趙勇 ZHAO Yong；周洋 ZHOU Yang；諶蛟 CHEN Jiao

（①云南賓南高速公路有限公司，大理 672100；②云南交投公路建設(shè)第一工程有限公司，昆明 650000；③云南通衢工程檢測(cè)有限公司，昆明 650000）

0 引言

小凈距隧道指并行的兩隧道間凈距較小、兩洞結(jié)構(gòu)彼此產(chǎn)生有害影響的隧道。當(dāng)高速公路穿越高原山區(qū)，因地形條件和土地保護(hù)等因素限制，往往無(wú)法完全設(shè)置彼此不產(chǎn)生有害影響的分離式隧道。《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70-2004）[1]中關(guān)于并行兩隧道彼此不產(chǎn)生有害影響，需考慮隧道平面線型、圍巖地質(zhì)條件、斷面形狀和尺寸、施工方法等因素。目前測(cè)量技術(shù)不斷地完善和發(fā)展，也不乏隧道采取小凈距進(jìn)洞，曲線逐步過(guò)渡到分離式，再小凈距出洞的情況?！豆匪淼涝O(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3370.1-2018）[2]中增加了隧道洞口接線、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工期要求等因素，并對(duì)兩洞間凈距較04版規(guī)范Ⅴ級(jí)圍巖3.5倍開(kāi)挖寬度放寬至0.8～2.0倍開(kāi)挖寬度。劉鵬飛[3]提出：當(dāng)凈距為10～15米時(shí)，未出現(xiàn)塑性區(qū)域貫通現(xiàn)象，隧道周邊塑性區(qū)域基本在錨桿支護(hù)范圍之內(nèi)，隧道周邊塑性區(qū)域也大大減小。

偏壓隧道指圍巖壓力關(guān)于隧道結(jié)構(gòu)中心面極不對(duì)稱(chēng)的隧道。呂康成[4]提出：當(dāng)隧道軸線與地形等高線小角度相交或平行時(shí)，對(duì)于隧道工程來(lái)說(shuō)便會(huì)出現(xiàn)地形偏壓。隧道偏壓?jiǎn)栴}實(shí)質(zhì)上是隧道工程與邊坡穩(wěn)定的相互影響問(wèn)題。并將坡體內(nèi)有隧道的邊坡分為：順層邊坡、半軟邊坡、勻質(zhì)邊坡。關(guān)于隧道偏壓進(jìn)洞已不乏研究，賈英凱[5]提出：由于先進(jìn)洞埋深較深一側(cè)洞體即對(duì)地層造成較大擾動(dòng)，后續(xù)再開(kāi)挖埋深較淺一側(cè)洞體時(shí)，淺埋側(cè)受二次擾動(dòng)易變形，形成較大范圍的剪切帶和塑性區(qū)，由此說(shuō)明先進(jìn)洞埋深較淺一側(cè)對(duì)圍巖穩(wěn)定性有利。徐前衛(wèi)[6]提出：對(duì)于淺埋偏壓隧道，掌子面內(nèi)圍巖的變形、初期支護(hù)的受力狀態(tài)具有非對(duì)稱(chēng)性，靠近淺埋側(cè)圍巖的變形量小于深埋側(cè)圍巖的變形量且隨各開(kāi)挖步的影響顯著，初期支護(hù)靠近深埋側(cè)拱肩承受較大壓應(yīng)力，而淺埋側(cè)拱腳則承受較大的拉應(yīng)力。

隧道軟巖大變形問(wèn)題已屢見(jiàn)不鮮，易在隧道施工中出現(xiàn)初期支護(hù)侵限、仰拱縱向開(kāi)裂甚至隆起、塌方等問(wèn)題。有的軟巖如泥巖、泥質(zhì)砂巖更是有“遇風(fēng)成塊、遇水成泥”的特點(diǎn)，開(kāi)挖掘進(jìn)后封閉不及時(shí)，在與氧氣接觸后迅速崩解成塊，裂隙密集發(fā)育，當(dāng)?shù)叵滤秩牒筌浕?、泥化發(fā)生塑性流動(dòng)，造成隧道施工成洞困難，極大影響施工進(jìn)度和工程造價(jià)。

