(jì)坡面時(shí)，可采用此方法。邊坡開挖之前，預(yù)先在自然坡面上打孔注水泥漿，對(duì)坡體進(jìn)行加固；但因灌漿效果不易評(píng)價(jià)，應(yīng)用時(shí)一般只作為輔助工程，例如k74+410---k74+700邊坡病害治理。

2.隧道病害分析

（1）隧道進(jìn)、出口病害

隧道進(jìn)、出口發(fā)生的病害較多，隧道開挖仰坡和進(jìn)洞時(shí)產(chǎn)生了大量的變形破壞，如寨頭隧道進(jìn)、出口，病害導(dǎo)致隧道中導(dǎo)洞或初襯產(chǎn)生變形、開裂甚至垮塌的現(xiàn)象。多數(shù)病害的發(fā)生都和坡體自身結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而與是否采用隧道方式關(guān)系不大，因在隧道進(jìn)、出口段，隧道開挖和路塹邊坡開挖對(duì)坡體穩(wěn)定的影響基本相同。

在隧道進(jìn)、出口地質(zhì)病害中，其危害的表現(xiàn)形式一般是隧道洞身混凝土強(qiáng)度不足以抵擋外力出現(xiàn)變形、開裂現(xiàn)象。產(chǎn)生外力的原因一般有以下三種：①坡體不穩(wěn)定，（工程）滑坡變形產(chǎn)生的推力；②自然地形導(dǎo)致的偏壓力；③圍巖條件差，坡體內(nèi)部自身重力引起的圍壓力。治理此類病害時(shí)，針對(duì)外力產(chǎn)生的三種原因，也可分為三種對(duì)策：①采用預(yù)應(yīng)力錨索、抗滑樁等錨固、支擋措施消除坡體變形對(duì)隧道洞身的影響；②采用抗偏壓隧道結(jié)構(gòu)形式；③調(diào)整隧道支護(hù)參數(shù)，使之與圍巖特性相匹配。常見的工程措施一般有：預(yù)應(yīng)力錨索、抗滑樁、抗偏壓框架（擋墻）、注漿、超前支護(hù)等。

（2）隧道進(jìn)、出口所在坡體為病害體

病害體的類型不一，如寨頭隧道進(jìn)口段為老滑坡體，隧道開挖引起病害體復(fù)活，或產(chǎn)生新的工程滑坡，導(dǎo)致隧道變形開裂，其變形機(jī)制由病害體類型決定。此類病害中，病害體的變形或滑動(dòng)方向與隧道走向之間的關(guān)系是一個(gè)非常重要的因素，寨頭隧道進(jìn)口段滑動(dòng)方向與隧道走向垂直，此時(shí)隧道變形主要表現(xiàn)形式為偏壓，構(gòu)筑物出現(xiàn)水平的、貫通的剪切裂縫和多條環(huán)狀的拉張裂縫，監(jiān)測(cè)資料反映主要為側(cè)向擠壓變形。

（3）隧道進(jìn)、出口位于陡坡地段

三凱高速公路多數(shù)地段地勢(shì)險(xiǎn)峻，橫坡較陡，隧道開挖后，如坡體產(chǎn)生變形，如坡體穩(wěn)定，一般會(huì)出現(xiàn)因地形所引起的偏壓。嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致洞身構(gòu)筑物的變形開裂，主要表現(xiàn)形式為：靠山側(cè)洞身上部出現(xiàn)斜向的剪切裂縫，靠河側(cè)拱腳混凝土出現(xiàn)壓裂跡象，裂縫形狀不一；另外變形的范圍受地形控制。

（4）隧道進(jìn)、出口位于淺埋地段

在“早進(jìn)洞，晚出洞”的設(shè)計(jì)思路指導(dǎo)下，多數(shù)隧道的進(jìn)、出口都或多或少地有一部份屬于淺埋段。在淺埋段，一般地質(zhì)條件較差，易受地表因素影響。此時(shí)隧道施工難度主要表現(xiàn)為成洞困難，常發(fā)生塌方、冒頂事故（如三凱高速公路屯州隧道出現(xiàn)了冒頂事故）。

（5）隧道與病害體的空間關(guān)系控制病害的規(guī)模和性質(zhì)

