馬保華

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

1 工程概況

某隧道全長(zhǎng)156m，以東西向貫穿山脈，南側(cè)下邊坡臨溪流，隧道與溪流高差20m。隧道西側(cè)接明挖段路基，東側(cè)與橋梁相銜接，地表坡度介于30°～52°，隧道最大覆蓋厚度20m，屬于典型的短小淺埋隧道。本隧道設(shè)計(jì)全線采用傳統(tǒng)鋼支撐工法的底導(dǎo)坑先進(jìn)工法施工，施工后一年全線完成底導(dǎo)坑，正擬進(jìn)行上半斷面施工時(shí)，北側(cè)上邊坡發(fā)現(xiàn)數(shù)條平行隧道的裂縫，遇雨即產(chǎn)生坍滑，坍落的土石堆積于邊坡上，隧道正上方的地表則明顯可見兩個(gè)窟窿，因此決定暫停施工，封閉東西洞口，對(duì)邊坡崩塌先行開展整治。

2 調(diào)查方法

為了解崩塌的范圍與原因，首先需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，再依據(jù)調(diào)查結(jié)果分析可能的原因，進(jìn)而提出整治處理方案。

（1）地表調(diào)查：包含地形測(cè)量、地表地質(zhì)調(diào)查與地表裂縫調(diào)查，主要了解崩塌區(qū)的地形、地表地質(zhì)及裂縫的分布狀況，以分析崩塌區(qū)的范圍。

（2）隧道內(nèi)情況勘察：進(jìn)入已開挖的隧道內(nèi)，勘查了解到隧道內(nèi)的地質(zhì)與支撐構(gòu)造破壞情形，作為地層坍滑深度及范圍分析的參考[1]。

（3）地質(zhì)及地球物理調(diào)查：包含折射震波探測(cè)、地質(zhì)鉆探取樣與試驗(yàn)及傾斜管安裝與量測(cè)。為能明確顯示崩塌區(qū)的地質(zhì)條件與坍滑的機(jī)制，上述測(cè)線采用縱橫交錯(cuò)布置于調(diào)查范圍內(nèi)，并在縱橫交錯(cuò)點(diǎn)輔以地質(zhì)鉆探，同時(shí)在該處設(shè)置傾斜管以測(cè)量地層變形等。

3 調(diào)查結(jié)果

3.1 地形與地質(zhì)調(diào)查結(jié)果

本隧道經(jīng)過的邊坡坡度在28°～52°之間。隧道東、西口附近及施工道路K12+076m—K12+110m 的下邊坡，為基巖出露處或表層剝蝕部位，坡度較陡約為40°～52°，地表植生較為稀疏，甚至光禿一片，植生以草及2m高的銀合歡居多。隧道中心線地表附近及K12+110m至K12+145m 處，多為表土層或崩積土石，坡度較平緩約為28°～30°間，植生較為茂密，篇闊葉樹及銀合歡的混合林，樹木較為高大、茂盛。K12+145m—K12+170m處，為表層剝蝕劇烈及裂隙發(fā)達(dá)的區(qū)域，坡度約為42°左右，植生較為稀少，并有許多樹木連根滑落、傾倒或枯死。K12+170m 以上的區(qū)域，其坡度約為25°～28°間，為闊葉樹茂密的混合林。

本崩塌區(qū)地層主要以硬頁(yè)巖、板狀頁(yè)巖及砂頁(yè)巖互層所組成易受風(fēng)化而成碎屑剝落。地質(zhì)構(gòu)造則有背斜與向斜通過隧道附近，調(diào)查區(qū)的巖層多有扭曲現(xiàn)象，根據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查、折射震測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)鉆探調(diào)查的結(jié)果，判斷本隧道的地質(zhì)依上至下的順序可概略分為表層堆積層、風(fēng)化擾動(dòng)硬頁(yè)巖層及致密頁(yè)巖層等三層。

3.2 隧道內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí)西口已崩塌無(wú)法進(jìn)入，因此自東洞口進(jìn)入隧道底導(dǎo)坑內(nèi)觀察，發(fā)現(xiàn)里程距東口28m處基巖狀態(tài)變好，鋼支撐并無(wú)任何異狀。直至距東口73m處基巖開始較差，距東口73m 及距東口123m 處計(jì)有十余對(duì)鋼支撐嚴(yán)重扭曲變形，尤其是靠山一側(cè)的鋼支撐。距東口108m處支撐的木矢板沿隧道橫斷面方向環(huán)狀被剪斷，并有多處滲水狀況[2]。

