大斷面隧道淺埋偏壓洞口段施工關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

許王亮

(中鐵北京工程局集團(tuán)第一工程有限公司，西安 710000)

1 引言

在隧道施工中，特別是洞口處于山體覆蓋層厚淺埋偏壓段時(shí)，隧道進(jìn)洞處理方案一直是隧道施工的難點(diǎn)[1]。目前，已經(jīng)有很多專家學(xué)者對(duì)該問題進(jìn)行了深入研究。趙慧龍[2]采用數(shù)值模擬的方法比較全斷面法和臺(tái)階法開挖對(duì)洞口段地表位移、圍巖變形和應(yīng)力進(jìn)行綜合分析，最終提出了確定了經(jīng)濟(jì)合理的施工參數(shù)；吳子瀛[3]通過比較明洞、回填暗挖、半明半暗3 種進(jìn)洞方案，最終認(rèn)為半明半暗進(jìn)洞方案更適合大斷面隧道淺埋偏壓洞口段施工；王建秀等[4]考慮4 種不同連拱-邊坡作用模型，按強(qiáng)度折減法分析了邊坡穩(wěn)定性，其認(rèn)為三導(dǎo)洞工法更適合偏壓洞口段施工。針對(duì)淺埋偏壓隧道極易受地形條件的影響，容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，施工難度和風(fēng)險(xiǎn)大的問題，本文以大涼山1 號(hào)隧道為工程背景，分析隧道偏壓形成條件與判斷條件，最終提出淺埋偏壓段隧道洞口段施工技術(shù)方法，并對(duì)處理中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行具體介紹。

2 工程概況

大涼山1 號(hào)隧道全長(zhǎng)15.3 km，隧址位于四川省涼山彝族自治州雷波縣谷堆鄉(xiāng)。隧址區(qū)屬侵蝕構(gòu)造高山地貌，地貌基本形態(tài)主要受地質(zhì)構(gòu)造控制，并與地層巖性密切相關(guān)，擬建隧址區(qū)高山逶迤，穿過背斜核部，為典型背斜成山地貌，“V”形橫向谷比較發(fā)育，植被一般，隧道進(jìn)口段原地形見圖1。隧道設(shè)計(jì)為雙向分離式越嶺隧道，總體構(gòu)造為兩背斜加一向斜加F1、F2斷層，不良地質(zhì)主要為巖溶、不良?xì)怏w、膨脹軟巖、斷層；洞口植被稀少，多為雜草，主要地層為崩坡積塊、碎石土，覆蓋層平均厚度為16 m，屬于淺埋隧道。

3 隧道偏壓機(jī)理分析

一般，隧道偏壓指隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)某一部分受力較大的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的原因可以大致歸結(jié)為兩個(gè)方面：(1）人為因素。由于施工方法不當(dāng)，掌子面局部塌方，引起部分支護(hù)結(jié)構(gòu)上應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致隧道偏壓。(2）地質(zhì)因素。地質(zhì)因素還可以分為地形和地層兩種因素。傍山而建且淺埋的隧道洞口段易產(chǎn)生偏壓情況。除此之外，在巖石節(jié)理廣泛發(fā)育，自穩(wěn)能力較差的地層中施工，若施工方法不當(dāng)且對(duì)不良地質(zhì)情況沒有進(jìn)行合理處置，一旦受到干擾，沿層理面巖石出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，進(jìn)而出現(xiàn)塌方等施工安全事故，并造成隧道偏壓。

不同原因?qū)е碌钠珘盒枰獞?yīng)用不同的判斷條件。開挖不當(dāng)、支護(hù)不及時(shí)造成掌子面局部塌方，或支護(hù)結(jié)構(gòu)回填不實(shí)等均有可能引起人為原因的隧道淺埋偏壓； 當(dāng)所建隧道處于松散破碎圍巖地段(以III、IV 級(jí)圍巖為代表，Ⅴ級(jí)圍巖時(shí)要特別注意）、地表坡度較大等地質(zhì)條件時(shí)，需要注意淺埋偏壓對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。

4 進(jìn)洞處理措施

隧道洞口段淺埋偏壓常用處置措施為削坡、減載。該方法通過削減偏壓邊坡土體，從而達(dá)到降低邊坡壓力的目的。需要指出的是，當(dāng)隧道開挖范圍較小時(shí)，治理效果較差，且可能造成新的邊坡滑移；當(dāng)開挖范圍較大時(shí)，施工成本較高，且不滿足文明施工的要求。由于本項(xiàng)目右洞設(shè)計(jì)無明洞，需將暗洞明做，若使用削坡、減載的方法，在開挖時(shí)反而增大偏壓的臨空面，使山體滑坡的風(fēng)險(xiǎn)反而加大，因此，常用的處理方法不能使用在本項(xiàng)目。因此，本文提出了一種大斷面隧道淺埋偏壓洞口段施工的新方法。

4.1 項(xiàng)目洞外措施

1）洞口施工流程包括：隧道右洞二灰土反壓回填；截排水溝施工并對(duì)洞頂?shù)乇碜{加固；洞頂抗滑樁施工；洞口路塹墻施工；開挖洞口時(shí)對(duì)洞口邊仰坡進(jìn)行掛網(wǎng)錨噴支護(hù)；超前大管棚施工；隧道暗洞開挖、初期支護(hù)；隧道底基礎(chǔ)換填(注漿加固）；仰拱、仰拱回填施工以及明洞襯砌施工；并回填洞門，最后進(jìn)行暗洞施工。

