摘要：文章以某項(xiàng)目隧道出口超淺埋洞口支護(hù)處理工程為例，分析了Ⅴ級(jí)圍巖超淺埋洞口在開挖支護(hù)失穩(wěn)滑塌的原因，介紹了“明洞位置調(diào)整+抗滑樁+樁撐樁錨+雙層管棚”的臨時(shí)穩(wěn)固支護(hù)設(shè)計(jì)、施工組織及質(zhì)量控制要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了快速、安全、高效的超淺埋洞口滑塌處理，可為后續(xù)類似洞口滑塌處理提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道淺埋洞口；邊坡滑塌；抗滑樁；錨索；雙層管棚；BIM

中圖分類號(hào)：U453.1

0 引言

隧道洞口滑塌是常見的一種支護(hù)失穩(wěn)災(zāi)害，滑塌產(chǎn)生的原因與地勘、設(shè)計(jì)、施工各方均有關(guān)系。從零開挖設(shè)計(jì)理念，到淺埋段、Ⅴ級(jí)圍巖段避免涉及較大的開挖回填，安全風(fēng)險(xiǎn)性極大，遵循零開挖設(shè)計(jì)理念以期有效控制洞口失穩(wěn)、冒頂?shù)劝踩L(fēng)險(xiǎn)，則需要做好淺埋、圍巖差針對(duì)性的洞口支護(hù)優(yōu)化。本文依托某項(xiàng)目隧道洞口，針對(duì)其開挖支護(hù)失穩(wěn)情況，考慮如何采取合理的支護(hù)措施及快速組織施工以達(dá)到高效、安全、可靠的處理結(jié)果，避免造成重大經(jīng)濟(jì)損失及不良社會(huì)影響，為后續(xù)同類型隧道洞口滑塌災(zāi)害處理提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 依托工程情況

項(xiàng)目全長(zhǎng)3 700.216 m，道路紅線寬24～35 m，設(shè)計(jì)速度為60 km/h、40 km/h（隧道內(nèi)），標(biāo)準(zhǔn)道路紅線寬度為35 m，雙向4車道，為新建道路。其中道路起點(diǎn)路段橫穿現(xiàn)狀山地，地勢(shì)高差＞120 m。設(shè)置雙洞隧道穿越山體，西線隧道長(zhǎng)712 m（ZK0+160～ZK0+872），東線隧道長(zhǎng)751 m（K0+160～K0+911），隧道路段限速40 km/h，隧道開挖跨度為15.65 m，屬于大跨度淺埋隧道，左右洞凈距為16.7～42.1 m，隧道埋深為3.3～69.6 m，全線均為Ⅴ級(jí)圍巖，開挖方式采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑、CRD、CD法施工。

隧道沿線地貌類型為剝蝕丘陵地貌區(qū)，總體地勢(shì)起伏大，現(xiàn)地面高程約在110～200 m。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及現(xiàn)場(chǎng)勘察，隧道沿線地層巖性主要以石炭系下統(tǒng)寺門組（C1s）碎屑巖類等為主，地表分布第四系（Qel+dl）覆蓋層。

原設(shè)計(jì)中，隧道設(shè)置小段明洞段，隧道左線兩端（ZK0+160～ZK0+872）南側(cè)的明洞長(zhǎng)為15 m，北側(cè)的明洞長(zhǎng)為12 m，右線兩端（K0+160～K0+911），南側(cè)的明洞長(zhǎng)為15 m，北側(cè)的明洞長(zhǎng)為15 m，如圖1所示。本隧道洞門均采用端墻式洞門。

2 原因分析及支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 洞口滑塌原因分析

隧道出洞口工程于2022年3月中旬開始開挖支護(hù)，因遭遇連續(xù)下雨天氣，從而導(dǎo)致左線出洞口仰坡第一級(jí)支護(hù)（約2.5 m高）于2022年4月初出現(xiàn)淺層滑塌。項(xiàng)目部已提前根據(jù)監(jiān)控量測(cè)做好暫停施工處理，在出現(xiàn)滑塌后及時(shí)做好現(xiàn)場(chǎng)反壓支護(hù)，隨后匯報(bào)各方并邀請(qǐng)專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘探，設(shè)計(jì)單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、各方意見及專家意見確定了洞口補(bǔ)強(qiáng)措施設(shè)計(jì)變更。2022年7月，設(shè)計(jì)單位根據(jù)補(bǔ)充勘察資料及現(xiàn)場(chǎng)勘探資料，出具設(shè)計(jì)變更調(diào)整。

