高邊坡偏壓隧道邊仰坡開裂原因分析及處理方案淺論

張銳

摘 要：隧道工程是在山區(qū)高速公路建設(shè)中的關(guān)鍵工程，隧道洞口施工又是整個(gè)隧道施工中的控制性工程。本文以武深高速青云山隧道右線出口施工過程中出現(xiàn)的邊仰坡開裂為例，淺論隧道洞口邊仰坡開裂原因及處理方案。為同類隧道洞口仰坡開裂處理提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道;洞口;仰坡;開裂;方案

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）08-0145-02

1 工程概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

青云山隧道設(shè)計(jì)為分離式隧道，洞室凈空14.75×5.0m，起訖樁號(hào)左線ZK344+710～ZK350+610，長(zhǎng)5900m;右線YK344+645～YK350+655，長(zhǎng)6010m;最大埋深約808m，屬特長(zhǎng)深埋隧道，出口端山坡坡度陡，自然坡度一般35°～40°;該隧道大地構(gòu)造部位于贛閩隆起區(qū)和粵桂湘贛褶皺帶的接界處，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。雷公頂復(fù)式背斜為隧道區(qū)主體褶皺，也是區(qū)內(nèi)最大褶皺，總體構(gòu)造行跡展布方向?yàn)楸北睎|向。

1.2 出口穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

出口位于男東向斜坡上，上覆殘坡積粉質(zhì)粘土層厚3.60 ～7.90m，強(qiáng)風(fēng)化層厚8.80～17.10m，斜坡自然坡度35°～40°，洞口斜坡臨與路線走向近似垂直相交。巖層產(chǎn)狀321°∠58°。洞口巖石裂隙發(fā)育，巖體較破碎，完整性差，圍巖分級(jí)為V級(jí)，成洞條件差，圍巖易坍塌，處理不當(dāng)可能出現(xiàn)大體積坍塌及冒頂，邊坡為逆向坡;仰坡為逆層坡，坡度較陡。

1.3 隧址區(qū)水文地質(zhì)條件

由于隧道洞身較長(zhǎng)，穿越地層時(shí)代較多，各巖性差異風(fēng)化較明顯，且由于隧址區(qū)褶皺較發(fā)育，不同類型的結(jié)構(gòu)面發(fā)育，具較強(qiáng)的透水性，地表水順各結(jié)構(gòu)面滲入地下，成為豐富的地下水水源，使得隧道區(qū)地下水較為發(fā)育，豐富的地下水將影響隧道的施工，施工時(shí)要注意排水、預(yù)防涌水。

2 設(shè)計(jì)情況

洞門形式為削竹式，明洞開挖臨時(shí)仰坡后采用錨、網(wǎng)、噴防護(hù)，支護(hù)參數(shù)：C20噴射混凝土10cm，φ8鋼筋網(wǎng)間距20×20cm，Φ22砂漿錨桿，長(zhǎng)3.50m，間距120×120cm。后期洞頂外露仰坡采用三維網(wǎng)植草進(jìn)行綠化。

3 右線出口仰坡開裂情況及原因分析

3.1 仰坡開裂情況

青云山隧道右線出口2015年9月1日開始邊仰坡開挖，9月3日長(zhǎng)管棚開始施工，9月7日采取三臺(tái)階開挖方法進(jìn)洞;掌子面累計(jì)進(jìn)尺91m時(shí)發(fā)現(xiàn)仰坡有橫向裂縫3條，呈平行狀，裂縫寬度10mm、12mm、13mm，洞頂位移沉降觀測(cè)點(diǎn)沉降15mm并向大里程側(cè)位移10mm;測(cè)量人員每2小時(shí)觀測(cè)1次，12小時(shí)后累計(jì)沉降20mm，向大里程側(cè)累計(jì)位移23mm;測(cè)量裂縫寬度為22mm、23mm、26mm。

3.2 原因分析

仰坡開裂的原因?yàn)椋憾错斉R時(shí)排水溝施作不及時(shí)致使地表水下滲造成地表土失穩(wěn);開挖后未及時(shí)支護(hù);地表水下滲至巖面致使巖面同地表土之間形成滑動(dòng)面;仰坡存在偏壓。下面逐個(gè)分析造成本次開裂的原因。

（1）為加快工程進(jìn)度，邊仰坡開挖完成后長(zhǎng)管棚跟洞頂臨時(shí)排水溝同時(shí)施工，施工期為旱季，天溝施作完成時(shí)仰坡未開裂。但天溝入水側(cè)局部高于原地面，致使雨水不能順利流入天溝而沿溝壁外側(cè)滲入地下。天溝施作及時(shí)性對(duì)仰坡無影響，而天溝缺陷問題對(duì)仰坡穩(wěn)定性有影響，但影響較小。

（2）出口段設(shè)計(jì)V級(jí)圍巖120m，拱架間距50cm，正常情況下每循環(huán)進(jìn)尺50cm，掌子面超挖嚴(yán)重時(shí)進(jìn)尺1m。至仰坡開裂時(shí)掌子面進(jìn)尺1m共20次，進(jìn)尺1m時(shí)需安裝2榀拱架，開挖后暴露時(shí)間增加，存在未及時(shí)支護(hù)情況。對(duì)仰坡開裂有一定影響。