3.3 傾斜管測(cè)量結(jié)果

本崩塌基現(xiàn)場(chǎng)裝設(shè)四支傾斜管，深度介于24～30m。根據(jù)傾斜管量測(cè)的變形走勢(shì)分析，地表下20～26m深度內(nèi)的地層有變形的跡象。其中中部?jī)A斜管的變形走勢(shì)較不明朗，可能為滑動(dòng)深度較傾斜管更深所致。但依據(jù)物探及鉆探資料所示，該處約在地表下29m，為致密基巖位置，因此推估該處的滑動(dòng)深度在26m上下。

4 崩塌原因分析

根據(jù)上述現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，本隧道洞口邊坡很可以明顯區(qū)分為六個(gè)坍滑區(qū)，現(xiàn)分別敘述其可能坍滑原因如下：

4.1 S1及 S3坍滑區(qū)

S1及S3坍滑分別位于隧道西洞口及東洞口附近，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果分析，其主要的坍滑原因是洞口開挖施工所引致，加之暴雨侵蝕使其范圍擴(kuò)大，并于S1坍滑區(qū)的上方產(chǎn)生一張力裂縫，S1及S3坍滑區(qū)均屬于表土層的坍滑，屬淺層的滑動(dòng)

4.2 S4、S5及 S6坍滑區(qū)

S4、S5及S6坍滑區(qū)均位于隧道的下邊坡靠近西側(cè)的產(chǎn)業(yè)道路附近，其坍滑主要是暴雨侵蝕所造成，均屬于淺層的滑動(dòng)。

4.3 S2滑塌區(qū)

S2坍滑區(qū)位于隧道的上邊坡，坍滑范圍大及滑動(dòng)深度深，屬深層滑動(dòng)的坍滑區(qū)，可能的坍滑原因如下：

（1）地形因素：隧道平行坡面開挖，平行坡面的最大主應(yīng)力（δ1）遠(yuǎn)大于垂直坡面的最小主應(yīng)力（δ3），隧道開挖后將會(huì)造成偏壓現(xiàn)象。隧道愈接近坡面，此現(xiàn)象愈顯著，并會(huì)引起異常變形及崩塌，導(dǎo)致邊坡的坍滑。

（2）地質(zhì)因素：S2坍滑區(qū)蓋范圍均為厚達(dá)25m 的風(fēng)化擾動(dòng)巖層，該巖層的巖體非常破碎，較易產(chǎn)生邊坡滑動(dòng)。

（3）工程因素：本邊坡原為一自然邊坡，自隧道開挖后即陸續(xù)產(chǎn)生滑動(dòng)，因此隧道開挖系為一重要的工程因素，隧道的擠壓作用造成邊坡的安全降低較快，其中包括：①由于隧道巖體的開挖移除，造成了邊坡對(duì)滑動(dòng)體的抵抗力降低；②隧道開挖變形控制不佳將造成一松動(dòng)帶，尤其采用傳統(tǒng)鋼支撐工法施工隧道，因鋼支撐與基巖面接合不易，其周圍松動(dòng)帶將更大，隧道內(nèi)的鋼支撐若強(qiáng)度不足將因此受擠壓而變形。

S2坍滑區(qū)為一深層滑動(dòng)區(qū)，可由上述三項(xiàng)因素推論與隧道內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)果互佐證。

5 整治方案

5.1 整治原則

根據(jù)上述描述可知，本案隧道施工與邊坡穩(wěn)定息息相關(guān)，隧道基本均位于風(fēng)化擾動(dòng)硬頁(yè)巖層中開挖，且由調(diào)查結(jié)果顯示有深層滑動(dòng)面，因此無(wú)論采用何種工法施工，邊坡的穩(wěn)定處理都是最重要的[3]。尤其是東口附近及西口附近，由于已被崩落的土石所掩蓋，已不適于采用隧道工法施工，而應(yīng)采用明挖或明挖覆蓋法施工，至于其他坍滑區(qū)整治方案如下節(jié)所述。本計(jì)劃于施工初期并未設(shè)置任何的監(jiān)測(cè)儀器，因此無(wú)法預(yù)知邊坡是否可能會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，并且加以防止，因此后續(xù)的整治方案須先設(shè)置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，施工時(shí)方能有效控制邊坡及隧道的變形，避免再發(fā)生邊坡崩塌[4]。