2）抗滑樁：在洞口左側(cè)5 m 外設(shè)置抗滑樁，右洞設(shè)置5 根長(zhǎng)26 m 的B 型抗滑樁，每根抗滑樁間距5 m，截面尺寸為2.0 m×3.0 m，見圖2。抗滑樁為一種阻斷滑動(dòng)面相對(duì)移動(dòng)的樁形結(jié)構(gòu)，能承受較大橫向滑坡力。十分適用于裂隙發(fā)育不完全、完整性較好的巖體或滑動(dòng)面較單一、傾角小，且滑動(dòng)面以下為較完整的基巖?？够瑯妒┕で白龊脴秴^(qū)地表截、排水及防滲工作，采用人工挖孔時(shí)需注意間隔開挖，嚴(yán)禁在雨季施工。挖孔過程中，應(yīng)對(duì)斜坡進(jìn)行觀測(cè)，并根據(jù)變形情況調(diào)整開挖速度。

3）二灰土反壓回填：反壓回填通過改變隧道地形地貌，削弱偏壓作用，達(dá)到減小隧道應(yīng)力集中的目的，見圖3。一般，二灰土采用廠拌法生產(chǎn)，沿右側(cè)洞口山坡分層回填、碾壓和夯實(shí)。填料采用穩(wěn)定性良好的土塊，石灰、粉煤灰和土的配比分別為12%∶35%∶53%。拱頂覆土厚度應(yīng)大于或等于3 m，當(dāng)回填到頂層后要考慮設(shè)計(jì)排水坡度，保證回填段不積水。

4）地表注漿加固：該方法要求注漿寬度超出開挖直徑3～5 m 以上，注漿長(zhǎng)度超出偏壓段長(zhǎng)度5～10 m 以上；注漿孔按梅花形布置，縱、橫間距1.0 m×1.0 m，注漿深度5～9 m。對(duì)注漿漿液并無特殊要求，一般為單液水泥漿，特殊情況某些特制的化學(xué)漿液增強(qiáng)黏聚力。

5）擋墻加固及邊坡開挖：一般配合二灰土反壓回填使用，通過抵擋仰坡下滑，從而達(dá)到消減偏壓對(duì)安全施工的影響。洞口開挖后需及時(shí)施作擋墻，保障洞口段施工安全。洞口注漿完成、反壓回填、擋墻、抗滑樁驗(yàn)收合格后，進(jìn)行洞口邊仰坡開挖。開挖時(shí)應(yīng)自上而下分層開挖，每層開挖高度2.0 m，邊仰坡采用錨桿、掛網(wǎng)、噴射混凝土封閉，開挖后及時(shí)進(jìn)行防護(hù)，隨開挖分層及時(shí)施作。

6）超前大管棚支護(hù)。洞口淺埋段位于斷層破碎地層中，應(yīng)采用大管棚預(yù)注漿使破碎巖體形成緊密整體，增加施工安全性。一般，大管棚施工作業(yè)先施作導(dǎo)向墻，導(dǎo)向管安裝前定位要準(zhǔn)確無誤，導(dǎo)向管安設(shè)后要精確復(fù)核，保證安裝準(zhǔn)確。

4.2 項(xiàng)目洞內(nèi)措施

對(duì)于淺埋偏壓隧道，目前采取的措施包括超前支護(hù)、分步開挖、加強(qiáng)初支、增強(qiáng)二襯以及提前施作二襯等。除此之外，針對(duì)地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的偏壓隧道，還應(yīng)同時(shí)加基地注漿、鋼管樁等措施增強(qiáng)地基承載力，并同步加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。本文提出的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾種：(1）超前支護(hù)的措施，加長(zhǎng)加密超前錨桿，超前小導(dǎo)管注漿配合鋼支撐等。(2）隧道分步開挖，眾多工程實(shí)例證明，全斷面法并不適用于偏壓隧道開挖。通常的做法是將大斷面開挖轉(zhuǎn)變?yōu)槎啻涡嗝骈_挖，減少對(duì)地層的擾動(dòng)，逐步釋放地層應(yīng)力，如多臺(tái)階法和單側(cè)、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。開挖應(yīng)開挖隧道偏壓一側(cè)，釋放圍巖應(yīng)力，再開挖另一側(cè)。同時(shí)縮短每次開挖進(jìn)尺，減輕對(duì)圍巖擾動(dòng)。(3）加強(qiáng)初期支護(hù)的措施，于偏壓側(cè)增設(shè)徑向小導(dǎo)管或錨桿，適當(dāng)增加偏壓側(cè)初支設(shè)計(jì)厚度，采用高強(qiáng)度混凝土，增強(qiáng)初支鋼架間的縱向連接強(qiáng)度，充分發(fā)揮聯(lián)合支護(hù)的作用。(4）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，由于偏壓隧道圍巖變形發(fā)展迅速，因此，適當(dāng)加密量測(cè)斷面和量測(cè)頻率，及時(shí)處理量測(cè)信息，根據(jù)拱頂下沉等位移信息判斷偏壓段隧道的施工是否滿足安全要求，并采取相應(yīng)技術(shù)措施，對(duì)保證安全施工至關(guān)重要。

5 結(jié)語(yǔ)

大斷面隧道淺埋偏壓洞口段由于偏壓導(dǎo)致圍巖變形，地質(zhì)災(zāi)害常發(fā)，嚴(yán)重威脅施工安全。隧道的偏壓是施工因素、地質(zhì)因素和地形因素綜合作用導(dǎo)致的，在實(shí)際施工中應(yīng)及時(shí)根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)施工，采取相應(yīng)措施。合理的施工順序和加固措施尤為重要。選擇增設(shè)抗滑樁、二灰土反壓回填、地表注漿加固，結(jié)合邊坡?lián)鯄统爸ёo(hù)的綜合方法降低山體滑坡對(duì)施工安全的影響。加強(qiáng)隧道洞口段洞內(nèi)變形以及地表沉降的監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判斷隧道施工是否安全并采取相應(yīng)措施。