王濤，李致立，孔凡林

(1 重慶市建筑科學(xué)研究院有限公司，重慶 400016；2 重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶 400072)

0 引言

隨著我國(guó)公路、鐵路等交通的不斷發(fā)展，大量的山嶺隧道陸續(xù)修建。一般來(lái)講，山嶺隧道洞口段往往受到淺埋、偏壓、圍巖破碎等因素的影響，其施工風(fēng)險(xiǎn)較洞身段更大[1-3]，容易引發(fā)一些病害的產(chǎn)生。如受連續(xù)降雨作用，成武高速鎖池隧道洞口邊坡出現(xiàn)了大規(guī)?；鶾4]；廈沙高速玉園隧道洞口出現(xiàn)了地表坍塌以及圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的大變形等問(wèn)題[5]；李洋溢和何克揚(yáng)[6]則報(bào)道了西部地區(qū)某高速公路大跨度隧道洞口開(kāi)挖誘發(fā)滑坡的病害，并針對(duì)其形成機(jī)制進(jìn)行了分析，指出洞內(nèi)的不合理施工是導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生的主要原因。劉小軍等[7]以廈蓉線水都高速瑞坡隧道為對(duì)象，利用三維數(shù)值分析對(duì)其洞口段的失穩(wěn)機(jī)制進(jìn)行了分析和研究，并提出了相應(yīng)的處置措施。

分析已有的大量工程案例報(bào)道，發(fā)現(xiàn)大多集中于隧道進(jìn)洞過(guò)程中，即“進(jìn)口段”，而針對(duì)“出口段”即出口過(guò)程中洞口段的病害報(bào)道相對(duì)較少。西部某山嶺高速公路隧道在出口過(guò)程中出現(xiàn)了塌方的現(xiàn)象，本文以此為對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析對(duì)塌方的原因進(jìn)行了研判，并提出了相應(yīng)的處理措施，并取得了良好的效果。所用分析思路和方法等可為類(lèi)似工程提供一定的借鑒和參考。

1 工程概況

某隧道為分離式，左右幅隧道均屬段隧道。其中左幅長(zhǎng)168m（ZK 173+776～ZK173+944），最大埋深44.2m；右幅長(zhǎng)269m（YK173+736～ZK174+005），最大埋深60.5m。隧道的開(kāi)挖高度和跨度分別為10.4m 和13.5m（圖1）。隧道穿越區(qū)為構(gòu)造隆升低山工程地質(zhì)區(qū)，分布的地層有第四系全新統(tǒng)坡殘積碎石土和中泥盆泥質(zhì)灰?guī)r。隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)斷裂構(gòu)造，且無(wú)其他不良地質(zhì)級(jí)特殊巖性土存在。

圖1 隧道開(kāi)挖尺寸及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：m）

其中左幅隧道出口段（ZK173+894～ZK173+944）位于山體坡腳處斜坡，地形坡度較陡，坡角38°，基巖出露?；诠こ痰刭|(zhì)特征和相關(guān)規(guī)范，該段圍巖級(jí)別為V 級(jí)。由于整個(gè)左幅隧道長(zhǎng)度較短，因此采用鉆爆法進(jìn)行施工，所有斷面均采用上下臺(tái)階法進(jìn)行開(kāi)挖，每次開(kāi)挖進(jìn)尺2.0m，上下臺(tái)階保持30m 的間距?？紤]到出口段前30m 埋深特別淺（約0～5.0m），因此在ZK173+914～ZK173+944區(qū)間段隧道中線至左右側(cè)各15m 范圍內(nèi)采取地表注漿進(jìn)行加固。注漿鋼管采用梅花型布置，間距2m×2m；初期支護(hù)由間距50cm 的20b 工字鋼、25mm 中空注漿錨桿（長(zhǎng)3m）、8mm 的鋼筋網(wǎng)（間距20cm×20cm）以及26cm 厚的噴射混凝土構(gòu)成。

隧道在進(jìn)洞以及洞身段開(kāi)挖的過(guò)程中均較為順利，當(dāng)上臺(tái)階開(kāi)挖至出洞口ZK173+918 斷面時(shí)，前方約2m 的出現(xiàn)了坍塌（位置如圖2 標(biāo)注區(qū)域），在地表形成了大小約40cm 的空洞（如圖3）。且該空洞在隨后進(jìn)一步發(fā)展，最終形成了約長(zhǎng)3.6m、寬約2.7m 的地表塌陷（圖4）。