5.2 施工技術(shù)簡(jiǎn)介

5.2.1 明挖法

在地下結(jié)構(gòu)工程施工時(shí)，首先從地面向下分層、分段，并逐層、逐段按照順序開挖，尺寸和高程要符合結(jié)構(gòu)要求。其次，在基坑中對(duì)主體結(jié)構(gòu)開展施工和防水作業(yè)，一直到回填并恢復(fù)地面。明挖法的施工工序指：降低地下水位、邊坡支護(hù)、土方開挖、結(jié)構(gòu)施工及防水工程等。其中，邊坡支護(hù)是確保安全施工的關(guān)鍵因素。明挖法的基本類型包括：

（1）先墻后拱法。先墻后拱法是最常見的，適用于地形、地質(zhì)條件好的淺埋隧道以及地下工程。當(dāng)?shù)匦魏蛨?chǎng)地滿足條件時(shí)，在邊坡開挖之后，并且可以暫時(shí)穩(wěn)定，可以使用帶邊坡的基坑或塹壕。假如施工場(chǎng)地不滿足條件，受到限制以及邊坡不穩(wěn)定時(shí)，可以使用直壁的基坑或塹壕，坑壁要支護(hù)。

（2）先拱后墻法。此種方法用于破碎土層以及巖層。

（3）墻拱交替法。它是先墻后拱法和先拱后墻法的混合采用，交替使用邊墻和頂拱，此種方法應(yīng)用于比較特殊的情況，例如不能單獨(dú)采用先拱后墻法或者先墻后拱法時(shí)。

5.2.2 蓋挖法

由于明挖法存在占地較大、挖方量及填方量大、長(zhǎng)時(shí)間隔斷地面交通等問題，因此一般隧道采用半明挖法開挖。半明挖法最為常見的是“蓋挖法”。在20世紀(jì)60 年代，蓋挖法第一次被應(yīng)用于西班牙馬德里的城市隧道，其后廣泛應(yīng)用于其他城市的隧道建造。蓋挖法首先做圍護(hù)結(jié)構(gòu)和中間樁，主要采用連續(xù)墻、鉆孔樁等技術(shù)；其次制作鋼筋混凝土蓋板，充分利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)、中間樁和蓋板的保護(hù)開展土方開挖和結(jié)構(gòu)施工。

由于蓋挖法在開挖施工作業(yè)存在很大的優(yōu)勢(shì)，因此經(jīng)常被采用。其優(yōu)點(diǎn)包括：對(duì)鄰近建筑物影響小、受氣候影響小和封閉地面交通時(shí)間短，當(dāng)蓋板建立完成之后，后續(xù)開展的開挖施工作業(yè)不受地面條件影響。同樣，蓋挖法也存在一些弊端：為避免安全事故，蓋板應(yīng)盡量少設(shè)置豎井，但開挖出的土方必須采用水平方式運(yùn)輸，導(dǎo)致作業(yè)空間有限、工期長(zhǎng)等問題，且施工費(fèi)用較明挖法高。

順作與逆作是蓋挖法的兩種施工方式，兩種方法的主要不同點(diǎn)是施工順序不同以及支撐方式不同。順作是由下而上開展施工，逆作法是由上而下開展施工。順作法支撐采用鋼管支撐、型鋼支撐、鋼筋混凝土支撐以及土錨桿等方式；順作法采用在擋墻施工之后，對(duì)擋墻進(jìn)行支撐，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，澆筑基礎(chǔ)底板，之后按照由下而上順序，澆筑地下結(jié)構(gòu)本體，并拆除臨時(shí)支撐。逆作法支撐是本身建筑物的結(jié)構(gòu)支撐，即建筑物本體的梁和板。

順作法是在既有條件下，根據(jù)方案需求的寬度，在地表面完成擋土結(jié)構(gòu)，采用事先預(yù)制完成的覆蓋置于擋土結(jié)構(gòu)上，不斷開挖和架設(shè)橫撐，完成指定設(shè)計(jì)標(biāo)高，并從下向上進(jìn)行建筑主體結(jié)構(gòu)、防水措施和回填土，最后拆除擋土結(jié)構(gòu)的外露部分，直至恢復(fù)交通。

