摘要 連拱隧道洞口開挖范圍較大，對山體擾動較大，在降雨等誘因共同作用下易引起仰坡開裂等災(zāi)害。文章通過對某高速公路連拱隧道洞口仰坡開裂的成因進(jìn)行綜合分析，結(jié)合地表下沉監(jiān)測數(shù)據(jù)與補(bǔ)勘地質(zhì)資料判斷山體的開裂滑塌類型，針對性地提出了洞口反壓回填、封閉裂縫、引排匯水、打設(shè)鋼管樁、設(shè)置抗滑樁板墻等臨時措施與永久措施相結(jié)合的綜合處治方案，并結(jié)合隧道施工監(jiān)控量測和洞口仰坡長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了處治方案的合理性，驗(yàn)證了其處治效果。

關(guān)鍵詞 連拱隧道；洞口仰坡開裂；成因分析；處治措施

中圖分類號 U457.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）24-0121-06

0 引言

隨著高速公路網(wǎng)的不斷推進(jìn)和完善，目前高速公路建設(shè)已從人口稠密的平原微丘地區(qū)向地形復(fù)雜的山嶺重丘地區(qū)發(fā)展，且后續(xù)實(shí)施的各并行線、支線、連接線大部分將穿越山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)。受山區(qū)地形地質(zhì)條件制約，以及路線選線時平縱技術(shù)指標(biāo)的限制，同時現(xiàn)階段生態(tài)環(huán)保要求高、建設(shè)用地政策控制要求嚴(yán)，在分離式隧道難以滿足上述要求的前提下，連拱隧道方案的應(yīng)用價值將更加突顯。但是連拱隧道也存在洞口普遍偏壓、洞口開挖范圍大、施工工序多、臨時支護(hù)多、作業(yè)空間狹小、施工效率低等特點(diǎn)，特別是洞口普遍偏壓、開挖范圍大的不利因素極易在施工過程中引起隧道洞口仰坡開裂、失穩(wěn)、滑塌等災(zāi)害。因此，全面準(zhǔn)確地分析洞口仰坡開裂等災(zāi)害的成因，針對性地采取切實(shí)有效的處治措施，降低施工、運(yùn)營風(fēng)險顯得尤為重要[1]。

現(xiàn)以某高速公路連拱隧道洞口仰坡開裂及處治過程為案例，分析病害原因，判斷開裂滑塌類型，提出綜合處治方案，通過隧道施工監(jiān)控量測和洞口仰坡長期監(jiān)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證其處治效果，總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為其他類似連拱隧道洞口的安全施工提供有益借鑒和參考。

1 工程背景

某高速公路隧道為雙向四車道的連拱隧道，起止樁號為K129+914～K130+252，長338 m，進(jìn)口端洞門采用端墻式，明洞長14 m，出口端洞門采用直削式，明洞長12 m。隧道最大埋深約104 m，第四系覆蓋層較厚，山體植被茂密，以竹子、松樹及灌木等為主。

隧址區(qū)地處中低山區(qū)，根據(jù)地貌形態(tài)，結(jié)合標(biāo)高、切割深度，隧址區(qū)微地貌單元為侵蝕高起伏低山（Ⅲ2）。隧道沿線地形起伏大，總體中間高、兩頭低，所在山體地面標(biāo)高為169.60～302.70 m。出洞口位于斜坡地形上，斜坡坡向約276°，自然坡角約32°，表層為覆蓋層（碎石），底部巖性為強(qiáng)-中風(fēng)化安山巖，巖體破碎，巖層面與進(jìn)洞口仰坡坡面傾向斜交，兩組節(jié)理切割巖體呈塊狀，在降雨等外界因素共同作用下，易產(chǎn)生小規(guī)模崩塌。進(jìn)出洞口及隧道洞身全線范圍內(nèi)的圍巖級別均為Ⅴ級。

隧址區(qū)地下水主要為基巖裂隙水，賦存在風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中。大氣降雨是區(qū)內(nèi)地下水的唯一補(bǔ)給來源，雨水多沿基巖表面的裂隙下滲，一部分沿潛水面運(yùn)移到溪溝中，并以下降泉方式排泄；一部分則沿?cái)嗔堰\(yùn)移到深部儲水構(gòu)造中或側(cè)向補(bǔ)給孔隙水。隧道總涌水量為165.53 m3/d。