圖2 出口段塌方位置整體圖

圖3 地表塌陷最初局部圖

圖4 后期發(fā)展后的地表塌陷圖

2 塌方原因分析及應(yīng)對(duì)

2.1 原因分析

明確塌方產(chǎn)生的原因?qū)τ诤罄m(xù)施工以及采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施十分重要。從地表最初出現(xiàn)塌陷時(shí)的隧道內(nèi)部來(lái)看，可以較為清楚地從掌子面前方觀察到圖3 所出現(xiàn)的空洞，整體上離已施作好的ZK173+918 斷面的初期支護(hù)約1～2m 的距離。也就是說(shuō)，其主要原因是ZK173+918 斷面開(kāi)挖后掌子面圍巖向洞內(nèi)產(chǎn)生位移，而由于前方圍巖埋深太淺，無(wú)法形成有效的拱效應(yīng)，因此最終導(dǎo)致了地表塌陷的產(chǎn)生?；谶@一初步判斷結(jié)果，考慮到出口處橋梁已經(jīng)施作，存在當(dāng)?shù)鼐用窈褪┕と藛T等從塌方處地表經(jīng)過(guò)的可能，首先對(duì)塌方地表進(jìn)行了圍欄處理。

根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T—2020），整個(gè)上臺(tái)階掌子面先暫緩施工，并進(jìn)一步通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析地表以及出洞口已支護(hù)斷面變形以及支護(hù)受力的變化情況，從而判斷是否存在坡體滑動(dòng)的現(xiàn)象或可能。圖5 為ZK173+910 和905 斷面的地表沉降曲線?？梢钥闯觯瑑蓚€(gè)斷面均是隧道拱頂正上方的地表產(chǎn)生的沉降最大（ZK173+905 斷面因D 點(diǎn)破壞，測(cè)點(diǎn)C 沉降值最大），且值分別達(dá)到了36.0mm 和35.1mm。且從隧道中心線對(duì)稱(chēng)兩側(cè)來(lái)看，右側(cè)沉降值略大于左側(cè)沉降值，這主要是由于左側(cè)埋深略淺于右側(cè)埋深導(dǎo)致的。而從初始發(fā)現(xiàn)塌方（圖中豎向虛線標(biāo)注位置）后曲線的變化趨勢(shì)來(lái)看，整體受影響不是特別明顯，僅ZK173+905 斷面測(cè)點(diǎn)C 在2d 后出現(xiàn)了明顯的沉降（約19mm），且此時(shí)測(cè)點(diǎn)D 因沉降遭受損壞。且可以看出，所有測(cè)點(diǎn)在第5d 后的變形遠(yuǎn)小于前5d，第15d 后所有測(cè)點(diǎn)連續(xù)兩天的沉降差值均小于1mm，表明所有測(cè)點(diǎn)沉降已經(jīng)穩(wěn)定。

圖5 出口段地表沉降監(jiān)測(cè)曲線

圖6為不同斷面的拱頂沉降曲線圖，為了更好地顯示，圖中給出了隧道出洞完成后所有監(jiān)測(cè)斷面的曲線圖，且豎向虛線為初始塌方出現(xiàn)時(shí)的位置。從圖中可以看出，地表塌陷產(chǎn)生時(shí)已開(kāi)挖的ZK173+900、910 和915 三個(gè)斷面的拱頂下沉值均不超過(guò)3mm，且在后續(xù)的2d 內(nèi)并未有迅速增加的現(xiàn)象。 圖7 為ZK910 斷面初期支護(hù)鋼拱架應(yīng)力計(jì)測(cè)量曲線（監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置如圖1 所示），可以看出，整體上鋼支撐拱頂和兩側(cè)拱腰上下側(cè)所受到的應(yīng)力值并不大，最大值也不超過(guò)30MPa。而且在地表出現(xiàn)塌陷后沒(méi)有明顯的曲線突變現(xiàn)象，表明該斷面受地表塌陷的影響相對(duì)較小。

圖6 出口段拱頂下沉最終曲線

圖7 ZK173+910 斷面鋼支撐內(nèi)力變化曲線

綜合上述分析可以看出，雖然出現(xiàn)了地表塌陷，但后方坡體的變形并未見(jiàn)到明顯增加，同時(shí)已開(kāi)挖且初期支護(hù)的洞內(nèi)也未見(jiàn)到明顯的變形和受力突增。而且從現(xiàn)場(chǎng)塌陷土體來(lái)看，基本呈現(xiàn)垂直塌落的形式。因此判斷，本次塌陷主要是由于該段埋深很淺，隧道開(kāi)挖后掌子面前方土體變形而引起的。