在線路修建過程中，不可避免地要對(duì)自然邊坡進(jìn)行改造。在出現(xiàn)地質(zhì)病害中，隧道與病害體的空間關(guān)系控制地質(zhì)病害的性質(zhì)和規(guī)模，如隧道在病害體中、前部通過，病害性質(zhì)一般為工程滑坡，規(guī)模較大，而且病害體的滑動(dòng)方向與隧道走向之間的關(guān)系決定隧道變形的表現(xiàn)形式；如隧道在病害體后部通過，病害性質(zhì)則為地形偏壓，規(guī)模小。

3.遇見實(shí)際問題情況及治理措施

寨頭隧道K74+440~+565段山體開裂治理方案（1）出現(xiàn)情況：隧道K74+565~K74+545段正在進(jìn)行中導(dǎo)坑施工，由于本段巖石嚴(yán)重風(fēng)化、破碎，管棚施工時(shí)，鉆孔至20米左右，出現(xiàn)鉆頭無法拔出，K74+500~K74+550段隧道山體開裂距隧道中線50m，比設(shè)計(jì)高程高57m，裂縫寬5cm，主縫長50m。根據(jù)施工情況及本段隧道所處的位置、地質(zhì)地貌，本段山體開裂系淺層滑坡，由于山高坡陡，巖體破碎，且處老滑床上緣。2004年7月12日~19日連降大雨，引發(fā)坡頂開裂，即使不施工，裂縫也會(huì)產(chǎn)生，與施工無聯(lián)系。但是若不對(duì)該滑坡體作合理處理，危害極大，必然對(duì)隧道的穩(wěn)定、施工安全造成嚴(yán)重不利。對(duì)山腳下民房及村民生命安全危害極大。

治理措施：2005年2月1日上午對(duì)K74+440~K74+565段開裂山體進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)查看，該段山嶺開裂嚴(yán)重危及山腰抗滑樁、地表注漿施工及坡腳寨頭小學(xué)及周圍村民安全，但若停工待處理，將嚴(yán)重影響工期。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查看結(jié)果并結(jié)合實(shí)際情況，為確保工期、并保證施工安全和坡腳學(xué)校及村民的生命財(cái)產(chǎn)安全、防止事態(tài)繼續(xù)擴(kuò)大、采取如下緊急處理措施：1、在K74+440~K74+565段山體開裂范圍內(nèi)采取注漿固結(jié)開裂山體。2、K74+440~K74+565段注漿范圍內(nèi)設(shè)置錨索框架，錨索需嵌入基巖。

（2）出現(xiàn)情況：隧道所處地質(zhì)條件復(fù)雜，地表為坡積碎石土層，松散破碎，厚度達(dá)8~10米，屬淺埋偏壓隧道。2005年6月19日凌晨，已施工的K74+505~565中導(dǎo)坑左側(cè)初期支護(hù)出現(xiàn)開裂，裂縫最大寬度達(dá)10cm；并且K74+485~565段右側(cè)山頂裂縫也進(jìn)一步發(fā)展，且變化較大，6月19日至6月20日，裂縫寬度變化達(dá)25mm。經(jīng)分析研究，由于此前兩天普降大雨，坡積碎石土層變形體松散、空隙率大，受雨水浸泡、滲入，加上該山坡上所設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力錨索框架正在施工，但并未張拉，使得裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大和延伸。由于該段隧道為淺埋隧道，所處地勢(shì)較陡，加之覆蓋層為坡積碎石土層，松散破碎且厚度較厚，雨水較容易滲入，增加了對(duì)隧道偏壓，使得K74+505~565中導(dǎo)坑左側(cè)初期支護(hù)出現(xiàn)開裂。由于該段工點(diǎn)工期緊張，而山體變形和傍山偏壓又給孔樁開挖及隧道施工造成安全隱患，故應(yīng)對(duì)該段山體進(jìn)行綜合整治，以確保隧道施工和后期運(yùn)營安全。

