隧道高仰坡失穩(wěn)處治措施探討

林運(yùn)飛 劉敬霜

在山嶺隧道建設(shè)過(guò)程中，由于地形地貌條件受限或造價(jià)控制等因素，部分隧道進(jìn)出口設(shè)計(jì)采用高陡邊仰坡。由于邊仰坡失穩(wěn)導(dǎo)致隧道病害或隧道施工不當(dāng)導(dǎo)致邊仰坡失穩(wěn)的案例屢見(jiàn)不鮮，給隧道施工和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)巨大的安全質(zhì)量隱患。文章結(jié)合靖西至龍邦高速公路樂(lè)村隧道工程實(shí)例，探討了利用深層注漿加鋼管群樁的措施對(duì)隧道高仰坡進(jìn)行處理的過(guò)程和效果。

高仰坡;失穩(wěn);鋼管群樁;注漿

0?引言

在公路山嶺隧道建設(shè)過(guò)程中，隧道仰坡失穩(wěn)的案例較多。造成仰坡失穩(wěn)的因素也有很多種，如仰坡地質(zhì)條件差、未避開(kāi)雨季施工、支護(hù)不及時(shí)、開(kāi)挖方法不當(dāng)?shù)取Ｑ銎率Х€(wěn)后，處治方法也多種多樣。本文通過(guò)研究仰坡失穩(wěn)原因，并采取深層注漿加鋼管群樁方式對(duì)坡體進(jìn)行加固處理，取得了較好的成效，以期指導(dǎo)今后的隧道施工建設(shè)。

1?工程概況

1.1?隧道仰坡、洞身地質(zhì)及原防護(hù)基本情況

樂(lè)村隧道進(jìn)口段為剝蝕丘陵地貌，山體渾圓，地形起伏較大。隧道穿越一山脊，谷地和山頂高程在757～859 m之間，相對(duì)高差約102 m，隧道洞身最大埋深約67 m。進(jìn)洞口段位于小山丘上，山體自然斜坡坡角為20°～40°，地表植被主要為松樹(shù)及雜草等。隧道進(jìn)洞口段斜坡坡角20°～35°，斜坡在天然狀態(tài)下較穩(wěn)定。邊坡、仰坡主要由坡殘積黏土及強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)巖組成，被雨水沖刷較易滑塌。仰坡后方有一條三級(jí)公路，車(chē)流量較大。原設(shè)計(jì)隧道右洞進(jìn)口仰坡為三級(jí)坡，坡比1∶1-1∶1.25-1∶1.25，最大坡高約27 m，坡面防護(hù)為拱形骨架防護(hù)，二級(jí)坡在第一次失穩(wěn)后施作錨桿框架梁加強(qiáng)防護(hù)。仰坡原防護(hù)形式如圖1所示。

隧道右洞進(jìn)口圍巖以全風(fēng)化輝綠巖為主，大部分已風(fēng)化成硬塑-堅(jiān)硬黏土狀，局部為強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)巖及強(qiáng)-中風(fēng)化輝綠巖，裂隙發(fā)育，巖體破碎，屬極軟巖-軟巖，BQ值<250，一般無(wú)自穩(wěn)能力。掘進(jìn)時(shí)常有塌方發(fā)生，拱部及側(cè)壁容易變形破壞，在支護(hù)不及時(shí)或施工方法不當(dāng)?shù)那闆r下，容易導(dǎo)致地面下沉或產(chǎn)生冒頂現(xiàn)象，施工時(shí)洞室偶有滴水狀或淋雨?duì)畛鏊?/p>

1.2?仰坡失穩(wěn)情況描述

2018年7月，樂(lè)村隧道右洞YK22+809.5段掌子面發(fā)生塌方冒頂。在處治過(guò)程中，由于回填體未有效壓實(shí)和及時(shí)封閉，仰坡第2級(jí)平臺(tái)大范圍開(kāi)裂后未及時(shí)封閉，導(dǎo)致地表水下滲后軟化坡體，進(jìn)而引發(fā)平臺(tái)二次塌陷。

2?邊坡處理方案與效果

2.1?邊坡處理方案

邊坡失穩(wěn)發(fā)生后，項(xiàng)目公司、設(shè)計(jì)院、總監(jiān)辦、總承包部等相關(guān)人員立即到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察。經(jīng)充分論證，四方一致同意根據(jù)坡體現(xiàn)狀對(duì)加固方案進(jìn)行調(diào)整，具體如下：

