淺埋隧道洞口段穿越?jīng)_溝地形進(jìn)洞方案

摘要 文章主要對淺埋隧道穿越?jīng)_溝地形的進(jìn)洞方案進(jìn)行研究。由于設(shè)計(jì)水文、地勘資料與現(xiàn)場不符，通過對按原設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)洞失敗及變更處治后仍不能安全進(jìn)洞的原因分析，提出洞外采用明洞接長并回填，抵抗仰坡滑移，穩(wěn)住邊仰坡;洞內(nèi)采用臨時(shí)支撐、注漿固結(jié)圍巖的措施，保證了隧道安全進(jìn)洞，使淺埋段成功穿越?jīng)_溝地形。

關(guān)鍵詞 淺埋;沖溝;洞口;隧道進(jìn)洞;滑坡;冒頂;塌方

中圖分類號 U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）09-0160-03

引言

沖溝地形是由軟弱巖石、土壤在間斷流水長期沖刷作用下或地質(zhì)構(gòu)造變化（地震或地層沉降）形成的相鄰高差較大的溝谷地。[1]通常情況下，隧道在穿越各種沖溝段時(shí)，由于溝谷地地應(yīng)力較集中，加上淺埋、偏壓、圍巖差等因素，往往在隧道施工時(shí)造成滑坡、塌方、冒頂?shù)?，使得隧道進(jìn)洞困難[2]。

1 工程概況

蔡家坡隧道位于貴州省六枝特區(qū)下轄九龍街道蔡家坡至缸口寨一帶，呈近東北—西南向展布。隧道設(shè)計(jì)為分離式+小凈距隧道，出口端測設(shè)基線間距約20 m，雙向四車道，設(shè)計(jì)行車速度80 km/h。左幅隧道長2 089.15 m，最大埋深約255.98 m。右幅隧道長2 045 m，最大埋深約266.509 m。隧道出口端淺埋段長度83 m，埋深0～25 m，見圖1。

2 隧道出口端原設(shè)計(jì)

2.1 洞口段原地勘資料

2.1.1 地質(zhì)情況

隧道出口段屬緩坡地貌，地形坡角在15°～20°，覆蓋層為粉質(zhì)粘土及全風(fēng)化泥巖，鉆探揭露厚度分別為3.5 m及6.0 m，下伏基巖為中風(fēng)化白云巖。洞口處圍巖為軟巖—較堅(jiān)硬巖，巖體較破碎—較完整，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，呈碎、裂狀結(jié)構(gòu)，屬V級圍巖。斜坡自然條件下較穩(wěn)定，邊坡開挖地層主要為中風(fēng)化白云巖、泥巖等，表層有薄層粉質(zhì)粘土。由赤平投影圖分析，斜坡為反傾坡，層理面與J1、J2對于出口端開挖仰坡影響不大。

2.1.2 地下水

地下水以巖溶裂隙水、構(gòu)造裂隙水為主，水量隨大氣降水量及節(jié)理裂隙變化而變化，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖富水性不均一，透水性較弱。

2.2 洞口邊、仰坡防護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

出口端洞門形式采用端墻式。洞口開挖臨時(shí)邊、仰坡及暗挖工作坡面邊坡加固采用錨、噴、掛網(wǎng)支護(hù)，支護(hù)參數(shù)采用以下參數(shù)。

邊坡：三級坡坡率為1∶1，二級坡坡率為1∶0.75，一級坡率為1∶0.5，防護(hù)采用Φ6鋼筋網(wǎng)（20×20 cm）+22砂漿錨桿（L=2.5 m、L=6.0 m，間距1.2×1.2 m，梅花形布置）+10 cm厚C20噴射混凝土錨噴支護(hù)。

仰坡：仰坡開挖坡率為1∶0.5，噴10 cm厚C20素混凝土，打設(shè)Φ22砂漿錨桿，間距1.0×1.0 m，錨桿長度為4.0 m，掛Φ6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距為20×20 cm。