（3）青云山隧道右線出口仰坡最高處埋深26m，表層為粉質(zhì)粘土，角礫，松散結(jié)構(gòu);下部結(jié)構(gòu)為強(qiáng)～中風(fēng)化砂巖夾泥質(zhì)頁(yè)巖（圖1）。上下結(jié)構(gòu)分層明顯，巖層頂端至洞口段傾角較大，可達(dá)65°。當(dāng)有地表水下滲至巖層面后形成滑動(dòng)面，上部松散粉質(zhì)粘土經(jīng)地表水下滲后失去原有穩(wěn)定性，沿滑動(dòng)面滑動(dòng)造成仰坡開裂。仰坡開裂時(shí)間段廣東地區(qū)雨水多，常為小雨，地表水下滲較多。

（4）青云山隧道右線出口仰坡偏壓較嚴(yán)重（圖2），在隧道開挖和偏壓的雙重作用下，由于隧道圍巖的應(yīng)力釋放，致使洞口山體產(chǎn)生形變，形變累積后山體產(chǎn)生水平位移，進(jìn)而出現(xiàn)仰坡開裂現(xiàn)象。偏壓對(duì)洞口段的影響跟山體自身穩(wěn)定性有關(guān);由于洞口段覆蓋層是以粉質(zhì)粘土，角礫，松散結(jié)構(gòu)為主的特殊地質(zhì)，偏壓對(duì)仰坡的影響更大。

（5）超前均注漿，注漿參數(shù)為：φ50熱軋無縫鋼管，壁厚5mm，長(zhǎng)度4m，水灰比1：1，水玻璃濃度35波美度，注漿壓力為0.7MPa，終壓1.0MPa并持續(xù)10min以上，從隧道開挖情況可以看出，注漿飽滿，圍巖裂隙填充密實(shí)，排除該原因。

（6）安全步距超標(biāo)后，圍巖應(yīng)力釋放對(duì)初期支護(hù)影響較大，初期支護(hù)累計(jì)沉降收斂增加，致使邊仰坡開裂。仰坡發(fā)現(xiàn)開裂時(shí)掌子面累計(jì)進(jìn)尺91m，中臺(tái)階87m，下臺(tái)階82m，仰拱60m，二襯24m。已開挖段均為V級(jí)圍巖，規(guī)范要求V級(jí)圍巖仰拱距掌子面不大于35m，二次襯砌距掌子面不大于70m。仰坡開裂時(shí)仰拱距掌子面31m，二次襯砌距掌子面67m，安全步距均符合規(guī)范要求，排除該原因。

4 處理方案

（1）立即封閉掌子面施工暫停施工，避免開挖、爆破進(jìn)一步影響仰坡，造成仰坡滑塌等事故。

（2）對(duì)洞頂臨時(shí)排水溝局部缺陷進(jìn)行修復(fù)，天溝入水側(cè)進(jìn)行回填并用砂漿抹面，抹面預(yù)設(shè)2%坡度并順接原地面，使地表水能順利流入天溝。

（3）對(duì)仰坡山體進(jìn)行卸載。

1）先采取人工對(duì)坡面進(jìn)行鑿孔并隔斷原有錨桿，避免挖機(jī)在減載過程造成滑塌。

2）卸載過程中要盡量減小新增荷載，先用小松PC60-7小型挖機(jī)進(jìn)行減載，挖除的土堆放至隧道開挖面以外（圖3），經(jīng)二次轉(zhuǎn)運(yùn)至棄渣場(chǎng)。

3）卸載過程中每小時(shí)觀測(cè)減載里程±20m拱頂沉降及邊墻收斂數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常立即停止減載;減載里程為YK350+020-YK350+040處，YK350+016-YK350+040二次襯砌已施工，圍巖應(yīng)力釋放已趨于穩(wěn)定，整個(gè)減載過程未發(fā)現(xiàn)異常。本次卸載5631m3，共重10135.8噸，減載后仰坡分三級(jí)：一級(jí)坡度為1：5，二級(jí)為1：1，三級(jí)為1：0.75。

（4）對(duì)坡面重新防護(hù)。

1）采用φ50熱軋無縫鋼管，壁厚5mm，長(zhǎng)度4m代替錨桿，垂直坡面，間距100cm×100cm梅花形布置，并進(jìn)行注漿使邊坡整體固結(jié)達(dá)到邊坡穩(wěn)定的目的。注漿參數(shù)：水灰比 1：1，水玻璃濃度35波美度，注漿壓力為0.7MPa，終壓? ? ? 1.0MPa并持續(xù)10min以上。

2）鋼筋網(wǎng)采用φ8鋼筋，間距20×20cm，注漿錨管處采用焊接連接牢固，施作C25噴射混凝土10cm厚。最后測(cè)量人員重新埋設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。

（5）卸載及防護(hù)完成后掌子面開始復(fù)工，嚴(yán)格控制超挖，保證每循環(huán)1榀拱價(jià)進(jìn)尺，開挖完成后及時(shí)支護(hù)。隧道施工過程中，測(cè)量人員未發(fā)現(xiàn)有異常沉降位移發(fā)生，仰坡無裂縫。青云山隧道右線出口恢復(fù)正常施工生產(chǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過實(shí)踐證明，該處理方案切實(shí)可行?？蔀轭愃破珘侯愃淼蓝纯谘銎绿幚硖峁┮欢ǖ膮⒖?。

在隧道工程施工做遇到仰坡開裂不可怕，關(guān)鍵是處理措施要恰當(dāng)。在偏壓隧道施工中應(yīng)遵循“短開挖、強(qiáng)支護(hù)、及時(shí)密貼、實(shí)回填、嚴(yán)治水、勤量測(cè)”的施工原則，并對(duì)洞內(nèi)及仰坡進(jìn)行定期準(zhǔn)確測(cè)量，通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)分析與判斷，確保隧道在施工過程中及建成后圍巖支護(hù)的狀態(tài)區(qū)域穩(wěn)定。