山嶺隧道斷層破碎帶洞口淺層滑坡原因分析與處治方法

關(guān)鍵詞：山嶺隧道；淺層滑坡；變形破壞；病害分析；治理方案

中圖分類號(hào)：U457+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.048

文章編號(hào)：1673-4874（2025）03-0168-04

0 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力日益增長(zhǎng)與科技水平快速提升，山區(qū)一些地形地質(zhì)條件復(fù)雜、施工困難的地方也逐步修建起高速公路。高速公路受線形條件與構(gòu)造物限制，隧道選址有時(shí)不得不位于不利工程穩(wěn)定的區(qū)域，特別是洞口位置處于嚴(yán)重偏壓、沖溝、順層坡、斷層破碎帶附近的情況屢見不鮮[1-2]。隧道施工過程中，洞口開挖是事故頻發(fā)的工序，易出現(xiàn)地表下沉開裂、襯砌開裂等病害，處理不當(dāng)可能出現(xiàn)洞口上方滑坡，后續(xù)洞口段塌方“關(guān)門”的重大事故。本文基于實(shí)際工程，分析位于斷層破碎帶處隧道洞口施工過程中的變形破壞情況，提出淺層護(hù)坡病害及其相應(yīng)處治措施，有效控制變形破壞繼續(xù)發(fā)展，可供以后同類工程參考。

1工程概況

龍城高速公路起點(diǎn) （K0+000） 位于龍勝縣馬堤鄉(xiāng)芙蓉村，終點(diǎn) （110+729.203） 位于龍勝縣龍勝鎮(zhèn)雙洞村附近，與規(guī)劃龍勝至羅城高速公路相接。隧道左線起訖樁號(hào)為 2117+253～2188+608 ，全長(zhǎng)1355m；右線起訖樁號(hào)為 1×7+250 686～1×8+570 ，全長(zhǎng)1319. 314m

隧道區(qū)屬低山丘陵侵蝕地貌，山體連綿起伏，地形起伏較大，地形地貌主要受地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造控制。隧道穿過丘陵地貌區(qū)，隧址區(qū)地層由第四系覆蓋層坡殘積粉質(zhì)黏土、震旦系南沱組（Zan）以及元古界板溪群上亞群 （Ptan₂ ）粉砂巖、碎裂巖及其風(fēng)化層組成。龍勝-永福斷裂于隧道出口位置小角度斜交通過隧道，如圖1所示。斷裂為非活動(dòng)性斷裂，區(qū)域地質(zhì)較穩(wěn)定。龍勝縣城端洞口隧道斜坡相對(duì)較陡，坡度為 30^°～40^° ，多覆蓋殘坡積硬塑粉質(zhì)黏土。隧道穿越的山體巖體破碎嚴(yán)重，破碎帶巖質(zhì)軟，巖芯極破碎，巖芯呈巖屑狀、角礫狀，洞口段巖體較破碎一破碎，巖質(zhì)較軟。破碎帶是良好的儲(chǔ)水層，同時(shí)也是地下水的徑流通道[3，且開挖揭示山體內(nèi)地下水較豐富，出口段偏壓較嚴(yán)重、巖土體地質(zhì)條件較差。

左洞出口左側(cè)上部為X146縣道，為龍勝至湖南關(guān)鍵道路，重要性較高。此縣道于隧道口左側(cè)上方呈 360^° 急回頭彎形態(tài)， 1lt;8+620 附近由于縣道外側(cè)邊溝被沖垮，邊溝內(nèi)水流沖擊下方邊坡，坡體巖石破碎，基巖上部風(fēng)化嚴(yán)重，水流沖擊作用下上覆的殘坡積層及破碎的巖石產(chǎn)生崩塌，形成小型泥石流，在坡腳形成小型沖積扇，沖毀溝底原水田。在施工期間，受多期強(qiáng)降雨影響，此處形成匯水渠道，現(xiàn)場(chǎng)已于下方抗滑樁后施做滲溝及截水溝，引導(dǎo)水流流向坡下排水系統(tǒng)中。

龍勝縣城端左右線洞門均設(shè)計(jì)為端墻式洞門，考慮到山體偏壓嚴(yán)重，為減少邊、仰坡開挖采用半拱蓋挖法進(jìn)洞，護(hù)拱順應(yīng)地形施作，并且在路線靠山側(cè)設(shè)置抗滑樁。由于右線洞口臨近沖溝，為防止洞門及偏壓墻受到?jīng)_刷，在沖溝處設(shè)置改溝，改溝底部標(biāo)高略高于偏壓墻趾，左線洞口為保證洞門穩(wěn)定，在偏壓墻施作后回填C15混凝土反壓。

2 變形破壞情況

隧道出口段施工，先施工左右洞對(duì)應(yīng)左側(cè)的抗滑樁，施工洞頂截水溝，抗滑樁施工后，于2021年10月中旬進(jìn)行洞口開挖，2021年11月施工左洞偏壓墻及明洞部分，于2021年12月出口左洞開始進(jìn)洞作業(yè)，于2022年1月出口右洞開始進(jìn)洞作業(yè)。