3 施工過程遇到的問題

3.1 隧道長度調(diào)整

隧道出口端右幅淺埋段長83 m，埋深0～25 m，仰坡地質(zhì)為紅粘土。隧道進(jìn)洞前，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地勘查，因地方道路與主線K6+040通道橋樁基施工干擾，經(jīng)變更，調(diào)整隧道長度。隧道右幅縮短20 m進(jìn)洞，仰坡高度8 m。左幅縮短41 m進(jìn)洞，洞門處埋深13 m。變更后，右幅淺埋段長63 m，埋深8～25 m;左幅淺埋段36 m，埋深13～25 m。

3.2 進(jìn)洞失敗

原進(jìn)洞方案按照：測量放樣→截水溝施工→邊仰坡開挖及防護(hù)→施作套拱→施作長管棚→進(jìn)洞施工→明洞施工、洞門施工順序先組織右洞進(jìn)洞，右洞掌子面掘進(jìn)50 m后再組織左洞進(jìn)洞。

3.2.1 右洞洞口施工情況

由于左幅縮短41 m，前期先開挖左幅縮短段落的路基邊坡。因此，隧道進(jìn)洞先施工右幅。右洞上導(dǎo)坑掘進(jìn)13 m時(shí)，仰坡噴射混凝土沿截水溝附近出現(xiàn)多條環(huán)向裂縫，寬度1～2 cm，洞內(nèi)上導(dǎo)坑靠近洞門位置初支左、右邊墻噴射混凝土出現(xiàn)“鼓脹”現(xiàn)象，隆起高度約3 cm。將仰坡環(huán)向裂縫封閉后上導(dǎo)坑繼續(xù)掘進(jìn)，在上導(dǎo)坑掘進(jìn)20 m時(shí)，仰坡截水溝附近環(huán)向裂縫加劇，且截水溝后方坡體也出現(xiàn)多條環(huán)向裂縫，裂縫寬度5～10 cm。右幅洞頂上方?jīng)_溝區(qū)域形成淺層小型滑坡。

經(jīng)參建各方開會討論后形成變更處治方案如下：

（1）刷坡減載，即在淺層重力式滑坡區(qū)域按照2級邊坡進(jìn)行刷坡減載，邊坡坡率1∶1.25，每級邊坡高度控制在6 m以內(nèi)。

（2）仰坡立即施作3×3 m的排水孔，長度6 m，仰角8°～12°，內(nèi)徑Φ70 mm。

（3）地表注漿，沿縱向每隔1 m打設(shè)一排4.5 m Φ42×4注漿鋼花管。共打設(shè)10排;每排的注漿管打設(shè)范圍沿縱向長度為20 m，鋼花管橫向間距為1 m。

3.2.2 左洞洞口施工情況

右洞仰坡處治過程中左幅路基邊坡已開挖完成，左洞開始進(jìn)洞。在左洞上導(dǎo)坑開挖至36 m，仰拱施作完成8 m時(shí)（右洞掌子面停工），因工區(qū)連降大雨，土體處于飽水狀態(tài)，左洞距洞口10 m處發(fā)生冒頂，塌陷區(qū)域約7×8 m，左、右洞洞內(nèi)初支均變形并侵限，拱頂有黃泥水流出;右洞仰坡經(jīng)加固處治后再次開裂，環(huán)向裂縫增多，開裂范圍縱向發(fā)展至30 m處，裂縫寬度5～30 cm，仰坡滑坡呈加劇狀態(tài)，隧道出口端雙洞進(jìn)洞均失敗。

3.3 地質(zhì)補(bǔ)勘

因洞口段開挖揭露地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)地勘有較大出入，組織地質(zhì)補(bǔ)勘。洞口段實(shí)際地形地貌及地質(zhì)情況：

