阿依隧道洞口地表大面積開裂、初支大變形原因分析及治理措施

葉茂權(quán)

湖南省公路設(shè)計有限公司貴州分公司 貴陽市 550081

摘要：本文介紹了威魯公路一標(biāo)段阿依隧道洞口段施工過程中出現(xiàn)的各種病害，并分析其成因，介紹了病害處理的具體工程措施和施工方法，總結(jié)了淺埋、偏壓、軟弱圍巖地質(zhì)段隧道進(jìn)洞方案和綜合治理措施，有效保證了隧道施工順利進(jìn)洞。

關(guān)鍵詞：隧道；洞口；開裂；變形；治理；措施

一、概述

阿依隧道為興義市威舍至魯屯一級煤炭專用公路第1合同段的重要工程，為單向2車道的一級公路隧道，隧道左幅長445m，隧道右幅長629m，隧道最大埋深94.9m。隧道區(qū)上覆第四系殘坡積層（Q4el+dl），下伏下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組（T1f）泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及中三疊統(tǒng)關(guān)嶺組（T2g2）灰?guī)r、泥灰?guī)r，第四系殘坡積層在隧道進(jìn)出口、洞身溝谷及緩坡地帶有分布，厚薄不均，在溝谷中稍厚，多數(shù)陡坎斜坡段基巖裸露。泥巖、泥質(zhì)粉砂巖強風(fēng)化較厚，巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體極破碎，灰?guī)r強風(fēng)化較薄；中風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎至較完整，多數(shù)為Ⅳ～Ⅴ級圍巖。地下水以孔隙水、裂隙水為主，主要由大氣降水補給。地表滲水嚴(yán)重，屬淺埋軟巖隧道，且有明顯偏壓。

隧道出口采用上半斷面開挖進(jìn)洞，開挖后即架設(shè)鋼拱架和進(jìn)行鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)，進(jìn)尺達(dá)10m后，因邊坡、仰坡、以及地表大面積開裂，且有滑塌傾向，初支拱頂發(fā)生不正常下沉，一天的下沉量達(dá)到2cm，拱頂最大沉降量達(dá)20cm，部分開裂，已侵入二襯空間。拱頂發(fā)生小坍方，掘進(jìn)困難，造成進(jìn)洞受挫。

二、病害原因分析

經(jīng)現(xiàn)場實地考察后，對原有的勘察、設(shè)計文件進(jìn)行了復(fù)查和原因分析。

1.從設(shè)計資料方面分析

（1）設(shè)計資料不準(zhǔn)。鑒于目前勘察設(shè)計手段的局限性，設(shè)計對工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料提供不準(zhǔn)，為此設(shè)計采用的支護(hù)參數(shù)和襯砌類型不符合隧道開挖后實際的圍巖情況。

（2）隧道進(jìn)出口段為淺埋隧道，對相同圍巖級別顯然淺埋隧道要比非淺埋隧道圍巖壓力要大；隧道出口端仰坡巖土體為一陡坡，隧道軸線與坡面斜交進(jìn)入，坡面與洞門非對稱，屬坡面斜交型，存在一定程度的偏壓。

2.從施工方面分析

（1）施工方法不當(dāng)。施工方法針對圍巖情況的變化缺乏靈活應(yīng)變性，各工序間距安排欠妥當(dāng)，一次開挖量過大，支護(hù)不及時或支護(hù)強度不夠等而引起圍巖的坍塌；施工單位放大炮開挖，對于軟質(zhì)巖應(yīng)遵循“強支護(hù)、短進(jìn)尺，弱爆破”原則，對于淺埋軟質(zhì)巖隧道更應(yīng)禁止爆破。

（2）邊、仰坡開挖后暴露時間過長，未采取措施對仰坡進(jìn)行處理，是導(dǎo)致失穩(wěn)的原因之一。排水溝、截水溝未按設(shè)計圖的要求施工，距離隧道洞口太近，且施工質(zhì)量太差，起不到隔水、截水作用。仰坡開挖后未及時打設(shè)錨桿和噴射混凝土進(jìn)行封閉加固，洞口未做加固就開挖進(jìn)洞，從而造成坍塌。

（3）開挖時未進(jìn)行地質(zhì)和支護(hù)的觀察量測工作。對圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育性狀了解不足，施工方法和手段缺乏針對性。對已施工的鋼拱網(wǎng)噴支護(hù)，缺乏觀測數(shù)據(jù)，不能在失穩(wěn)前先行察覺并采取相應(yīng)措施。

3.其它方面原因分析

（1）進(jìn)口段從開挖的掌子面看到，在拱腳以上為厚層強風(fēng)化泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，厚層泥巖被切割成塊狀，巖層傾向線路右側(cè)（向山里），進(jìn)洞施工的過程中，破碎巖層受擾動，加之地下水的影響及對邊坡約束措施不足等，導(dǎo)致了隧道邊坡坍方；開挖后應(yīng)力釋放，發(fā)生較大膨脹壓力使坑道變形，圍巖坍塌；因圍巖壓力過大，拱腳承載力不足，兩側(cè)土體被擠壓內(nèi)涌，并沿線路軸向推擠移動，引發(fā)過大變形而侵入限界，并導(dǎo)致大范圍牽連性坍塌和地表下陷。

