張宇輝

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院)

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隧道洞口坡體開(kāi)裂變形的原因分析及處理

張宇輝

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院)

針對(duì)某隧道施工期間洞口坡體開(kāi)裂及支護(hù)變形的具體情況，對(duì)變形原因進(jìn)行了分析，并提出兩種處理方案進(jìn)行了詳細(xì)比選，同時(shí)充分分析了各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，得出了當(dāng)抗滑樁樁間距過(guò)大且樁間巖土體整體性不強(qiáng)時(shí)，抗滑樁作用效果有限及工程治理中應(yīng)根據(jù)開(kāi)裂情況、開(kāi)裂原因、地質(zhì)情況、施工周期等因素綜合確定治方案等結(jié)論。

隧道洞口；開(kāi)裂；原因分析；抗滑樁；回填反壓

1 情況概述

1.1 工程概況

杭瑞高速公路貴州境大興(湘黔界)至思南段是《國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》“7918”網(wǎng)中第十二條橫向線杭州至瑞麗高速公路貴州境內(nèi)的重要段落，也是《貴州省骨架公路網(wǎng)規(guī)劃》“六縱七橫八聯(lián)”中第二橫的主要組成部分。

梵凈山2號(hào)隧道位于閔孝鎮(zhèn)紅石村周子坪地界，呈近北西走向展布，為分離式隧道，屬長(zhǎng)隧道。隧道大興端位于右偏圓曲線上，洞身處于緩和曲線及直線段上，思南端位于直線段上，隧道左右線平面線間距為30m。

1.2 破壞情況

在隧道施工階段，洞內(nèi)近50m長(zhǎng)段落內(nèi)已完成的初期支護(hù)發(fā)生拱頂下沉和周邊收斂現(xiàn)象，噴射混凝土開(kāi)裂、剝落，最遠(yuǎn)處剝落點(diǎn)距離洞口約100m。鋼架出現(xiàn)扭曲、彎折現(xiàn)象，鋼架整體出現(xiàn)向洞口傾斜現(xiàn)象，角度約15°，初期支護(hù)侵限嚴(yán)重。

二襯完成一個(gè)月后，在二襯表面發(fā)現(xiàn)細(xì)微裂縫，之后裂縫逐漸增多、增大、增長(zhǎng)。在3～4個(gè)月內(nèi)裂縫達(dá)20余條，裂縫最寬5.8mm，最長(zhǎng)達(dá)12.3m。

洞口周圍山體地表可見(jiàn)裂縫，坡頂截水溝多處出現(xiàn)裂縫，在右洞左上方凹溝內(nèi)可見(jiàn)一定的錯(cuò)動(dòng)裂縫。兩隧道洞口之間的坡面(坡角約45°)出現(xiàn)一定的橫向裂縫，且有輕微鼓脹現(xiàn)象。原噴射素混凝土破裂，且上部有較多的裂縫和鼓脹現(xiàn)象，中下部裂縫有錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。

1.3 地質(zhì)情況

(1)工程地質(zhì)

隧道范圍內(nèi)主要為第四系碎石土，元古界板溪群變余粉砂巖、砂巖。

(2)褶皺

本項(xiàng)目位于武陵-雪峰山隆起區(qū)，隧道位于一復(fù)式背斜的核部，背斜軸向?yàn)镹E向，核部底層為震旦系板溪群的變余砂巖，產(chǎn)狀：48°/318°∠33°。

(3)斷裂構(gòu)造

①F1斷裂：NNW向展布，表現(xiàn)形式是形成成條陡坎及溝谷,產(chǎn)狀40°。

②F2斷裂：NEE向展布，表現(xiàn)形式為碎裂巖，產(chǎn)狀為178°∠72°。

③次級(jí)構(gòu)造

存在與F1與F2之間的強(qiáng)風(fēng)化巖石中，因多期次構(gòu)造影響，致使鉆探巖芯呈碎塊狀，在裂面出現(xiàn)擦痕、階步、鏡面等現(xiàn)象，采芯率低；在掌子面上表現(xiàn)為擠壓形成的破碎、柔皺、不均勻風(fēng)化等現(xiàn)象。

2 隧道洞口坡體開(kāi)裂及變形原因分析

(1)工程地質(zhì)條件復(fù)雜

F1、F2兩構(gòu)造斷裂帶及次級(jí)派生構(gòu)造的存在造成了帶內(nèi)強(qiáng)風(fēng)化巖石的擠壓破碎與裂隙發(fā)育，使巖石塊體間呈散體結(jié)構(gòu)，巖體結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度低。

(2)隧道開(kāi)挖卸載導(dǎo)致抗滑力減小

洞口段隧道圍巖及仰坡開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)斷層破碎帶松散體的擾動(dòng)改變了局部巖體的受力狀態(tài)，使局部區(qū)域抗滑力減小。

(3)隧道區(qū)年降水量較大、圍巖透水性好

年平均降雨量1 100～1 400mm，同時(shí)隧道開(kāi)挖改變了地表水與地下水的聯(lián)絡(luò)通道，大氣降水很容易經(jīng)地表下滲至圍巖中去，地下水流動(dòng)帶走了圍巖之間的膠結(jié)物，使圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)降低，山體下滑力增加，抗滑力減小，使山體產(chǎn)生下滑。

3 處理方案比選

3.1 方案一：錨索抗滑樁+隧道圍巖注漿加固

(1)錨索抗滑樁

從隧道仰坡及洞內(nèi)支護(hù)變形的情況分析，山體及隧道變形主要是由于隧道開(kāi)挖導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)造影響帶內(nèi)巖石松弛、松動(dòng)，并使上部坡體產(chǎn)生滑移的趨勢(shì)，因此需采取措施對(duì)坡體進(jìn)行支擋。經(jīng)過(guò)計(jì)算，確定采用在隧道左右洞之間及隧道外側(cè)設(shè)置一排抗滑樁，以抵御上方山體的下滑力?？够瑯恫捎?m×3m的方形挖孔灌注樁，樁中心距為6m?？够瑯对跈M向上與隧道襯砌外緣凈距不小于4m。