2.2 應(yīng)對(duì)措施及效果分析

基于上述判斷，認(rèn)為隧道施工引發(fā)的仰坡整體失穩(wěn)的可能性小，但極有可能出現(xiàn)掌子面前方土體的垮塌?？紤]到前方覆土厚度越來(lái)越小且風(fēng)化松散，因此決定采用挖掘機(jī)開(kāi)挖的方式繼續(xù)施工，以減小對(duì)前方土體的擾動(dòng)?？紤]到降雨等其他因素對(duì)坡體穩(wěn)定的影響，要求對(duì)已完成的全斷面及時(shí)進(jìn)行二襯施作，且在出洞開(kāi)挖完成后及時(shí)進(jìn)行明洞的施作，從而對(duì)仰坡起到“固腳”的作用。另外，加強(qiáng)對(duì)坡體地表的變形監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)變形較大或速率過(guò)快的情況則及時(shí)進(jìn)行處理。

在上述措施的保障下，隧道實(shí)現(xiàn)了順利的出洞。圖8 為塌方段前后兩個(gè)斷面（ZK173+910和ZK173+925斷面）圍巖與初支間的壓力曲線（監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置如圖1 所示）。 可以看出，塌方前已開(kāi)挖的ZK173+910 斷面在塌方產(chǎn)生的前后拱頂處圍巖壓力一直都處于增加的狀態(tài)，但左右拱腰處的變化不是很大。表明塌方前后該斷面承受了較大的豎向壓力，但范圍僅主要在拱頂上方，這與前述的對(duì)塌方變形特點(diǎn)的判斷是一致的。后續(xù)在采取措施后拱頂受力出現(xiàn)了一定的下降且逐漸趨于穩(wěn)定，表明該斷面的壓力得到了一定程度的釋放。ZK173+925 斷面在開(kāi)挖完成后初期支護(hù)受到的圍巖壓力是很小的，均未超過(guò)0.15MPa，表明后續(xù)開(kāi)挖斷面支護(hù)受到的壓力較小，可以較好地對(duì)圍巖提供支撐。從圖4 的后續(xù)曲線（15d 后）的發(fā)展來(lái)看，地表的變形均趨于穩(wěn)定。從圖6 和圖7 的隧道內(nèi)部圍巖變形和襯砌受力來(lái)看，無(wú)論是拱頂沉降還是初期支護(hù)受力，均未出現(xiàn)大的突變，且很快趨于了穩(wěn)定。以上所有監(jiān)測(cè)結(jié)果均表明對(duì)該出口段的塌方判斷以及提出的相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施取得了良好的效果。

圖8 塌方區(qū)間前后兩個(gè)斷面圍巖與初期支護(hù)間接觸壓力

3 結(jié)語(yǔ)

西部某山嶺公路隧道出口淺埋段在出洞的過(guò)程中出現(xiàn)了地表塌方的病害。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)并結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)塌方原因進(jìn)行了分析并提出了相應(yīng)的治理措施，取得了以下主要結(jié)論：

1）塌方前后斷面的地表沉降和拱頂下沉等變形監(jiān)測(cè)顯示，塌方后方坡體未見(jiàn)明顯變形。除了后方斷面圍巖和支護(hù)間的拱頂處壓力略有增加外，其他部位的接觸壓力以及鋼支撐的內(nèi)力均未有明顯突變。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)塌方的形態(tài)來(lái)看，認(rèn)為本次塌陷主要是由于該段埋深很淺，隧道開(kāi)挖后掌子面前方土體變形而引起的；

2）針對(duì)性地提出了采用挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖的方式繼續(xù)施工，以減小對(duì)前方土體的擾動(dòng)；對(duì)已完成的全斷面及時(shí)進(jìn)行二襯施作，且在出洞開(kāi)挖完成后及時(shí)進(jìn)行明洞的施作，從而對(duì)仰坡起到“固腳”的作用；加強(qiáng)對(duì)坡體地表的變形監(jiān)測(cè)等措施；

3）后續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，對(duì)塌方進(jìn)行整治后的變形和受力等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均很快趨于穩(wěn)定，表明所采取的治理措施取得了良好效果；

4）監(jiān)測(cè)手段在本次隧道塌方治理的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，一方面其對(duì)塌方的準(zhǔn)確判斷提供了切實(shí)依據(jù)，另一方面也對(duì)治理措施的效果評(píng)價(jià)提供了有力支撐。