隧道洞口山體滑坡的處置方案比選及實施效果

中鐵二局第五工程有限公司 甘肅省合作市 747000

摘要：由于工程地質條件、水文地質條件及人為因素等影響，隧道施工過程中會出現(xiàn)滑坡、冒頂、崩塌等各種地質災害。因此加強對隧道洞口的滑坡原因分析，并提出處置方案及預防預案，就可減少施工事故，提高施工質量并加速高速公路及隧道工程的建設。本文以臨合高速公路LH14合同段下仁尕瑪隧道洞口滑坡為例進行分析并提出處置方案。

關鍵詞：隧道洞口；山體滑坡；注漿；小導管；加固

一、工程概況

下仁尕瑪隧道為一座左、右線分離的四車道短隧道，屬小凈距隧道。隧址位于夏河縣扎油鄉(xiāng)下仁尕瑪村，隧道起訖樁號ZK83+400～ZK83+859，長459m；YK83+425～YK83+849，長424m。隧道最大埋深112m，出口段最大埋深約46m。局部基巖裸露，為下三疊系板巖夾砂巖，板巖中厚層-薄層狀構造，變余泥質結構，板理發(fā)育，砂巖中厚層狀塊狀構造，單層厚15-20cm，層理發(fā)育，層面平整。

該隧道出口段位于扎油河右岸，為Ⅴ級圍巖，圍巖自穩(wěn)能力差，洞壁、洞頂易發(fā)生松動變形、掉塊及塌方，洞底穩(wěn)定性較好。出口段上覆蓋薄層松散坡碎石土，洞口右側岸坡上部有一處崩塌及危巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，靠近洞門端局部對隧道安全有影響。

二、出口段山體失穩(wěn)的概況及原因分析

（一）失穩(wěn)概況

2013年7月3日～7月11日下仁尕瑪隧道所在地區(qū)普降大雨。本來趨于穩(wěn)定的隧道初期支護于7月10日開始變形。且隧道拱頂初期支護逐步出現(xiàn)較大裂縫，拱頂部分噴射砼脫落，鋼拱架與初支砼剝離出現(xiàn)裂縫?，F(xiàn)場對噴射砼脫落部位剝離后發(fā)現(xiàn)多榀鋼拱架發(fā)生扭曲變形。

1.洞內變形情況

（1）左線ZK83+780～ZK83+812段及ZK83+825～ZK83+842.5段初期支護出現(xiàn)大面積開裂，其中ZK83+795拱頂開裂及位移最嚴重。ZK83+842.5導向墻拱頂沿洞軸線向大里程發(fā)生位移達12cm。

（2）YK83+810～YK83+846.4 段初期支護開裂嚴重，最大裂縫寬度達8cm。多榀鋼拱架發(fā)生扭曲變形，且出口段初期支護及導向墻向大里程方向發(fā)生較大位移，導向墻拱部出現(xiàn)明顯前傾，位移達40cm。

2.洞頂山體變形

洞頂山體出現(xiàn)多條裂縫，裂縫最大寬度達20cm。

3.變形前洞內各工序的里程位置

工序里程

左右線二襯

里程仰拱里程下臺階

掌子面上臺階

掌子面?zhèn)渥?/p>

左線ZK83+695ZK83+740ZK83+750ZK83+812、

ZK83+825上臺階出口端施工了17.5m

右線YK83+750YK83+780YK83+795YK83+846.4上臺階已貫通

（二）原因分析

1.內在因素

下仁尕瑪隧道出口段最大埋深46m，地層巖性為下三疊系板巖砂夾巖，板巖中厚層-薄層板狀構造，變余泥質結構，板理發(fā)育，砂巖層理發(fā)育；且出口段坡面頂部有一段成分為碎石土的坡積物松散堆積體。

由于巖層構造破碎，產狀不良，風化嚴重且風化深度大（ZK83+815掌子面為強風化～全風化），巖體軟弱，強度低，加之薄層狀構造，層間摩阻力小，這些形成了變形的內在因素。