該連拱隧道暗洞采用新奧法施工，施工步驟如下：中導(dǎo)洞開挖支護(hù)—中隔墻施工—主洞開挖初支—仰拱施工—主洞二次襯砌。施工方案中已提出連拱隧道跨度大、開挖斷面大、洞口均處于Ⅴ級圍巖淺埋段、施工難度大等施工重難點(diǎn)，并制定了以下應(yīng)對措施：

（1）洞口邊仰坡施工采用從上至下、分層開挖、及時支護(hù)，若存在偏壓段應(yīng)優(yōu)先施作偏壓擋墻，進(jìn)洞采用C30混凝土型鋼套拱+Ф108管棚注漿，中導(dǎo)洞采用超前Ф42小導(dǎo)管注漿，通過鋼管向圍巖壓注水泥漿以加固圍巖，同時加強(qiáng)洞口段的地表監(jiān)控量測預(yù)警，預(yù)防洞口坍塌風(fēng)險。

（2）雨季前完善排水系統(tǒng)，施工現(xiàn)場儲備足夠能力的排水設(shè)備，加強(qiáng)洞口排水。

（3）洞口段開挖采取預(yù)留核心土分層切塊開挖法，采用機(jī)械+人工開挖，減少圍巖擾動，待進(jìn)入洞內(nèi)后及早完成洞口段初期支護(hù)的封閉成環(huán)。

（4）安排專業(yè)人員進(jìn)行施工過程中的監(jiān)控量測工作，根據(jù)位移管理等級確定施工狀態(tài)，及時聯(lián)系施工方，根據(jù)現(xiàn)場情況及超前預(yù)報監(jiān)控量測資料做好開挖支護(hù)工序的調(diào)整，必要時可增加臨時仰拱支護(hù)或加強(qiáng)鎖腳錨固措施，控制隧道沉降變形。

2 洞口仰坡開裂情況及原因分析

2023年6月10日～11日，進(jìn)行出洞口仰坡開挖。6月23日～24日，進(jìn)行洞口仰坡錨噴支護(hù)施工。7月24日～8月6日，進(jìn)行洞口管棚施工。8月19日，進(jìn)行中導(dǎo)洞開挖。8月21日，發(fā)現(xiàn)抱兒山隧道出口端左洞上方仰坡出現(xiàn)裂縫、截水溝開裂。8月24日，踏勘發(fā)現(xiàn)用地紅線外山體地表出現(xiàn)裂縫，裂縫近似平行于左洞左側(cè)沖溝（如圖1～2所示），樁號范圍為K130+152～K130+204。8月25日，建設(shè)單位要求施工單位立即暫停中導(dǎo)洞開挖，對左洞洞口進(jìn)行堆載反壓，封閉山體地表裂縫，對仰坡進(jìn)行注漿加固等應(yīng)急處置措施，及時撤離人員和設(shè)備，并要求加強(qiáng)洞口仰坡及套拱的變形和位移監(jiān)測，以及地表裂縫的觀測。同時，為制定合理的處治方案，決定對洞口進(jìn)

行補(bǔ)勘。

9月11日～13日，受連續(xù)降雨影響，經(jīng)封閉處理后的山體地表裂縫出現(xiàn)變形（如圖3所示），左洞上方仰坡裂縫發(fā)展，套拱和左洞上方仰坡出現(xiàn)開裂，截至9月26日洞頂沉降觀測點(diǎn)的最大沉降累計(jì)值為120.6 mm。地表裂縫范圍未見擴(kuò)大跡象。

結(jié)合洞口仰坡開裂發(fā)展情況、現(xiàn)場查勘情況、地質(zhì)補(bǔ)勘結(jié)果及其他資料綜合分析，產(chǎn)生洞口仰坡開裂的原因主要有以下三個方面：