（1）立即封閉仰坡坡面、平臺(tái)、坡后所有裂縫，仰坡第二級(jí)平臺(tái)設(shè)置臨時(shí)防排水措施，防止地表水下滲。

（2）采用深層注漿+鋼管群樁對(duì)仰坡進(jìn)行加固處理（仰坡防護(hù)平面如圖2所示，系梁鋼管排樁與格梁鋼筋布置如圖3所示）。

①深層注漿

（a）注漿孔位按2.5 m×2.5 m梅花型布置，孔徑≥108 mm，孔底距離洞頂2.5 m。

（b）注漿范圍：縱向范圍為仰坡第2級(jí)邊坡中部起往大樁號(hào)方向設(shè)13排注漿孔（間距1.25 m）;橫向范圍為右洞右邊墻外4.5 m至右洞左邊墻外9 m（距離約31.5 m）。

（c）注漿鋼管采用42 mm、壁厚4 mm的帶孔鋼管，管長(zhǎng)4～11 m。注漿鋼管管壁鉆注漿孔，開(kāi)孔范圍為管底至管底以上4 m范圍內(nèi)，孔徑10～16 mm，間距20 cm，梅花型布置。距管底4 m處設(shè)止?jié){閥，注漿完成后可拔管，并注漿充滿(mǎn)鉆孔。

（d）化學(xué)漿液采用強(qiáng)度等級(jí)為P.C42.5的復(fù)合硅酸鹽水泥配制，設(shè)計(jì)水灰比為1∶1（可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行注漿壓力調(diào)整），初壓為0.5～1.0 MPa，注漿管每延米注漿量（按開(kāi)孔范圍計(jì)）按1.62 m3/m參考。注漿前要進(jìn)行配比試驗(yàn)，以試驗(yàn)的最佳配比為準(zhǔn)。

（e）注漿要求添加速凝劑（水玻璃），劑量為水泥量的2%～5%，要求漿液的初凝時(shí)間≤0.5 h，終凝時(shí)間≤6 h。

（f）注漿孔采用干作業(yè)法成孔，鉆孔角度與水平面垂直。成孔過(guò)程中應(yīng)觀測(cè)、記錄巖芯巖土類(lèi)別、性質(zhì)及深度，核實(shí)與地質(zhì)資料是否吻合，并作為注漿控制的依據(jù)。

（g）施工順序：鉆孔放樣→成孔→下鋼管→密封孔口保證注漿壓力→深層注漿→封孔。施工應(yīng)按先外排后內(nèi)排、隔孔跳打的順序進(jìn)行。

（h）注漿順序：應(yīng)從小樁號(hào)往大樁號(hào)、由兩側(cè)向拱頂注漿。注漿前應(yīng)做注漿試驗(yàn)，以確定注漿終止壓力和擴(kuò)散范圍。

（i）終灌注漿標(biāo)準(zhǔn)壓力：注漿壓力達(dá)到1.5～2.0 MPa時(shí)且進(jìn)漿量<1 L/min，持續(xù)20～30 min，或單孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的1.5～2倍。

②鋼管群樁

（a）布設(shè)范圍：在第3級(jí)坡腳處設(shè)4排長(zhǎng)11 m鋼管樁，樁頂為4×1 m系梁，布設(shè)示意及構(gòu)造圖見(jiàn)圖3。橫向范圍為右洞右邊墻外4.5 m至右洞左邊墻外9 m（距離約31.5 m）。

（b）注漿鋼管采用42 mm、壁厚4 mm的帶孔鋼管。鋼管管頂以下1 m至管底按1 m的間距在管壁開(kāi)孔，孔徑為10～16 mm，上下相鄰的孔位對(duì)稱(chēng)開(kāi)于管壁兩側(cè)。

（c）化學(xué)漿液采用強(qiáng)度等級(jí)為P.C42.5的復(fù)合硅酸鹽水泥配制，設(shè)計(jì)水灰比為1∶1（可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行注漿壓力調(diào)整），初壓為0.5～1.0 MPa，注漿管每延米注漿量（按開(kāi)孔范圍計(jì)）按1.62 m3/m參考。注漿前要進(jìn)行配比試驗(yàn)，以試驗(yàn)的最佳配比為準(zhǔn)。