滑塌成因分析：隧道出口位置位于沖溝凹槽，覆蓋土層土質(zhì)為殘破堆積土，含水量大，黏性極差，開挖后難以自穩(wěn)；仰拱開挖線處于土體與泥巖的交界面且為順層，泥巖不透水，遇水后極易在交界面出現(xiàn)滑移面，且交界滑面向外傾斜，傾斜角約為30°，支護(hù)不當(dāng)及外部不利因素疊加時(shí)在開挖后極易失穩(wěn)。

2.2 洞口支護(hù)設(shè)計(jì)

依據(jù)前文所述洞口滑塌成因，為進(jìn)一步降低上層因土石分界、雨水侵蝕而產(chǎn)生的順層滑移面向下滑塌的不利影響，進(jìn)一步穩(wěn)固上部巖體的整體穩(wěn)定性，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抵御上層滑移體的抗滑力，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，主要采取“明洞位置調(diào)整+抗滑樁+樁撐樁錨+雙層管棚”的支護(hù)措施。見圖2～4。

（1）優(yōu)化明暗交界位置，左線出洞口明暗交界由ZK0+860調(diào)整至ZK0+850，減少10 m、右線出洞口明暗交界由K0+896調(diào)整至K0+885位置，減少11 m；（2）明暗交界位置增設(shè)直徑為1 m的樁錨及樁撐支護(hù)，對(duì)已發(fā)生坍塌的左洞出洞口額外增設(shè)直徑為2 m的抗滑樁支護(hù)，增強(qiáng)其對(duì)上側(cè)滑移體的抗傾覆力，提高整體穩(wěn)定性；（3）對(duì)隧道洞口超淺埋地層采用30 m長(zhǎng)108 mm雙層超前大管棚，作為加強(qiáng)輔助措施；（4）門洞外左、右線路基部分增設(shè)支護(hù)擋墻連接隧道門洞，進(jìn)一步提高巖體整體穩(wěn)定性。

3 施工技術(shù)優(yōu)化

3.1 施工總體思路

結(jié)合本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況，考慮到樁頂標(biāo)高、施工平臺(tái)修筑、隧道出洞的先后順序等因素，隧道出洞口施工思路如下。

（1）先施工洞頂截水溝，其次進(jìn)行場(chǎng)地平整及平整面以上位置邊仰坡開挖防護(hù)施工（往下依次開挖期間穿插施工余下邊仰坡開挖防護(hù)施工）。

（2）進(jìn)行樁撐及抗滑樁樁基施工。

（3）進(jìn)行頂圈梁及頂圈梁錨索施工，隨后往下開挖依次進(jìn)行第一層腰梁及錨索、第二層腰梁及錨索。

（4）上層護(hù)拱及超前大管棚、下層護(hù)拱及護(hù)拱基礎(chǔ)施工。

（5）進(jìn)行隧道貫通（或向內(nèi)掘進(jìn)）施工，期間穿插完成抗滑樁擋土板施工。

（6）進(jìn)行明洞、洞門墻、重力式擋墻施工。

其中，洞頂截水溝、樁基、頂圈梁、腰梁、明洞、洞門墻及重力式擋墻施工較為常規(guī)，現(xiàn)有的施工工藝較為成熟，沿用現(xiàn)今的施工技術(shù)方案即可。頂圈梁錨索、雙層管棚施工為本次隧道洞口滑塌處置的重難點(diǎn)工程，其施工工藝較為復(fù)雜，本章下述內(nèi)容將結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)其所采取的施工技術(shù)優(yōu)化措施進(jìn)行分析研究。

3.2 頂圈梁錨索施工技術(shù)優(yōu)化

對(duì)于有大面積交叉的組合結(jié)構(gòu)物施工，在施工前，需仔細(xì)核對(duì)設(shè)計(jì)圖紙，是否會(huì)出現(xiàn)各分項(xiàng)結(jié)構(gòu)物之間沖突碰撞的情況。在設(shè)計(jì)圖紙中，頂圈梁錨索打入角度為水平向下20°，長(zhǎng)度為19 m，而錨索打入端頭與導(dǎo)向墻的高差僅為2 m，由此分析，頂圈梁錨索會(huì)出現(xiàn)與其他結(jié)構(gòu)物碰撞的情況。