2.外部誘因

（1）隧道屬于小凈距隧道，洞身開挖要影響山體自身的穩(wěn)定性。

（2）出口進洞施工，必然要切削原來的坡腳，創(chuàng)造工作面，才能進洞施工，這樣也增大了臨空面。

（3）連日的降雨，導致坡面地層達到水飽和狀態(tài)，增加了圍巖的直接荷載，并誘發(fā)陡峻坡面堆積地層的縱向滑動。

三、隧道洞口山體滑坡的處置方案比選

失穩(wěn)發(fā)生后，為預防裂縫繼續(xù)擴大，造成更大的損失和危害，洞外采用隧道棄渣反壓回填，回填高度高于隧道套拱以上1米，洞內對有裂縫的拱頂采用200mm*20mm*20mm的方木搭成方木垛，沿隧道縱向凈間距3m，對拱頂進行加固，并請行業(yè)內專家組現(xiàn)場查勘，經專家組商量后，提出三個方案。

方案A：削山減載+洞內加固方案。對山體進行明挖卸載處理，以右線YK83+780點高程（高程2831m）為控制點，下挖5m至2826m高程，水平方向自左向右側按照1：1.5放坡，順接原山體。沿線路方向按照1：1.5的坡度進行三級放坡，每級邊坡8m高，中間設置2m碎落臺。每級邊坡平臺設置橫向截水溝將左側山體及開挖面的流水引致山右側扎油溝內。洞內則先處理靠扎油溝近側的右線，處理后再處理左線，洞內施工順序：①超前注漿及徑向注漿加固；②逐榀換拱；③換拱9m后，及時施做下臺階、仰拱，隨后施工二襯；④繼續(xù)逐榀換拱；⑤換拱9m后，及時施做下臺階、仰拱，隨后施工二襯……。

方案B：地表注漿+明洞加長+洞內加固方案。對山體滑坡段進行地表注漿加固，隨后接長明洞，洞頂回填完畢后再處理洞內。洞內的施工順序同方案A，也是先處理右線再處理左線。

方案C：明洞加長+洞內加固方案。僅對山體表面裂縫進行封堵，隨后接長明洞，洞頂回填完畢后再處理洞內。洞內的施工順序同方案A一樣。

方案比選：方案C造價最低，但留下的隱患較大，削山以后造成左線左側山體臨空面大，對隧洞形成偏壓，日后有不確定的因素存在；方案C造價其次，但施工洞內時難度較大，因為裂紋已經貫通，進洞換拱前的超前注漿效果不會太好，給后續(xù)施工留下較大隱患；方案B雖然造價較高，但可做到預防為主，防治結合，為后續(xù)隧道施工創(chuàng)造良好的條件，日后運營階段也不會留下后患。經過比選后確定選擇方案B。

四、隧道洞口山體滑坡的處置技術

（一）滑坡處置施工

1.施工準備

（1）對隧道出口右線洞頂因裂縫過大，使得脫離母體的外漏巖石進行清除。

（2）對裂縫進行灌漿處理，裂縫頂進行翻挖夯填粘土或灰土封堵，開挖坑道寬度1m，深度1m，回填要高出原有地面，使雨水不得下滲。

2.地表注漿加固

對左、右線暗洞埋深小于15m的山體進行地表注漿加固，注漿小導管采用外徑42mm，壁厚4mm的熱扎無縫鋼管，小導管間距按150*150cm梅花狀布設，每排小導管的底標高必須達到設計開挖輪廓線，漿液擴散半徑按1m計，地表注漿采用水泥漿液。

（1）小導管結構

小導管前端加工成錐形，以便插打，并防止?jié){液前沖。小導管中間部位鉆φ10mm的注漿孔，注漿孔呈梅花形布置（防止注漿出現(xiàn)死角），間距為15mm，尾部1m范圍內不鉆孔以防漏漿，末端焊直徑為6mm的環(huán)形箍筋，以防打設小導管時端部開裂，影響注漿管聯(lián)接。

（2）小導管安裝方法

在預定的位置用潛孔鉆機鉆孔。小導管安設采用鉆孔打入法，鉆孔直徑比鋼管直徑大3～5mm，帶好絲扣保護帽，用錘擊或鉆機頂入，使麻絲柱塞與孔壁充分擠壓緊，頂入長度不小于鋼管長度的90%，注漿管的外露長度為30cm，以便連接孔口閥門和管路，并用高壓風將鋼管的砂石吹出。安裝完后用塑膠泥封堵孔口及周圍裂隙。頂管時注意保護鋼管尾部不被損壞，以便與高壓注漿管連接。