（d）注漿要求添加速凝劑（水玻璃），劑量為水泥量的2%～5%，要求漿液的初凝時(shí)間≤0.5 h，終凝時(shí)間≤6 h。

（e）注漿孔采用干作業(yè)法成孔，孔徑≥108 mm，鉆孔角度與水平面垂直。成孔過(guò)程中應(yīng)觀測(cè)、記錄巖芯巖土類(lèi)別、性質(zhì)及深度，核實(shí)與地質(zhì)資料是否吻合，并作為注漿控制的依據(jù)。

（f）施工順序：鉆孔放樣→成孔→下鋼管→密封孔口保證注漿壓力→注漿→封孔。施工應(yīng)按先外排后內(nèi)排、隔孔跳打的順序進(jìn)行。

（g）終灌注漿標(biāo)準(zhǔn)壓力：注漿壓力達(dá)到1.5～2.0 MPa時(shí)且進(jìn)漿量<1 L/min，持續(xù)20～30 min，或單孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的1.5～2倍。

（3）清除第2級(jí)平臺(tái)所有開(kāi)裂的混凝土面層，清除頂面松動(dòng)土體，并碾壓密實(shí)，平臺(tái)鋪設(shè)復(fù)合土工膜（復(fù)合土工膜要求嵌于平臺(tái)截水溝下），培土50 cm回填綠化，完善截排水系統(tǒng)。

（4）拆除因塌陷受損壞的骨架，并按相關(guān)要求重新施作錨桿拱形骨架，拱部與縱梁節(jié)點(diǎn)處補(bǔ)打12 m錨桿。同時(shí)增設(shè)系梁和地梁，尺寸及配筋與鋼筋混凝土骨架相同，將所有格梁連為一體。

（5）洞門(mén)擋墻加高至第1級(jí)平臺(tái)，并向兩側(cè)延伸至邊坡，與兩側(cè)邊坡坡面相接。墻背采用混凝土回填，高度不低于地梁，直接與地梁相接。要求頂部以下40 cm內(nèi)鋪設(shè)兩層8 mm鋼筋網(wǎng)片，間距20 cm×20 cm，層間距15 cm。

（6）仰坡第1級(jí)平臺(tái)和兩側(cè)邊坡第1級(jí)平臺(tái)增設(shè)截水溝，完善排水體系。

（7）要求增設(shè)地表沉降變形監(jiān)控量測(cè)，從第1級(jí)平臺(tái)（左洞中心線處）開(kāi)始，朝路線前進(jìn)方向縱向每5 m一個(gè)斷面（橫向范圍為左右每5 m一個(gè)斷面，共3個(gè)斷面），至第3級(jí)邊坡坡頂，設(shè)沉降變形觀測(cè)點(diǎn)。

（8）施工過(guò)程嚴(yán)格按照處治方案要求施工，保留施工記錄資料、隱蔽工程影像資料等。

2.2?塌陷的處理效果

為監(jiān)測(cè)仰坡處理效果，分別在仰坡和隧道內(nèi)設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)及位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)掌握變形情況。通過(guò)一個(gè)多月的監(jiān)測(cè)，監(jiān)控量測(cè)結(jié)果顯示，仰坡累計(jì)下沉量為22 mm，累計(jì)位移量為15 mm，且逐步趨于穩(wěn)定;隧道內(nèi)拱頂累計(jì)下沉量為4.8 mm，周邊位移累計(jì)位移量為4.26 mm，且已趨于穩(wěn)定，初支無(wú)明顯變化。監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)表明，仰坡失穩(wěn)處理效果良好。

3?結(jié)語(yǔ)

（1）隧道施工過(guò)程中，應(yīng)遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，盡量避免在隧道洞口設(shè)置高邊仰坡，實(shí)在無(wú)法避免時(shí)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況對(duì)仰坡進(jìn)行放緩，及時(shí)施作防護(hù)措施。

（2）隧道洞口位置施工時(shí)，必須嚴(yán)格按照審批的施工方案進(jìn)行施工，及時(shí)對(duì)掌子面進(jìn)行初噴封閉，初支及時(shí)跟進(jìn)，縮短開(kāi)挖時(shí)長(zhǎng)，必要時(shí)設(shè)置臨時(shí)支撐，避免掌子面后方長(zhǎng)時(shí)間空頂，從而降低塌方風(fēng)險(xiǎn)，減小大塌方的概率。

（3）隧道冒頂處理必須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行回填碾壓，做好防水處理，以免產(chǎn)生其他次生災(zāi)害。

[1]廣西交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.兩階段施工圖設(shè)計(jì)第五冊(cè)[R].2015.

[2]JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].