（1）降雨影響。降雨是誘發(fā)崩塌、滑塌等的外在主要因素[2-3]。隧道出口位于斜坡地層，左側(cè)發(fā)育沖溝，降雨后極易形成匯水通道，隧道出洞口邊仰坡防護(hù)及中導(dǎo)洞開挖期間，正值江淮梅雨季節(jié)，曾有過兩次較長時間降雨，降雨強(qiáng)度較大，出洞口山體表層為碎石土，中風(fēng)化巖層較破碎，且下部夾斷層破碎帶，透水性強(qiáng)，降雨下滲后順風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙等匯集、運(yùn)動，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度下降，易產(chǎn)生崩塌[4]。從隧道開挖期間出洞口地表出現(xiàn)裂縫及降雨后地表裂縫出現(xiàn)的變形情況來看，洞口土體穩(wěn)定性受降雨影響較大。

（2）地質(zhì)原因。出洞口位于斜坡地形，斜坡坡向約276°，自然坡角約32°，自然狀態(tài)下出洞口整體較穩(wěn)定。出洞口表層為覆蓋層（碎石），底部巖性為強(qiáng)-中風(fēng)化安山巖，巖面產(chǎn)狀為5°∠36°，巖體破碎，發(fā)育兩組節(jié)理，分別為J1：235°∠74°，主要充填物為泥質(zhì)，張開度為1～4 mm，較光滑，延長2.10 m，結(jié)合度較差；J2：166°∠80°，主要充填物為泥質(zhì)，張開度為1～3 mm，較光滑，延長2.70 m，結(jié)合程度差。從赤平投影圖可知，巖層面與仰坡坡面傾向斜交；節(jié)理J1、J2與仰坡面呈大角度斜交。該山坡巖性為安山巖，巖體破碎，但巖層面與進(jìn)洞口仰坡坡面傾向斜交，兩組節(jié)理切割巖體呈塊狀，在降雨等外界因素共同作用下，易產(chǎn)生小規(guī)模崩塌。結(jié)合地質(zhì)補(bǔ)勘結(jié)果，隧道出洞口處地形較陡，洞口位于斜坡地層，表層碎石土層較厚，下部中風(fēng)化巖層夾一層斷層破碎帶，破碎帶層較厚，巖層面與仰坡坡面傾向斜交，節(jié)理裂隙發(fā)育，在洞口開挖施工過程中，地表土體在不利節(jié)理切割、重力、降雨、施工擾動等因素影響下，容易產(chǎn)生裂縫、變形甚至崩塌。

（3）施工原因。洞口一次開挖刷坡范圍較大，仰坡局部刷坡較高，左洞開挖切削坡腳，導(dǎo)致一次對山體卸載量較大，坡面形成卸荷臨空面[5]，在坡頂附近產(chǎn)生一系列拉張裂縫，加之施工期間降雨頻繁，雨水沿裂縫往山體低洼處排泄，軟化和潤滑巖土體，使裂縫進(jìn)一步增大。因隧道出口處切坡卸載，導(dǎo)致錯動的土體對隧道出口的仰坡面也產(chǎn)生一定擠壓。該斜坡裂縫后緣主拉裂縫貫通，正在發(fā)育中，外側(cè)下錯，并向兩側(cè)延長。前緣先出現(xiàn)平行滑動方向的放射狀裂縫，再出現(xiàn)垂直滑動方向的鼓脹裂縫，因及時對隧道出口段進(jìn)行填土反壓，未出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。從地表裂縫情況來看，出口左側(cè)斜坡，在平面分布與隧道開挖的關(guān)系比較密切。裂縫的縱向發(fā)育與隧道的左側(cè)沖溝基本一致。裂縫邊緣位于隧道左出洞口正上方約35 m的位置，沿山脊線向沖溝處縱深。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，裂縫的上下兩側(cè)呈現(xiàn)明顯的地形變化，裂縫上部往山體頂部延伸段，山勢變陡，基巖出露，基本無松散覆蓋層，施工單位巡查時也未發(fā)現(xiàn)其他明顯的裂縫；裂縫下部往沖溝及隧道出口延伸段，山勢較山體上部略緩，覆蓋層厚度很大，裂縫發(fā)育。

3 處治措施

綜合現(xiàn)場踏勘情況，結(jié)合補(bǔ)勘資料、超前地質(zhì)預(yù)報及監(jiān)控量測資料，為減小斜坡裂縫對隧道施工及運(yùn)營安全的影響，提出以下處治方案：

