淺析堆積體淺埋偏壓隧道處治

皮順富 PI Shun-fu

（中鐵二十五局集團第四工程有限公司，柳州 545007）

0 引言

云南地區(qū)地形復雜，盆嶺相間，受地質(zhì)構(gòu)造控制，地形起伏較大。部分隧道為滿足總體線型要求，進出口處于堆積體淺埋偏壓地段，隧道進出洞面臨著較大安全風險，措施不當易發(fā)生偏壓、整體滑移，導致隧道初支變形、二襯開裂，甚至出現(xiàn)“關(guān)門”現(xiàn)象，存在較大安全隱患。因此，在堆積體淺埋偏壓隧道進出洞方案選擇上尤為重要，切不可一時求快，留下隱患。

1 工程簡介

昆明（岷山）至楚雄（廣通）高速公路擴建工程大芥地隧道為一座雙向六車道分離式隧道。左幅起止點樁號為ZK28+960～ZK30+075，全長1115m，采用端墻式洞門結(jié)構(gòu)。出口段位于R=1100m的圓曲線上，路段縱坡為-2.5%，受地形條件限制，該隧道僅滿足出口端進洞條件。出口段場區(qū)上覆殘坡積層碎石土；下伏基巖為震旦系下統(tǒng)澄江組砂巖夾泥巖，中元古界美黨組板巖。出口段右側(cè)埋深1.5m，左側(cè)埋深25m，屬堆積體淺埋偏壓地段。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，左幅隧道出口右側(cè)地面線變化，形成切角，易造成偏壓；隧道左側(cè)30m處地表出現(xiàn)明顯斷層，地表土質(zhì)松散，初步判斷為古滑坡體。隧道出口正處于古滑坡體范圍內(nèi)，地質(zhì)條件復雜。2020年4月，地表觀測數(shù)據(jù)異常，地表沉降、位移值均發(fā)生較大變化。經(jīng)巡查，發(fā)現(xiàn)左幅隧道出口洞頂外出現(xiàn)地表裂縫，裂縫最大寬度30cm，深度約10m。經(jīng)實測，裂縫與線路交角約30°，處于隧道施工駐地后上方。裂縫起點對應主線里程為ZK30+000，距隧道邊線33m；裂縫終點端對應主線里程為ZK30+063，距隧道邊線56m。裂縫起點距離仰坡地畝線2m，裂縫終點距離地畝線邊25m。引起隧道初支變形加速，接近臨界值；已澆筑的第一模二襯（養(yǎng)護期未達到）出現(xiàn)放射性網(wǎng)狀裂紋，存在較大安全風險，急需處治。地表裂縫與隧道相對位置如圖1、圖2。

圖1 平面圖

圖2 斷面圖

2 采取措施

結(jié)合設計資料及現(xiàn)場實際情況，出現(xiàn)地表裂縫原因主要有三方面：一是隧道斷面較大，洞身開挖過程中切除堆積體下腳，擾動堆積體；二是地勢陡峭，隧道偏壓嚴重；三是隧道左側(cè)邊坡防護措施不足。結(jié)合設計、監(jiān)測資料，采取處治措施如下：一是隧道左側(cè)邊坡增設預應力錨索框格梁植生袋防護，錨索為4束，長度20m，錨固長度10m，錨固力520kN，錨索布置于已實施框格梁中心部位，后實施框格梁需破除已實施框格梁連接部位，確保新舊框格梁連接成整體，預應力錨索框格梁嚴格按照路基通用圖實施；二是隧道停止掌子面施工，洞內(nèi)部左側(cè)采反壓回填，在邊坡防護完成并確認地表不再變化后方可進尺；三是出現(xiàn)裂紋二襯需經(jīng)三個月持續(xù)觀測后，確定裂縫是否發(fā)育再采取修復措施，如裂縫不再發(fā)育，可采取常規(guī)JGN型改性環(huán)氧封閉膠進行表面封閉處理；四是隧道右側(cè)增設偏壓墻，墻高6m，按路基重力式路塹墻結(jié)構(gòu)實施；五是盡快完成邊坡預應力錨索框格梁施工，持續(xù)對地表、洞內(nèi)進行監(jiān)測，如有變形加快情況時，及時上報有關(guān)單位；六是隧道施工嚴格按照設計及規(guī)范施工，確保工序銜接合理。（圖3、圖4）