治理措施：（1）K74+485~565段隧道右側(cè)設(shè)置一排錨索樁，樁間距6m，樁身截面2.4m×3.6m，樁長27~46m，共計(jì)14根。（2）K74+485~565段錨索樁頂以上4m處山坡設(shè)置一排預(yù)應(yīng)力錨索框架，共8片，以治理山坡和保證孔樁開挖安全。（3）K74+420~485段隧道頂以上15m處山坡設(shè)置一排預(yù)應(yīng)力錨索框架，共7片，以確保該段隧道施工安全。（4）K74+565~585段隧道右側(cè)山坡設(shè)置4片預(yù)應(yīng)力錨索框架，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形布置，以確保該段隧道施工和后期運(yùn)營安全。（5）為防止K74+565處仰坡山體繼續(xù)變形而影響明洞安全，在該處仰坡上設(shè)置3片預(yù)應(yīng)力錨索框架。

四、施工效果評(píng)價(jià)

該隧道于2003年4月20日開始施工，2006年8月20日完工，在“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉”的施工思路指導(dǎo)下，根據(jù)實(shí)際圍巖變化情況，調(diào)整施工方案，在施工逐步掘進(jìn)的過程中，出現(xiàn)問題，現(xiàn)場(chǎng)研究處理，通過上述方案的處理，效果顯著，目前沒有發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量問題，工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

五、結(jié)語

隨著山區(qū)高速公路的不斷延伸，在線路設(shè)計(jì)中，隧道的數(shù)量和長度不斷增加，隧道進(jìn)、出口不良地質(zhì)病害愈發(fā)常見，因病害位于隧道進(jìn)、出口，常導(dǎo)致隧道無法進(jìn)洞，不僅造成建設(shè)費(fèi)用增加，且往往成為影響工期的主要因素。通過對(duì)三凱高速公路寨頭隧道施工中發(fā)生的不良地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行總結(jié)和反思，主要有以下幾點(diǎn)：

（1）在方案設(shè)計(jì)階段，確定線路走向時(shí)應(yīng)充分考慮線路在通過不良地質(zhì)區(qū)域時(shí)可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，尤其是影響范圍較大的區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造，并將其作為衡量線路走向是否合理的重要技術(shù)指標(biāo)之一；在施工圖設(shè)計(jì)階段，地質(zhì)勘察的重點(diǎn)查清不良地質(zhì)災(zāi)害體的坡體結(jié)構(gòu)，在線路設(shè)計(jì)中調(diào)整線路通過災(zāi)害體的形式或主動(dòng)進(jìn)行防護(hù)。

（2）加強(qiáng)施工階段的地質(zhì)工作，通過開挖揭示的地質(zhì)剖面可以使工程技術(shù)人員真實(shí)、直觀地了解坡體的工程地質(zhì)情況，彌補(bǔ)地質(zhì)勘察的不足，若發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況有變化，可立即調(diào)整設(shè)計(jì)、施工方案。

（3）在工程施工中發(fā)生不良地質(zhì)并影響工程安全后，應(yīng)采用各種地質(zhì)勘察手段，查清不良地質(zhì)的坡體結(jié)構(gòu)和變形機(jī)制，選取合理的工程措施對(duì)不良地質(zhì)進(jìn)行整治，做到有的放矢。

（4）對(duì)于隧道進(jìn)、出口位置，在查清坡體結(jié)構(gòu)后，通過數(shù)值分析或類比等方法判斷坡體在開挖后的穩(wěn)定度，如坡體不穩(wěn)定，可調(diào)整隧道進(jìn)、出口位置來避開不良地質(zhì)。一般情況下，易將隧道進(jìn)、出口向山側(cè)內(nèi)移，使之位于穩(wěn)定邊坡內(nèi)。

（5）每種工程措施都有優(yōu)缺點(diǎn)，要注意各自的適用條件，應(yīng)根據(jù)具體情況選用工程量措施，使其充分發(fā)揮作用，才能做到經(jīng)濟(jì)合理。

（6）在隧道施工中，科學(xué)的施工方法和施工工藝是控制災(zāi)害發(fā)生和發(fā)展的重要方面，它包括施工季節(jié)的選擇、開挖順序的確定、防護(hù)工程的及時(shí)實(shí)施等方面。加強(qiáng)施工中動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，采用信息施工法，可以有效地指導(dǎo)施工和驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性及可靠性。

(作者單位：貴州省交通建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司）