1 工程概況

某隧道按左、右線分離式設(shè)計(jì)。左線隧道里程樁號(hào)ZK89+170～ZK90+100，長(zhǎng)930米，屬中隧道；右線隧道里程樁號(hào)K89+140～K90+143，長(zhǎng)1003米，屬長(zhǎng)隧道。設(shè)計(jì)進(jìn)口凈距24.3米，出口17.8米，出口為小凈距。隧道區(qū)東側(cè)400米為紅河斷裂，走向與隧道走向平行，該斷裂形成于古生代以前，斷層運(yùn)動(dòng)具有多期性，第四紀(jì)時(shí)期活動(dòng)性仍然很強(qiáng)，斷層活動(dòng)方式以走向滑動(dòng)為主。隧址區(qū)西側(cè)約800米為牛街?jǐn)嗔?，走向與隧道走向平行，該斷裂發(fā)育有50～200米寬的擠壓破碎帶，為一壓性構(gòu)造，不屬于全新世活動(dòng)斷裂。原設(shè)計(jì)巖性為：上覆第四系全新世殘坡積粉質(zhì)黏土，下伏二疊系上統(tǒng)泥質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)砂巖、砂巖和泥煤，見(jiàn)圖1。巖色主要有：黃褐、褐紅、青灰、灰綠、黑。地下水主要有：第四系松散巖類(lèi)孔隙潛水、碎屑巖類(lèi)基巖裂隙水。

圖1 隧道進(jìn)口左幅地質(zhì)縱斷面圖

不良地質(zhì)有：①泥煤層；②崩塌位于距離隧道進(jìn)口90米，基本無(wú)影響；③滑坡：K89+130左132米～K89+376左127米為H8號(hào)滑坡，離路線最近48米，對(duì)隧道基本無(wú)影響；④斷層：設(shè)計(jì)里程ZK89+395～ZK89+420（洞身段）/K89+395～K89+420（洞身段）寬度約25米，為F3斷層；ZK89+904～ZK90+014（洞身段）/K89+922～K90+032（洞身段）寬度約110米。

隧址區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，氣候溫和，只有干季、雨季之別，總體偏干燥。

2 工程問(wèn)題

該隧道于2021年4月29日開(kāi)始左幅暗洞掘進(jìn)，5月15日右幅暗洞掘進(jìn)。6月27日左幅掌子面掘進(jìn)至ZK89+266，右幅K89+207，先后行洞錯(cuò)開(kāi)59米，洞內(nèi)外觀察和監(jiān)控量測(cè)發(fā)現(xiàn)ZK89+246～+266段初期支護(hù)變形嚴(yán)重，最大侵限28.9厘米。因工期緊，左幅一邊換拱、一邊掘進(jìn)，右幅同時(shí)掘進(jìn)。

8月20日，左幅掌子面掘進(jìn)至ZK89+314，右幅掌子面K89+302，先后行洞錯(cuò)開(kāi)12米，發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)初支表面滲水量增大，排查洞頂?shù)乇?，發(fā)現(xiàn)6條不規(guī)則裂縫，其中最大一處裂縫位于右洞右側(cè)約40米處，沿縱向發(fā)育，長(zhǎng)度約195米，寬度30～80厘米。

8月21日對(duì)洞內(nèi)全面排查，發(fā)現(xiàn)左、右洞初支、二襯及仰拱段均有不規(guī)則裂縫，見(jiàn)圖2；洞頂?shù)乇肀O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示單日最大沉降量407毫米，施工單位立即封閉掌子面，暫停施工。經(jīng)初期支護(hù)臨時(shí)加固、圍巖注漿加固、地表裂縫封閉后觀測(cè)，洞內(nèi)外均已穩(wěn)定。