圖3 邊坡防護圖

圖4 處治設計圖

3 具體處治方案

3.1 驗算滑動面，制定防護措施

發(fā)現(xiàn)上述情況后，立即組織地勘人員對滑動土體開展補充地勘工作。開展滑動面驗算工作。采用規(guī)范：通用方法，計算目標：剩余下滑力，計算地震烈度：8度，水平地震系數(shù)：0.2，地震作用綜合系數(shù)：0.25，地震作用重要性系數(shù)：1.0，地震力作用位置：質(zhì)心處，水平加速度分布類型：矩形。本塊始點X=69.519，末點X=72.149，上塊傳遞推力=442.638（kN），推力角度=33.491（度），本塊滑面粘聚力=15（kPa），滑面摩擦角=12.000（度），本塊總重（包括水）=369.391（kN），本塊總附加力Px=-0（kN），Py=0（kN），本塊筋帶在滑面切向力Pt=0（kN），本塊滲透水壓力=0（kN），本塊水浮力=0（kN），本塊水平地震力=18.47（kN），本塊豎向地震力=0（kN），有效的滑動面長度=3.153（m），下滑力=720.513（kN）。

經(jīng)驗算，下滑力為720kN，故而坡面防護設置錨索框格梁防護，設計錨固力750kN，錨索為6束，錨固深度10m，可以有效抵消滑動面下滑力作用。（圖5、圖6）

圖5 地質(zhì)斷面圖

圖6 驗算模型

3.2 持續(xù)開展地表，洞內(nèi)監(jiān)控量測

一是采取加密地表觀測點、加密觀測頻次，詳細記錄地表沉降、位移值；二是加密洞內(nèi)監(jiān)控量測及開裂二襯裂紋觀測頻次，仔細記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.3 預應力錨索框格梁施工（圖7、圖8）

圖7 錨索框格梁施工流程圖一

圖8 錨索框格梁施工流程圖二

①放樣、搭設腳手架：根據(jù)邊坡長度準確放出框格位置和錨索鉆孔的位置，孔位誤差不得超過土50mm；腳手架采用φ48鋼管搭設，每根立桿底部應設置底座或墊板，腳手架搭設縱、橫向。掃地水平桿距地面20～30cm，腳手架設置足夠和牢固的拉結(jié)點，并設置斜撐以增加支架的整體穩(wěn)定性，不得隨意加大腳手桿距離或不設拉結(jié)。腳手架外掛防護立網(wǎng)隨施工升高而升高，腳手板鋪平，在腳手架搭設過程中要及時設置連接桿、剪刀撐，鋼管腳手架搭設完成后須拉設四周纜風繩錨固，避免腳手架的變形、傾倒。

②鉆機就位、鉆孔：根據(jù)坡面測放孔位，準確固定安裝鉆機，并嚴格進行機位角度調(diào)整，確保錨索孔開鉆就位，鉆孔要求干鉆，禁止采用水鉆，以確保錨索施工不至于惡化邊坡巖體的工程地質(zhì)條確?？妆诘恼辰有阅堋?/p>

③高壓風清孔：鉆至設計孔深時，不能立即停鉆，要求穩(wěn)鉆1-2分鐘；然后采取高壓風進行清孔，驗收合格方能進行下一步施工。

④錨索制作、驗收及安裝：錨索鋼筋應集中在鋼筋預制場進行集中加工，然后運輸至施工現(xiàn)場進行存放。錨索安裝前要確保每根鋼筋順直、除銹、除油污，涂抹防銹劑，認真核對錨孔編號，確認無誤后再次用高壓風清孔，人工緩慢將錨索體放入孔內(nèi)。

⑤制作泥及注漿：錨索孔內(nèi)灌注M30水泥砂漿，水灰比0.4～0.45，灰砂比1:1，砂漿體強度不低于30MPa。采用從孔底到孔口返漿式注漿，注漿壓力不低于0.3MPa，并應與錨索拉拔試驗結(jié)果一致；灌漿管插入距孔底300mm～500mm處，漿液自下而上連續(xù)灌注，隨著漿液的灌進，慢慢拔出灌漿管。