隧道出口端右幅洞口上方為緩斜坡地貌，地形坡角15°～20°。右幅位于一緩傾沖溝內(nèi)（見圖2），具備匯水條件，覆蓋層為可塑狀紅粘土，鉆探揭露厚度為28 m，下伏基巖為強(qiáng)—中風(fēng)化白云巖。左幅洞口端上方屬陡坡地貌，地形坡度在40°～50°，地表覆蓋層為可塑狀紅粘土，鉆探揭露厚度為14 m，下伏基巖為中風(fēng)化白云巖，鉆孔記錄見表1。設(shè)計(jì)地勘資料和實(shí)際情況不符，即淺埋段洞身圍巖均位于紅粘土層內(nèi)。

4 調(diào)整進(jìn)洞方案

（1）進(jìn)洞失敗原因分析。該段水文、地質(zhì)環(huán)境與設(shè)計(jì)地勘情況存在差異，邊仰坡防護(hù)參數(shù)不足。右幅位于沖溝內(nèi)且埋深淺，處于溝谷地應(yīng)力密集地帶。沖溝地形隧道開挖，洞內(nèi)、地表出現(xiàn)了明顯的縱向效應(yīng)，即隨著隧道向前掘進(jìn)，洞內(nèi)初支變形、地表開裂、沉陷加大[3]。

現(xiàn)場邊仰坡段為紅粘土，隧道長度經(jīng)變更后縮短20 m，增大了仰坡坡角，破壞了仰坡平衡狀態(tài)。仰坡開挖后下滑趨勢加大，經(jīng)加固后未能有效固坡，洞頂上方后緣裂隙變形較大，且后期變形逐漸擴(kuò)散，雨水滲入地表覆土使其自重增加，覆土間的粘聚力下降，加上洞內(nèi)施工擾動，導(dǎo)致地表開裂沉陷、冒頂。

（2）調(diào)整思路。隧道仰坡地層為紅粘土，錨索框架梁防護(hù)方式不適宜，受場地所限，抗滑樁無法布設(shè)。因此，僅靠加固仰坡隧道仍然無法進(jìn)洞，所以采取明洞接長回填反壓的方式抵抗仰坡坡體下滑力，盡量減小隧道穿越?jīng)_溝地形洞內(nèi)、地表的縱向效應(yīng)，保證隧道安全進(jìn)洞。具體處治方案如下：

4.1 仰坡處治

（1）及時(shí)封閉坡面裂縫，防止地表水沿裂縫下滲。先采取人工對坡面裂縫進(jìn)行鑿孔，防止內(nèi)部脫空現(xiàn)象，再對裂縫進(jìn)行封閉施工，局部裂縫較大處采用泵送混凝土進(jìn)行封閉。

（2）左洞上方冒頂處采用泵送混凝土進(jìn)行封閉。

（3）裂縫較大處，增設(shè)地表鋼花管注漿，采用Φ42鋼花管對地表加固處理，鋼花管按照1.2 m×2.0 m的間距梅花形布設(shè)，每根長4.0 m，壁厚3.5 mm。

4.2 右洞明洞接長

（1）右洞采用明洞接長（20 m），并進(jìn)行回填，回填高度6 m，起到對右洞仰坡及兩側(cè)邊坡壓腳的作用，防止仰坡土體失穩(wěn)下滑?；靥詈笱銎赂叨? m，右洞左側(cè)邊坡高度4 m，右側(cè)邊坡基本填平。

（2）明洞回填。明洞襯砌混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%以上時(shí)進(jìn)行明洞回填，回填前進(jìn)行防水處理，并在洞頂回填土表面夯填50 cm厚粘土隔水層，砂礫做透水層，采用人工分層夯實(shí)，要求壓實(shí)度不小于90%，施工時(shí)注意對稱回填，兩側(cè)回填的土面高差不得大于50 cm。人工夯實(shí)回填至拱頂以上1 m，方可采用小型機(jī)械分層夯實(shí)。