圖2 某隧道仰拱縱向開(kāi)裂圖

3 成因分析

3.1 地質(zhì)原因

原設(shè)計(jì)圖提供的主要巖性為泥質(zhì)砂巖、砂巖、泥煤，風(fēng)化程度主要為強(qiáng)風(fēng)化和中等風(fēng)化，主要存在的不良地質(zhì)為穿越F3、F4兩個(gè)斷層破碎帶。洞內(nèi)開(kāi)挖主要巖性為泥巖和泥質(zhì)砂巖互層，全～強(qiáng)風(fēng)化，多不見(jiàn)層理，呈紅、黑、白三色，且部分位置為散體狀，可見(jiàn)明顯擠壓構(gòu)造痕跡，見(jiàn)圖3。結(jié)合原設(shè)計(jì)圖和地勘資料，進(jìn)口段殘坡積風(fēng)化層厚，為典型的斷層破碎帶影響區(qū)。后期隧道貫通后，發(fā)現(xiàn)該隧道穿越的巖層均是此類(lèi)巖體，進(jìn)一步證明隧道并不是橫穿斷層破碎帶，而是縱向穿越斷層破碎帶及其影響區(qū)。此類(lèi)散體狀圍巖無(wú)需爆破開(kāi)挖，臨空后裂隙密集發(fā)育，迅速松散成碎石土狀，無(wú)自穩(wěn)能力，極易發(fā)生大變形。因掌子面并無(wú)地下水，呈潮濕狀，否則經(jīng)軟化后，產(chǎn)生塑性流動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)更大的災(zāi)害。

圖3 左幅ZK89+312掌子面地質(zhì)圖

在地形上，隧道左、右幅均不同程度地存在偏壓，雙幅埋深均較淺，介于10～51米之間，左幅開(kāi)挖至ZK89+312實(shí)際是地表箐溝正下方，埋深僅38米。

3.2 氣候原因

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在隧道施工期間，6月共計(jì)下雨14天，7月下雨21天，隧道進(jìn)口端植被較發(fā)育，且發(fā)育箐溝，地表水的下滲，增大了洞內(nèi)初期支護(hù)的圍巖壓力。地表開(kāi)裂后，實(shí)際隧道拱部至地表裂隙已導(dǎo)通，地下水逐漸下滲，進(jìn)一步軟化圍巖。

3.3 施工原因

①盲目搶工。因工期緊，在6月27日左幅初支出現(xiàn)大范圍侵限后，就應(yīng)立即停止施工，進(jìn)行處治，待圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定后，再針對(duì)此類(lèi)特殊圍巖調(diào)整專(zhuān)項(xiàng)施工方案。但施工方左幅邊換拱、邊掘進(jìn)，右幅同步掘進(jìn)，左右洞的掌子面錯(cuò)開(kāi)間距從59米縮短至12米。相關(guān)文獻(xiàn)要求平行雙洞的掌子面縱向錯(cuò)開(kāi)距離一般應(yīng)為3～5倍洞徑，主要是考慮了雙洞之間的施工擾動(dòng)，并且以先行洞作為地質(zhì)導(dǎo)洞，指導(dǎo)后行洞的施工。規(guī)范規(guī)定的軟巖隧道小凈距為2倍洞徑26米，進(jìn)口段左、右幅凈距為27.3米，但相關(guān)文獻(xiàn)證明，此類(lèi)極軟巖施工引起的周邊圍巖塑性區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于27.3米，此隧道平行施工的相互擾動(dòng)因掌子面縱向錯(cuò)開(kāi)間距的縮小實(shí)際是增大了。②施工引起邊坡滑動(dòng)。從此隧道左、右幅掌子面接近ZK89+320附近的箐溝，雙幅隧道及其中夾巖、左幅左側(cè)和右幅右側(cè)一定范圍的松散殘坡積邊坡產(chǎn)生了大范圍的擾動(dòng)，原穩(wěn)定的斜坡產(chǎn)生了向隧道左側(cè)和隧道內(nèi)凈空滑移，表現(xiàn)為地表大范圍土體的開(kāi)裂和洞內(nèi)初支侵限、二襯和仰拱開(kāi)裂，見(jiàn)圖4。③支護(hù)閉環(huán)不及時(shí)不合理。進(jìn)口段因圍巖條件差，專(zhuān)項(xiàng)施工方案中為三臺(tái)階七步開(kāi)挖預(yù)留核心土法。從開(kāi)挖來(lái)看，隧道左、右幅均存在一定程度的中臺(tái)階、下臺(tái)階馬口錯(cuò)開(kāi)間距過(guò)小的情況，比如右幅8月2日左側(cè)中臺(tái)階開(kāi)挖樁號(hào)K89+269.15，右側(cè)中臺(tái)階開(kāi)挖樁號(hào)K89+267.95僅錯(cuò)開(kāi)1.2米。開(kāi)挖工序就一定程度地造成了臺(tái)階落底時(shí)較大的下沉，因是三臺(tái)階開(kāi)挖，下沉就分為上臺(tái)階、中臺(tái)階、下臺(tái)階三個(gè)階段，形成了對(duì)圍巖的多次擾動(dòng)，加之雙洞小凈距，擾動(dòng)的圍巖范圍更大。從閉環(huán)來(lái)看，仰拱閉環(huán)周期最長(zhǎng)的斷面左幅ZK89+250位置達(dá)33天，二襯閉環(huán)更是長(zhǎng)達(dá)43天。在施工的案例中，不乏軟巖、膨脹巖仰拱閉環(huán)后仍不斷產(chǎn)生沉降和收斂的情況。一般軟巖隧道，要求仰拱閉環(huán)周期不大于14天。