逆作法通常應(yīng)用于深層開挖、軟弱地層開挖、靠近建筑物施工等工況下。在地下建筑結(jié)構(gòu)施工時(shí)，逆作法通過結(jié)構(gòu)本身既做擋土墻又作內(nèi)支撐，不再另外做臨時(shí)支撐。施工順序正好與順作法相反，由上而下開展施工。在沿線建筑物過于靠近或者地下構(gòu)筑物頂板覆土較淺的工況下，可能由于基坑長(zhǎng)期開挖而造成地表明顯沉陷。為保證鄰近建筑物的安全措施，避免蓋挖順作法兩次占用道路的弊端，采用逆作法。

5.3 整治方案說明

（1）方案一：本案為全線采用明挖工法，隧道結(jié)構(gòu)變更為路塹形式的施工方法。

（2）方案二：隧道東半段采用明蓋挖法，隧道西半段采用原隧道形式施工。

（3）方案三：隧道東口段及西口段采用蓋挖法，隧道中段采用中隔壁法（CD法）。但隧道施工前，邊坡必須先行打設(shè)地錨護(hù)坡，再擴(kuò)挖隧道。

5.4 整治方案的比較

比較三種方案的工程內(nèi)容、工程經(jīng)費(fèi)、工期及優(yōu)劣點(diǎn)等，其中方案三由于無(wú)論在工程經(jīng)費(fèi)、工期及技術(shù)的復(fù)雜性和不確定性等因素，均較另兩個(gè)方案不利，因此不宜采用。而方案一在工程經(jīng)費(fèi)、工程期限及技術(shù)上均有明顯的優(yōu)勢(shì)，且若在一崩積層上開挖隧道本身困難度即較大，因此方案一為較佳的選擇，但其用地范圍較大，需另增加征地費(fèi)用。相較于方案一，方案二雖然工期略長(zhǎng)，費(fèi)用稍昂貴，但仍以方案二為最佳的選擇。

5.5 后續(xù)施工簡(jiǎn)述

后續(xù)的整治除采用上節(jié)所述方案二外，并沿用調(diào)查時(shí)邊坡上所設(shè)置的傾斜管，作為施工時(shí)監(jiān)測(cè)邊坡滑動(dòng)的依據(jù)，并在隧道內(nèi)設(shè)置收斂巖釘?shù)茸鳛榭刂扑淼朗┕ぷ冃蔚幕鶞?zhǔn)。在整個(gè)施工過程中，由于事前的調(diào)查精確及施工中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的發(fā)揮，使本工程整治成功完成，同時(shí)證明了方案二的選用是正確的。

6 結(jié)語(yǔ)

本案例工程中，由于隧道平行坡面開挖，隧道本身已承受相當(dāng)大的偏壓，加之開挖引致隧道周邊巖體松弛誘發(fā)邊坡坍滑，因此，如何進(jìn)行隧道的開挖與邊坡的整治成為重要課題。本案例采用先行穩(wěn)定坡面，再進(jìn)行隧道施工方式進(jìn)行整治，通過折射震測(cè)、地質(zhì)鉆探、地表地質(zhì)調(diào)查、傾斜管、地形測(cè)量及裂縫調(diào)查充分了解邊坡坍滑的機(jī)制、范圍及深度，有效而正確地提供了邊坡坍滑整治所需的資料；隧道施工則配合邊坡整治，采用減輕覆土重及剛性支撐成功地克服偏壓及淺覆蓋所產(chǎn)生的問題，順利地完成邊坡整治及隧道施工。

但預(yù)防勝于治療，隧道選線時(shí)應(yīng)盡量正交邊坡等高線，避免平行坡面而行。若無(wú)可避免，首先應(yīng)對(duì)隧道開挖后鄰近坡面的滑動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)估，考量坡面保護(hù)措施是否須事先設(shè)置的必要性，以確保邊坡的穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求；其次再就隧道鄰近坡面所產(chǎn)生的偏越及覆土厚進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，評(píng)估隧道支撐的剛性及變形是否在容許范圍，以避免隧道施工產(chǎn)生的變形，影響坡面的穩(wěn)定性；施工時(shí)則于坡面及隧道內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)儀器，以了解隧道及邊坡的互動(dòng)關(guān)系，如有異狀方能事先提出預(yù)警，盡快予以處理。簡(jiǎn)言之，平行坡面施工的隧道，若能秉持上述三原則進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工，必能竟全功順利完成，不致發(fā)生邊坡坍滑的現(xiàn)象。