(2)隧道圍巖注漿加固

對(duì)破碎部位的圍巖進(jìn)行洞內(nèi)徑向注漿加固。仰拱部位徑向注漿加固。在中心水溝橫斷面兩側(cè)開(kāi)挖線外1m處，采用φ42×4mm的注漿小導(dǎo)管，縱距1.0m，單根管長(zhǎng)8m。隧道洞口外注漿加固圍巖。在隧道洞口開(kāi)挖輪廓線外8m范圍內(nèi)打設(shè)一層大管棚，3層小導(dǎo)管，對(duì)隧道圍巖進(jìn)行固結(jié)加固，使洞外注漿段與洞內(nèi)注漿段間搭接長(zhǎng)度不小于2m。

3.2 方案二：填土反壓+隧道圍巖注漿加固

(1)洞外填土反壓

將2號(hào)隧道明洞進(jìn)行加長(zhǎng)，并將1、2號(hào)隧道洞身縱向相接，之后在隧道頂部采用洞渣進(jìn)行回填，將溝谷兩側(cè)山體在隧道上部相連，抵抗上方山體的下滑力，起到對(duì)2號(hào)隧道范圍內(nèi)的山體進(jìn)行反壓的作用。回填高度為1號(hào)隧道出口拱頂以上為4m，2號(hào)隧道進(jìn)口拱頂以上為8m。

(2)隧道圍巖注漿加固

與方案一中“隧道圍巖注漿加固”相同。

3.3 優(yōu)缺點(diǎn)比較

(1)方案一

優(yōu)點(diǎn)：方案一通過(guò)在隧道左右洞之間及隧道外側(cè)設(shè)置一排抗滑樁，抵御上方山體的下滑力，從而將上方坡體可能產(chǎn)生的下滑力分別由抗滑樁及隧道洞身提供水平及垂直抗力，模型簡(jiǎn)單、明確，抗滑樁能夠抵抗的下滑力較大，支護(hù)作用清楚，理論上能夠保證暗洞換拱及明洞施作期間的整體穩(wěn)定。

缺點(diǎn)：由于隧道兩側(cè)抗滑樁相距24m，并且?guī)r體破碎，土拱效應(yīng)不強(qiáng)，下滑力可能無(wú)法全部傳遞至抗滑樁范圍內(nèi)，從而使抗滑樁對(duì)洞頂山體的縱向滑移約束力不強(qiáng)，對(duì)下滑力的抵抗效果有不確定因素。

(2)方案二

優(yōu)點(diǎn)：方案二通過(guò)將1、2號(hào)隧道洞身縱向相接，在隧道頂部進(jìn)行填土，從而將溝谷兩側(cè)山體在隧道上部相連，對(duì)包括隧道洞頂在內(nèi)的大部分山體進(jìn)行反壓，對(duì)于保持上部坡體的穩(wěn)定較有利，填土反壓形式簡(jiǎn)單，施工周期短，施工完成后，后期變形、失效可能性小。

缺點(diǎn)：在暗洞換拱及明洞施作期間，土體難以提供及時(shí)且足夠的抗力，山體縱向力仍然主要由暗洞及明洞結(jié)構(gòu)承擔(dān)，易引起結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂破壞。

(3)結(jié)論

由于方案二采用回填土對(duì)包括隧道洞頂在內(nèi)的大部分山體進(jìn)行反壓，對(duì)于保持上部坡體的穩(wěn)定較有利，同時(shí)避免抗滑樁方案由于間距過(guò)大造成隧道承擔(dān)過(guò)大水平力。因此，確定方案二為推薦方案。

4 結(jié) 語(yǔ)

填土反壓作為施工方案施工完成至今已3年有余，洞口坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，隧道內(nèi)未發(fā)現(xiàn)裂縫等破壞現(xiàn)象。通過(guò)本工程的治理可以得出以下結(jié)論：

(1) 由于工程地質(zhì)復(fù)雜，同時(shí)隧道上覆巖土體較厚，因此在表層土出現(xiàn)蠕動(dòng)的情況下，隧道依然出現(xiàn)較大變形；

(2) 隧道結(jié)構(gòu)主要承擔(dān)上覆巖土體的豎向荷載，在上部山體出現(xiàn)下滑趨勢(shì)時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)體自身的抗剪能力較差，易出現(xiàn)斜向裂縫及支護(hù)侵限現(xiàn)象；

(3) 抗滑樁作為一種對(duì)坡體下滑的主要支擋結(jié)構(gòu)，作用效果與樁間距關(guān)系較大，當(dāng)樁間距過(guò)大，且樁間巖土體整體性不強(qiáng)時(shí)，抗滑樁作用效果有限；

(4)填土反壓形式簡(jiǎn)單，施工周期短，施工完成后，后期變形、失效可能性?。?/p>

(5)工程治理中應(yīng)根據(jù)開(kāi)裂情況、開(kāi)裂原因、地質(zhì)情況、施工周期等各種因素綜合確定治方案。

[1] 滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范(DZ0240- 2004) [S].

[2] 于寧,朱合華,蘇生瑞.公路隧道施工中的地質(zhì)災(zāi)害及相應(yīng)措施的分析[J].地下空間，2003，(2).

[3] 陶波,佴磊,伍法權(quán),等.抗滑樁與周圍巖土體間相互作用力的分布規(guī)律[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版)，2005，(2).

2014-11-23

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1008-3383(2015)09-0094-01