⑥錨索注漿養(yǎng)護：錨索孔灌漿后，至少養(yǎng)護7天，待錨索孔內(nèi)砂漿強度達到設計強度的80%后，進行下一步施工。

⑦框格梁挖基：測量放出框格的位置，然后人工進行開挖，開挖基坑內(nèi)土要夯實。人工鋪設鋼筋籠，并進行綁扎牢固，變形縫處的拱形鋼筋應斷開。鋼筋安裝完后驗收合格后方可進行模板安裝，模板在安裝之前應涂抹脫模劑。

⑧鋼筋及模板安裝：模板安裝完成后再次檢查框格尺寸、鋼筋布置位置、數(shù)量與布設間距、鋼筋是否綁扎牢固等，并向監(jiān)理工程師申請澆筑框格混凝土。

⑨混凝土澆筑：框格與錨斜托臺座應一起澆筑，錨具也應一起進行安裝澆筑固定，澆筑混凝土過程必須連續(xù)作業(yè)，邊澆筑邊振搗密實。

⑩混凝土養(yǎng)護：每施工完成一段，待混凝土初凝后，進行覆蓋定時灑水養(yǎng)護。覆蓋養(yǎng)生7天，待框格混凝土強度達到80%以上時方可進行錨索的張拉施工。

?錨索張拉及封錨：錨索張拉必須采用專用設備進行，并在張拉作業(yè)之前進行設備的標定。張拉采用“雙控法”進行質(zhì)量控制，即以控制油表讀數(shù)為準，用伸長值進行校核。錨索鎖定后，做好標記，觀察三天，沒有異常情況即留長10cm后用手提砂輪機切割多余鋼絞線（嚴禁使用電弧燒割）。最后用水泥砂漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙，用C25砼作封錨處理。

3.4 洞內(nèi)左側(cè)土體反壓回填

采取自卸汽車就近運輸土體，反壓回填隧道洞內(nèi)左側(cè)，回填高度為拱頂下3m。

3.5 設置偏壓墻

于出口段偏壓段設置偏壓墻，偏壓墻采用6.0高重力式路塹墻結(jié)構(gòu)，按照路基通用圖實施。

3.6 停止隧道掌子面進尺

停止隧道掌子面進尺，待錨索框格梁施工完成后嚴格按照設計及規(guī)范施工，持續(xù)對開裂二襯觀測三個月，判定是否為結(jié)構(gòu)性裂縫。

4 應急措施

發(fā)現(xiàn)地表裂縫情況后，立即采取以下應急措施：一是撤離全部駐地人員，封閉駐地，禁止一切人員進入；二是隧道左洞停止進尺、封停掌子面；三是對裂縫位置、寬度、深度進行測量；四是裂縫采用水泥漿封堵，裂縫表面采用彩條布覆蓋，防止雨水直接流入；五是加密沉降觀測點，每日監(jiān)測山體變化；六是向上級單位匯報情況并做好應急措施準備。

5 處治效果

通過地表、洞內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在預應力錨索張拉前后監(jiān)測數(shù)據(jù)明顯變化；張拉前地表持續(xù)緩慢沉降、位移，張拉后持續(xù)觀測一個月未發(fā)現(xiàn)明顯沉降、位移，地表裂縫不再繼續(xù)發(fā)育；洞內(nèi)初期支護監(jiān)控量測數(shù)據(jù)正常；二襯裂紋未繼續(xù)變化，采取JGN型改性環(huán)氧封閉膠進行表面封閉處理。處治措施達到得當，既保證安全又未對整體工期造成影響，達到預期效果，較好的解決了類似工程問題。

6 結(jié)束語

隧道進出口若出現(xiàn)淺層堆積體，可采取預應力錨索框格梁防護，可有效解決中淺層堆積體滑移問題。隧道偏壓地段，及時施工偏壓墻，起到較好的支擋作用。本次隧道處治表明，處于堆積體淺埋偏壓不良地質(zhì)時應充分結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)資料，確定工程措施；一方面確保技術(shù)可行，另一方面避免措施過強增加投資。通過本次隧道處治，為類似工程提供一定的借鑒。