（1）洞口反壓

對隧道出口段左右洞進(jìn)行反壓回填[6]，增加回填范圍，分級夯實(shí)，確保洞口段坡體穩(wěn)定后，先施工中導(dǎo)洞，再施工明洞。

（2）打設(shè)鋼管樁

沿左洞左側(cè)山體打設(shè)φ108 mm鋼管樁，樁長20～30 m，樁距1.5 m，鋼管樁設(shè)置3排，呈梅花形布設(shè)，內(nèi)設(shè)鋼筋籠，樁頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁，提高鋼管樁加固效果，鋼管樁深入完整基巖的深度不小于6 m，不大于三分之一的樁長，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

（3）設(shè)置抗滑樁板墻

在左洞洞口左側(cè)設(shè)置抗滑樁板墻，對上方滑動土體進(jìn)行支擋，避免對洞口施工和運(yùn)營安全產(chǎn)生影響[7-8]。抗滑樁樁徑1.5 m，樁長15 m，間距4.75 m，進(jìn)行隔樁跳打。

（4）直削式洞門調(diào)整為端墻式

將出口端原設(shè)計(jì)的直削式洞門調(diào)整為端墻式洞門，洞門墻采用2 m厚的C25鋼筋混凝土，對洞口結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，并對明洞拱背進(jìn)行反壓回填，保證洞門結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

（5）中導(dǎo)洞增設(shè)仰拱

隧道出口端中導(dǎo)洞初期支護(hù)增設(shè)仰拱，及時封閉成環(huán)，提高中導(dǎo)洞開挖初期支護(hù)的整體穩(wěn)定性，確保施工期間安全。

（6）封閉裂縫、引排地表水和地下水

對地表裂縫進(jìn)行夯實(shí)、封閉處理；對洞口左側(cè)沖溝進(jìn)行改溝處理，將沖溝內(nèi)匯水引排至路塹坡頂?shù)慕厮疁?；洞口仰坡面增設(shè)仰斜排水孔，及時引排地下水，防止山體下滲雨水滯留在仰坡內(nèi)[9]。

4 處治效果觀測分析

隧道出口地表沉降測點(diǎn)布置了2個斷面，分別為K130+229（8個測點(diǎn)）和K130+224（10個測點(diǎn)），后又陸續(xù)新增部分測點(diǎn)，測點(diǎn)布置圖如圖4所示。洞內(nèi)拱頂下沉及周邊位移測點(diǎn)布置圖如圖5所示。為保障后期施工及運(yùn)營安全，能夠?qū)ρ銎伦冃巫龅郊皶r預(yù)警，建設(shè)單位另外增加了北斗GNSS長期監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)置了4個監(jiān)測點(diǎn)，布置圖如圖6所示。

通過對洞口地表沉降、中導(dǎo)洞拱頂下沉、周邊位移及北斗GNSS長期監(jiān)測系統(tǒng)等監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，驗(yàn)證綜合處治措施的效果。

（1）隧道出口地表沉降數(shù)據(jù)分析

以K130+229斷面的8個測點(diǎn)為例進(jìn)行分析，左洞上方D1、D2、D3測點(diǎn)在2023年9月13日左右沉降量急劇加大，與9月11日～13日連續(xù)降雨過后裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大相對應(yīng)（如圖7所示）。停止中導(dǎo)洞開挖，左右洞口全部反壓回填后沉降速率逐漸放緩。在增加反壓回填范圍、山體逐漸趨于穩(wěn)定的情況下，為加快施工進(jìn)度，避免耽誤工期，經(jīng)專家綜合分析研判，于11月9日在鋼管樁及抗滑樁板墻同步施工的同時開始中導(dǎo)洞的掘進(jìn)，掘進(jìn)后D1、D2、D3測點(diǎn)的沉降量有所增大，但仍處于Ⅲ級位移管理等級，在可控范圍內(nèi)（如圖8所示）。