（3）小導管注漿

①漿液的選擇

漿液采用水泥砂漿，水灰比1：1（重量比），施工時由試驗室選定，使用不低于42.5強度的水泥。小導管注漿施工見圖。圖 小導管注漿施工圖

②注漿量

為了獲得良好的固結效果，必須注入足夠的漿液量，確保有效擴散范圍。漿液擴散半徑按1m計，并且漿液在地層中均勻擴散。

③注漿壓力

注漿壓力為0.5～1MPa，施工中根據(jù)施工現(xiàn)場試驗確定較合理的注漿參數(shù)。

④注漿注意事項

注漿前檢查注漿泵、管路及接頭牢固程度，防止?jié){液沖出傷人。

注漿時密切監(jiān)視壓力變化，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

注漿時注意防止堵管、串漿和跑漿，若發(fā)生堵管、串漿和跑漿要停止注漿，分析原因隨時解決。做好注漿壓力、注漿量、注漿時間等各項記錄。

3.明洞加長

地表加固完畢后施做明洞，先施工右線明洞，再施工左線明洞，右線明洞延長8米，與左線明洞端頭里程一致，形成整體端墻式洞門。

4.洞頂回填

明洞施工完畢后鋪設復合防水板，拱腳以上5m范圍內采用片石砼回填，5m以上采用普通土回填，當填土至拱頂以上1.5m時，填筑0.5m粘土，表面按1：2.5橫坡與原地面順接，縱坡按1：4與原地面順接。

（二）洞內加固施工技術

對右線出口明洞回填反壓、地表注漿加固后方可進行右線洞內處理，右洞洞身錨桿、圍巖注漿加固、換拱及二襯施工完后再進行左線洞內施工。

1、洞身自進式中空注漿錨桿加固

為確保施工安全，洞內臨時支護措施在換拱前不能拆除。在安全的臨時支撐下，洞內右線YK83+805～YK83+840段、左線ZK83+775～ZK83+840段起拱線以上范圍內采用6m長R32自進式中空注漿錨桿加強處理，間距200cm（縱）x100（環(huán)），每環(huán)設計19根。

2、洞身周圍圍巖注漿加固

洞內右線YK83+805～YK83+845段、左線ZK83+775～ZK83+840段起拱線以上150°范圍內采用4m長φ42小導管注漿加固（注漿壓力2Mpa），間距200cm（縱）x75（環(huán)），每環(huán)設計小導管22根。使初期支護面以外3～4m范圍內圍巖固結形成整體受力拱。

3、逐榀換拱

二襯緊跟變形段端部、對圍巖注漿加固處理后，再逐榀對侵限及扭曲變形嚴重的鋼拱架換拱，鋼拱架間距由原設計的75cm調整為50cm。

4、二襯施工

為確保安全，在保證前方仰拱、鋼筋及防水板工作距離的前提下，每換拱3m后，及時施做下臺階、仰拱，二襯長度根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)確定，施工中每3m埋設一組監(jiān)控量測點，若沉降及收斂在3cm內，則每9m襯砌一組，超過3cm則考慮適當減少每組襯砌長度。二襯后再進行后續(xù)換拱工作。

根據(jù)2013年9月6日右線洞內觀察情況，雨水通過裂縫下滲至初期支護面留出，說明裂縫已貫穿至洞身附近，故對該處需特殊處理，除加密加長小導管注漿外，YK83+816～+834二次襯砌增設I20a型鋼拱架，縱向間距75cm。

本隧道的處置從2013年10月份開始，因所處地區(qū)冬天寒冷，至2013年12月底完成右線洞內的處理，隨后進行冬休。2014年4月開始處理左線洞內，截止6月底，全部完成所有開裂段的換拱、開挖、仰拱及二襯，沒有出現(xiàn)新的事故和危害。

結語

綜上，通過對下仁尕瑪隧道洞口滑坡的形成機理及處置措施分析得知，在隧道設計選線時盡量避免線路穿過滑坡地段，實在無法避開滑坡地段時，可由專業(yè)地質人員對洞口處地質穩(wěn)定性進行評價，并對滑坡體內地質情況進行調查、鉆探并分析以確保施工時的安全，治理公路隧道滑坡應與隧道建設特別是隧道洞口建設結合起來，不應只作為單一的滑坡處理。

隧道失穩(wěn)后未填土反壓前圖片 隧道失穩(wěn)后回填土結束后圖片

隧道處置完畢后圖片

參考文獻：

[1]劉小兵，彭立敏，王薇.隧道洞口邊仰坡的平衡穩(wěn)定分析[J].中國公路學報，2010.14.

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