4.3 初期支護(hù)加固

（1）右洞掌子面及左洞冒頂涌泥端采用洞渣回填反壓，洞內(nèi)初支變形段落采用臨時(shí)鋼支撐支護(hù)。臨時(shí)支撐采用18工字鋼，間距為60 cm，支撐底部采用鋼板支墊，支撐于兩側(cè)拱腰位置，顯倒八字形支撐，縱向間距與初支型鋼間距一致，并與原初支工字鋼焊接成整體。

（2）徑向小導(dǎo)管注漿加固。采用Φ42鋼花管對土質(zhì)圍巖進(jìn)行徑向注漿加固處理，按照1.2 m×2.0 m（環(huán)向×縱向）的間距梅花形布設(shè)，鋼花管長4.0 m，壁厚3.5 mm。

（3）初期支護(hù)鋼架拆換。出口明洞接長并回填反壓及暗洞土質(zhì)圍巖范圍采用徑向小導(dǎo)管注漿加固后方可進(jìn)行洞內(nèi)初支變形侵限段落處治，初支換拱逐榀進(jìn)行。在需換拱的鋼拱架接頭處增加4根Φ42（長度4.5 m）鎖腳錨管加強(qiáng)鎖腳。

4.4 二襯施工

初期支護(hù)采用臨時(shí)支撐加固，土質(zhì)圍巖注漿固結(jié)后，及時(shí)跟進(jìn)仰拱及仰拱填充，出口端洞口施作二模二次襯砌對洞口進(jìn)行鎖口。洞內(nèi)初支侵限段落完成換拱后，緊跟二次襯砌澆筑。

4.5 施工期間監(jiān)控量測

（1）洞內(nèi)布點(diǎn)觀測。施工前，在洞內(nèi)初期支護(hù)鋼拱架上布設(shè)拱頂下沉觀測點(diǎn)及凈空收斂觀測點(diǎn)，每5 m一個(gè)斷面進(jìn)行布設(shè)，對初支侵限較大處，增設(shè)絕對位移監(jiān)測點(diǎn)，尤其是連接鋼板處和墻角處。

（2）洞外布點(diǎn)觀測。洞頂原地表，每5 m一個(gè)斷面布設(shè)位移觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)位移容許值為ΔX≤1.25 cm、預(yù)警值為ΔX≤1.5 cm。

（3）觀測頻率。觀測頻率為每天2次，降雨期間每天3次，直至淺埋段二次襯砌施工完畢。

5 結(jié)論與建議

（1）結(jié)論：該文依托六安高速蔡家坡隧道，對淺埋隧道穿越?jīng)_溝地形進(jìn)洞方案進(jìn)行闡述。原洞口段水文、地質(zhì)情況與現(xiàn)場不符，洞口開挖防護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)不足，導(dǎo)致雙洞進(jìn)洞失敗。關(guān)鍵原因是仰坡在經(jīng)過仰坡坡角增大、仰坡開挖以及左右洞洞身開挖之后，多次造成擾動，加上暴雨季節(jié)地下水下滲，導(dǎo)致仰坡形成淺層滑坡，隧道無法進(jìn)洞。在采用明洞接長回填反壓，對仰坡及洞口邊坡起到壓腳作用，抵抗仰坡繼續(xù)下滑;同時(shí)對洞內(nèi)初支進(jìn)行臨時(shí)加固、圍巖進(jìn)行注漿固結(jié);地表對裂縫、冒頂處進(jìn)行封閉處理，防止地表水繼續(xù)下滲的方式，保證了隧道雙洞實(shí)現(xiàn)安全進(jìn)洞。

（2）建議：位于沖溝地形、埋深淺、土質(zhì)圍巖條件下的隧道，仰坡坡體通常處于臨界平衡狀態(tài)，仰坡及洞身開挖易造成仰坡失穩(wěn)，切忌盲目縮短隧道長度，增大仰坡高度及角度。建議隧道進(jìn)洞采用零開挖或者接長明洞再回填暗挖掘進(jìn)的方式，盡可能少擾動仰坡坡體。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2022-02-15

作者簡介：王國豐（1979—），男，碩士，高級工程師，從事隧道施工技術(shù)研究工作。