（2）隧道襯砌：從現(xiàn)場調(diào)查和地質(zhì)鉆孔勘探取樣分析來看，隧道病害段并不存在影響隧道安全的深層滑坡，襯砌開裂的主要原因是：因隧道洞身處于軟基之上，巖層為泥巖，作為V級圍巖的泥巖屬軟質(zhì)巖類，遇水極易軟化，強度低，在地下水的作用下，其本身就具有流滑性，且受擾動后，自穩(wěn)能力差使圍巖壓力增大，施工中圍巖長時間產(chǎn)生緩慢的塑性變形，向洞內(nèi)擠壓，破壞支護(hù)和襯砌。

（3）地面裂縫：隧道出口較大范圍內(nèi)潛伏著較深上層滯水，由于浸泡變形，使土的強度降低，造成斜坡失穩(wěn)；同時因隧道開挖后圍巖應(yīng)力調(diào)整的影響，上覆土體自下而上產(chǎn)生松弛，并牽動上部曾遭受淺滑層擾動的土體，導(dǎo)致了地面裂縫的產(chǎn)生。因初期支護(hù)不力、不及時，襯砌未緊跟，由于隧道施工爆破的震動，使擠壓破碎帶的松散巖體的縫隙和空隙不斷震動擠密，引起體積的調(diào)整，形成差異變形，地表出現(xiàn)裂縫，雨水補給滲入和地下水從隧道中的滲出，加劇了此種變形。

三、主要治理措施

1.洞口段的處理

（1）地表沉陷和裂縫用不透水土夯填密實，并重新施工截水溝，防止地表水滲入洞身段。地表采用地面灌漿錨桿，錨桿采用3根φ25的焊接鋼筋束，縱、橫間距1.5m×1.5m梅花形布置，錨桿尾部用φ25鋼筋焊接，并用砂漿保護(hù)，隧道右側(cè)山體方向布置5排。

（2）平衡壓重止偏

隧道出口沖溝較深，隧道位于半坡上，右覆蓋層薄，偏壓明顯。為防止隧道結(jié)構(gòu)的剪切破壞，采取了填土壓重的防偏措施。填土厚距拱頂2.1m，填土范圍為距隧道中線28m以內(nèi)，下側(cè)設(shè)墻收縮坡角，回填材料為隧道棄渣。洞身襯砌為混凝土復(fù)合襯砌，二襯不等厚布置，左側(cè)邊墻厚80cm，右側(cè)邊墻厚60cm。

（3）洞口段施作臨時仰拱，臨時仰拱由I18工字鋼和30cm厚C20混凝土組成，I18工字鋼與初期支護(hù)鋼拱架逐一對應(yīng)，并加鋼板楔緊焊接。臨時仰拱基礎(chǔ)應(yīng)做處理（如清除表層泥土，進(jìn)行碎石換填），確保在穩(wěn)定地基上。臨時仰拱施工時應(yīng)邊施作邊拆除豎直支撐。對初期支護(hù)扭曲變形、表面存在裂縫的部分應(yīng)同時在初期支護(hù)表面增設(shè)環(huán)向臨時支撐（縱向間距70cm），與初期支護(hù)鋼拱架間隔設(shè)置，并設(shè)置縱向連接筋。環(huán)向臨時支撐拱腳處用縱向支撐與臨時仰拱焊接起來。

（4）初期支護(hù)外背拱：背拱采用I18鋼拱架，鋼拱架縱向間距為50cm，縱向加設(shè)連接筋，確保鋼拱架縱向穩(wěn)定。每片工字鋼接頭處必須栓接后焊接牢靠并增加鎖腳導(dǎo)管，鋼拱架與初期支護(hù)之間如有空隙用楔塊楔緊。對已開挖段落，采用長4.5mφ50的注漿鋼花管進(jìn)行洞內(nèi)環(huán)向注漿加固，間距100cm×100cm。環(huán)向注漿鋼花管在拱腳處向下斜打。落底時，側(cè)墻處亦進(jìn)行環(huán)向注漿。環(huán)向注漿順序，按先拱腳，后拱頂，由下而上對稱進(jìn)行。

（5）注漿完成后待收斂穩(wěn)定以后，進(jìn)行下導(dǎo)坑開挖（每循環(huán)以5m為宜），并用工字鋼將仰拱初期支護(hù)封閉成環(huán)（與初支鋼拱對應(yīng)，換拱段在變形拱圈鋼拱位置，仰拱預(yù)埋雙拼鋼拱，與換拱拱圈的新架雙拼鋼拱對應(yīng)），澆筑仰拱進(jìn)行仰拱充填，拆除臨時仰拱，按該步驟直至仰拱施作完畢。未施做臨時仰拱段下半斷面落底時，采取拉中槽跳馬口的施工方法，每次最大錯開3m左右，杜絕單側(cè)落底。下半斷面落底、仰拱封閉成環(huán)后，應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果及時澆筑暗洞二次襯砌。

2.進(jìn)洞方案

（1）坡面錨噴加固。按照設(shè)計的邊坡，仰坡及洞口位置刷洞門至上臺