此外，通過建立BIM模型發(fā)現(xiàn)，錨索采用原設(shè)計(jì)角度進(jìn)行施工時(shí)，錨索會(huì)侵入隧道洞內(nèi)結(jié)構(gòu)，與管棚發(fā)生碰撞（見圖5）。

故需對(duì)其角度進(jìn)行調(diào)整，采用BIM進(jìn)行建模模擬，以錨索打入端為固定點(diǎn)，對(duì)隧道主體結(jié)構(gòu)之上頂圈梁部分錨索角度進(jìn)行水平、豎直方向打入角度的調(diào)整，以達(dá)到避免碰撞的效果（見圖6～8）。

PVC管預(yù)埋控制：因錨索角度控制是以打入端頭不變，調(diào)整迎土側(cè)高度、水平位置進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，故在進(jìn)行鋼筋調(diào)整時(shí)，對(duì)端頭鋼筋進(jìn)行挪移，對(duì)迎土側(cè)鋼筋進(jìn)行挪移+下壓，進(jìn)而減少鋼筋的切割（見圖9）。

現(xiàn)場(chǎng)施工嚴(yán)格按照錨索角度調(diào)整進(jìn)行質(zhì)量控制，通過BIM模擬角度，測(cè)量計(jì)算其坐標(biāo)、高程、前后位差參數(shù)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行放樣，由現(xiàn)場(chǎng)管理人員實(shí)測(cè)實(shí)量定位安裝錨索打入導(dǎo)向PVC管，后續(xù)鉆孔、注漿均沿導(dǎo)向PVC管往內(nèi)進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)角度控制。

3.3 雙層管棚施工技術(shù)優(yōu)化

雙層管棚對(duì)地層的支護(hù)作用效果明顯優(yōu)于單層管棚，且更適用于本項(xiàng)目由于出洞口邊仰坡滑塌的情況。相對(duì)于單層管棚，相同管徑的雙層管棚超前支護(hù)時(shí)，初期支護(hù)構(gòu)件的彎矩減少了23%，拱頂沉降也有明顯減小。開挖階段的監(jiān)測(cè)也表明，雙層管棚加固地層對(duì)拱頂沉降的抑制作用要優(yōu)于單層管棚［1］。但隧道雙層管棚施工難點(diǎn)較多，本項(xiàng)目通過采用BIM輔助模擬現(xiàn)場(chǎng)施工情況，更好地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行指導(dǎo)。

3.3.1 雙層管棚角度控制

雙層管棚的打入角度應(yīng)如何進(jìn)行控制，相較于單層管棚，雙層管棚在施作過程中對(duì)地層的重復(fù)擾動(dòng)，所以雙層管棚施工導(dǎo)致地層的沉降要大于單層管棚［2］，故在進(jìn)行管棚角度確定時(shí)，不僅要考慮隧道縱坡、距洞口30 m位置開挖預(yù)留高度情況，還需考慮預(yù)留更多的管棚下?lián)项A(yù)留量，尤其是第二層管棚下?lián)系念A(yù)留量。

隧道出洞口左線雙層管棚角度控制（見圖10）：在套拱施工時(shí)預(yù)留2 m長(zhǎng)導(dǎo)向管，可有效進(jìn)行鉆孔角度控制，以下層管棚角度a為主要控制點(diǎn)，因出洞口往隧道內(nèi)為下坡段（坡度為1.51%），故取a=0°～1°可滿足其控制要求，上層管棚角度為b，需略大于a，防止后期管棚端頭下?lián)袭a(chǎn)生不利影響。

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，需對(duì)管棚點(diǎn)位進(jìn)行放樣，根據(jù)管棚所在位置確定平臺(tái)開挖位置，通過放樣點(diǎn)位，對(duì)導(dǎo)向管底部拱架進(jìn)行定位安裝，隨后進(jìn)行微調(diào)控制（迎土側(cè)位置的拱架稍高，背土側(cè)稍矮），導(dǎo)向管與拱架間采用小段鋼筋焊接牢固，從而實(shí)現(xiàn)其角度控制的設(shè)計(jì)要求（見圖11）。