圖4 隧道地表裂縫示意圖（灰線）

4 處治

處治主要分為三個(gè)階段。一是在發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情后的臨時(shí)加固措施：封閉掌子面，改為由出口端掘進(jìn)；初期支護(hù)表面增加I20a型鋼護(hù)拱，縱向間距1.2米，并設(shè)置間距1米的縱向連接筋；采用長(zhǎng)4.5米的Φ42注漿花管，按100×60厘米梅花型布置注漿加固圍巖，見(jiàn)圖5；二襯采用初支相同的參數(shù)臨時(shí)加固，并觀測(cè)。二是變形穩(wěn)定后逐步拆除臨時(shí)支護(hù)，緩慢更換侵限的拱部和腰部初期支護(hù)；對(duì)出現(xiàn)開(kāi)裂的仰拱，采用長(zhǎng)6米的Φ108鋼花管，按100×60厘米梅花型布置注漿加固；二襯拱腳采用長(zhǎng)9米的Φ108鋼花管，按縱向間距120厘米注漿加固；三是后續(xù)施工段落的支護(hù)參數(shù)由SF5a型加強(qiáng)為SF5f型，大幅提升了復(fù)合式襯砌的承載力。

5 處治效果

施工單位按照經(jīng)過(guò)專(zhuān)家論證的專(zhuān)項(xiàng)處治施工方案施工，并及時(shí)調(diào)整了出口掘進(jìn)為主，進(jìn)口處治完成并穩(wěn)定后再掘進(jìn)的計(jì)劃，進(jìn)口端順利穿越箐溝，左幅于2022年9月30日，右幅于7月17日貫通。后期監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，隧道洞身和地標(biāo)邊坡未發(fā)生變形，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6 總結(jié)

某隧道施工期遭遇的小凈距偏壓平行軟巖隧道大變形其成因相當(dāng)復(fù)雜，通過(guò)總結(jié)可得到幾點(diǎn)啟示：①高原山區(qū)高速公路隧道地質(zhì)條件極其復(fù)雜，在施工階段應(yīng)重視地質(zhì)工作，施工單位應(yīng)及時(shí)核查掌子面實(shí)際地質(zhì)和設(shè)計(jì)存在偏差的情況，及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際制定專(zhuān)項(xiàng)施工方案，真正做到“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工”。②在施組階段，施工單位應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)條件，保證小凈距平行雙洞掌子面的錯(cuò)開(kāi)距離，以充分發(fā)揮先行洞的地質(zhì)導(dǎo)洞效果和減少平行雙洞之間圍巖的擾動(dòng)。一般軟巖隧道錯(cuò)開(kāi)5倍洞徑、硬巖隧道錯(cuò)開(kāi)3倍洞徑。③關(guān)于偏壓平行隧道，應(yīng)優(yōu)先掘進(jìn)靠溝側(cè)，待埋深較淺支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，再掘進(jìn)靠山側(cè)。④軟巖隧道應(yīng)注意防范大變形問(wèn)題，在施工中主要原則為：減少擾動(dòng)、及時(shí)封閉、加強(qiáng)支護(hù)?！靶聤W法”施工理念中柔性支護(hù)、充分利用圍巖自承能力在軟巖隧道中存在一定的局限，軟巖承載力低，變形大，柔性支護(hù)并不能有效限制圍巖大變形。⑤對(duì)于特殊隧道工程，不應(yīng)盲目搶工期，應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)等條件制定專(zhuān)項(xiàng)施組，才能保證施工和運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)的安全。⑥徑向注漿和隧道基底注漿加固周邊圍巖是處理軟巖隧道大變形的有效措施。