（2）中導(dǎo)洞拱頂下沉、周邊位移數(shù)據(jù)分析

以K130+252.2斷面拱頂下沉及上下臺階周邊位移為例進(jìn)行分析，中導(dǎo)洞掘進(jìn)支護(hù)后的一個月時間內(nèi)，拱頂下沉和周邊位移逐漸緩慢擴(kuò)大，變形速率在可控范圍內(nèi)，一個月后基本收斂（如圖9～10所示），表明周邊圍巖應(yīng)力重分布已基本完成，圍巖已基本穩(wěn)定。2024年3月31日，中導(dǎo)洞貫通，在貫通過程中地表無進(jìn)一步塌陷，已支護(hù)段無開裂，鋼拱架無壓屈現(xiàn)象，表明在洞口反壓回填穩(wěn)固山體的情況下，進(jìn)行的中導(dǎo)洞施工受仰坡開裂滑塌影響較小，風(fēng)險基本可控[10]。

（3）北斗GNSS長期監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

北斗GNSS長期監(jiān)測系統(tǒng)的4個監(jiān)測點(diǎn)于2024年4月2日建設(shè)完成并開始監(jiān)測，截至4月23日，GNSS-1號北斗監(jiān)測站平面方向累計(jì)位移為9.43 mm，垂直方向累計(jì)位移為14.61 mm，該測站高程有抬升趨勢，推測原因?yàn)楹缶墡r土體變形擠壓至鋼管樁支護(hù)結(jié)構(gòu)時導(dǎo)致該區(qū)域向上隆起；GNSS-2號北斗監(jiān)測站平面方向累計(jì)位移為1.60 mm，垂直方向累計(jì)位移為-4.07 mm；GNSS-3號北斗監(jiān)測站平面方向累計(jì)位移為3.03 mm，垂直方向累計(jì)位移為2.40 mm；GNSS-4號北斗監(jiān)測站平面方向累計(jì)位移為1.50 mm，垂直方向累計(jì)位移為6.03 mm；仰坡整體基本穩(wěn)定，未發(fā)出預(yù)警。

上述數(shù)據(jù)分析均表明綜合處治措施對山體開裂滑塌病害起到了較好的控制作用，有效保障了后續(xù)施工的運(yùn)營安全，形成了一套較為成熟的洞口仰坡開裂滑塌病害的處治方案。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)補(bǔ)勘結(jié)果可判定隧道左洞左側(cè)仰坡為典型堆積體，下伏強(qiáng)-中風(fēng)化安山巖較為破碎，加之此次連拱隧道洞口一次開挖的范圍大，特別是左側(cè)山體卸載量較大產(chǎn)生臨空面，堆積體在坡頂產(chǎn)生牽引裂縫，又正逢連續(xù)降雨，雨水沿裂縫深入山體，潤滑了滑動面，導(dǎo)致裂縫進(jìn)一步加大，堆積體向洞口及沖溝方向下錯滑動，擠壓洞口。因此，在洞口不良地質(zhì)情況下連拱隧道洞口開挖應(yīng)盡量避免一次大范圍開挖，宜首先局部開挖中導(dǎo)洞洞口部分，工期安排上應(yīng)盡量避開雨季并做好洞口周圍地表水、地下水的導(dǎo)排措施。

（2）在隧道洞口山體發(fā)生開裂滑移等情況時，應(yīng)立即在開挖面處采取回填反壓等臨時措施，同時封閉裂縫，以最快速、經(jīng)濟(jì)、合理的應(yīng)急措施防止山體位移進(jìn)一步加大，待險情得到一定控制后再根據(jù)滑塌類型進(jìn)行針對性處治。該文所述隧道洞口仰坡開裂為典型的堆積體牽引裂縫，因此采取鋼管樁“護(hù)腰”及抗滑樁板墻“固腳”的永久處治措施，同時為進(jìn)一步保障施工和運(yùn)營安全，在隧道出口端中導(dǎo)洞增設(shè)仰拱，并將直削式洞門調(diào)整為端墻式。

（3）現(xiàn)場觀測的裂縫發(fā)展情況、洞口地表下沉、中導(dǎo)洞拱頂下沉、中導(dǎo)洞周邊位移等監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，以及北斗GNSS長期監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)表明，一系列綜合處治措施實(shí)施后，洞口仰坡山體已趨于穩(wěn)定，仰坡滑塌風(fēng)險得到了有效控制，在中導(dǎo)洞及中隔墻施工完成后可進(jìn)行主洞開挖。主洞開挖期間仍應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測，根據(jù)仰坡位移及洞內(nèi)圍巖變形情況及時動態(tài)調(diào)整開挖方式及支護(hù)類型。

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