3.3.2 雙層管棚鉆孔、送管及注漿施工

鉆孔分3個(gè)階段進(jìn)行施工，先進(jìn)行拱頂部位管棚鉆孔施工，再依次完成兩側(cè)和底部管棚鉆孔施工，每階段先進(jìn)行下層管棚的鉆進(jìn)，隨后再進(jìn)行上層管棚的鉆進(jìn)施工。

進(jìn)行管棚鉆孔施工前，需對(duì)導(dǎo)向管進(jìn)行編號(hào)，便于施工，鉆孔沿導(dǎo)向管鉆進(jìn)，采用跳孔法施工即可。

管棚送入采用人工定位，以機(jī)械推進(jìn)的方式進(jìn)行。因鉆孔、送管施工存在時(shí)差，故些許鉆孔尾部堆積少許渣樣，當(dāng)用機(jī)械平推無(wú)法送入管棚時(shí)，可采用炮機(jī)、鋼墊板錘擊的方式輔助進(jìn)行送管施工。

為防止因上部管棚注漿而導(dǎo)致漿液沿著巖層裂隙下流堵塞低位的管棚出漿孔，注漿順序需由兩側(cè)下部往上逐孔完成管棚注漿。注漿過程中應(yīng)及時(shí)觀測(cè)注漿壓力，待壓力值達(dá)到要求，且止?jié){塞排氣孔出漿后，方可完成注漿。

4 使用效果

為應(yīng)對(duì)出洞口左線邊仰坡滑塌，出具此設(shè)計(jì)變更，縮短暗洞掘進(jìn)長(zhǎng)度，在明暗交界位置增設(shè)大直徑樁錨及樁撐支護(hù)；對(duì)左線隧道洞口超淺埋地層采用30 m長(zhǎng)108 mm雙層超前大管棚作為加強(qiáng)輔助措施，整體支護(hù)效果較好，穩(wěn)定了現(xiàn)場(chǎng)巖體失穩(wěn)情況，對(duì)后續(xù)完成隧道的貫通提供了極好的前提條件。完成變更支護(hù)施工后，隧道順利貫通。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某項(xiàng)目隧道出洞口邊仰坡滑塌處理為例，通過對(duì)滑坡進(jìn)行明暗交界位置縮短、增設(shè)大直徑樁錨及樁撐支護(hù)、對(duì)左線隧道洞口超淺埋地層采用30 m長(zhǎng)108 mm雙層超前大管棚作為加強(qiáng)輔助措施以及門洞外左、右線路基部分增設(shè)支護(hù)擋墻連接隧道門洞，表明“明洞位置調(diào)整+抗滑樁+樁撐樁錨+雙層管棚”對(duì)處置超淺埋地層隧道出洞口邊仰坡淺層滑動(dòng)具備很強(qiáng)的實(shí)用性，同時(shí)也進(jìn)一步提醒隧道洞口設(shè)計(jì)施工需要考慮最不利工況下支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)及加強(qiáng)施工全過程跟蹤，降低因過多考慮成本及地質(zhì)勘查分析誤差造成設(shè)計(jì)施工誤差帶來(lái)的處理成本不可控、社會(huì)影響不可控及安全不利因素發(fā)生率，為項(xiàng)目安全有序的施工建設(shè)提供保證。例如此次變更設(shè)計(jì)中，抗滑樁的主要作用為抵抗邊坡滑移的水平推力。原設(shè)計(jì)中，圍檁錨索鉆孔鉆于樁基上，鉆孔孔徑為25 cm，樁基樁徑僅為1 m，需破除圍檁位置1/4樁基混凝土，切割4根主筋，對(duì)抗滑樁的整體抗剪受力十分不利，而減少鉆孔孔徑，采用加長(zhǎng)錨固段的長(zhǎng)度的方式，同時(shí)將錨索位置調(diào)整至相鄰樁基中間，可更好地實(shí)現(xiàn)樁錨支護(hù)作用。

參考文獻(xiàn)

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［2］曾潤(rùn)忠.淺埋雙層大管棚施工引起地表沉降分析［J］.華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，201 28（1）：38-41.

收稿日期：2023-10-17

作者簡(jiǎn)介：梁國(guó)儒（1989—），工程師，主要從事橋梁、隧道工程施工管理與技術(shù)研究工作。