隧道出口左洞出口樁號(hào)為 ZK8+608 ，截至2022-04-08，洞口洞門墻正在施工，二襯已施工2模，至2188+586 處（已施工 22m） ，仰拱與二襯齊平，掌子面樁號(hào)為 2118+567 （已施工4 11m） ；隧道出口段右洞洞口樁號(hào)為 1lt;8+5gt;0 ，洞口洞門墻正在施工，第一模二襯已施工完成（樁號(hào)至 18+558 ，距洞口 12（m） ，正在施工第2模二襯（樁號(hào)至 18+546 ，距洞口24m），仰拱開挖至 1×8+541 （距洞口29m），掌子面開挖至 18+526（ （距洞口44m）。隧道出口在雨季期間，左右洞仰坡及之間的邊坡上發(fā)現(xiàn)多處開裂縫，裂縫張開 1～10mm ，局部裂縫拉裂坡頂截水溝；右洞左側(cè) 18+565 處坡表可見小型淺層垮塌體，垮塌體長(zhǎng)15m，高 8m ，最厚2 m₀

針對(duì)隧道出口的裂縫變形進(jìn)行隧道 218+585 處地表下沉與拱頂沉降監(jiān)測(cè)并統(tǒng)計(jì)如圖2所示。 2022-03- 25至 2022-03-27 連續(xù)3d地表 1×8+535 處斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速率較大，當(dāng)日最大沉降速率為 14.1mm/d 2022-04-04 洞內(nèi) 2188+585～2188+575 區(qū)段及地表變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較4月3日急劇增大，其中 21×8+585 和218+580 斷面拱頂累計(jì)沉降值分別為156. 4mm 和166. 3mm ，已超過預(yù)留變形量（預(yù)留變形量為 150mm ，地表變形速率為 12.2～53.2mm/d

右洞左側(cè)抗滑樁可見樁體上有豎向縫隙，兩道豎向裂縫分別位于樁號(hào) K8+576，K8+580 處， 18+576 處裂縫豎長(zhǎng)約8 m，188+580 處裂縫豎長(zhǎng)約 6m ，裂縫整體位于抗滑樁樁板結(jié)合中心處。地表巡查均發(fā)現(xiàn)多處仰坡混凝土開裂、塌落，地表多處裂縫，且有擴(kuò)散趨勢(shì)。洞內(nèi)21×8+575 斷面左側(cè)拱肩可見初噴混凝土明顯凸出，在隧道左洞出口二襯上開始產(chǎn)生沿隧道縱向發(fā)展的裂紋。

3病害原因分析與處治方法

3.1病害原因分析

3.1.1地形地質(zhì)因素

隧道洞口段山體坡度為 20^°～30^° ，有利于坡體表面巖石風(fēng)化堆積，隧道洞口段縱斷面如圖3所示。由圖3可知，地層表面圍巖風(fēng)化層較厚，堆積體較為松散且穩(wěn)定性差。地層傾向與隧道走向平行，巖層傾角緩于山體坡度，這種構(gòu)造條件下山體內(nèi)部巖層層面即可能作為滑動(dòng)面存在，滑動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)高。山體發(fā)生滑坡時(shí)，常常是與沖溝地形相關(guān)，稱作“V”字地形。山體的底部之所以為“V”地形，是因?yàn)殚L(zhǎng)期受到?jīng)_刷與下切。根據(jù)地形圖可知，該隧道所處的沖溝較為深、長(zhǎng)，具有溯源侵蝕的特征，其發(fā)展一般是因?yàn)槭艿蕉喾矫嬉蛩氐挠绊?。此地也屬于斷層破碎帶區(qū)域，地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈，對(duì)滑坡的活性有著顯著的提升。這種地形若出現(xiàn)滑坡會(huì)是多層次、多規(guī)模、多形式的，長(zhǎng)期以來可能發(fā)生過多次小型滑坡，不過每次滑坡形成間隔時(shí)間長(zhǎng)，之后堆積體經(jīng)沖刷被帶走，植被重新生長(zhǎng)又復(fù)原，滑坡痕跡不明顯，但此類地形存在較大安全隱患。所以，當(dāng)隧道洞口位于沖溝底部時(shí)，坡體長(zhǎng)期遭受雨水沖刷，同時(shí)受斷層破碎帶影響，巖體節(jié)理裂隙十分發(fā)育，自身抗剪能力差，整體上處于一種“一觸即發(fā)\"的狀態(tài)，外界因素的干擾很容易誘發(fā)新的災(zāi)害。

3.1.2水的影響

滑坡受地下水影響較少，主要與地表水相關(guān)，地表水則為地表徑流與大氣降水。隧道洞口位于沖溝底部，地表徑流量大，會(huì)出現(xiàn)地表集水現(xiàn)象，這為水滲入土體深處提供了有利的條件。當(dāng)水滲入土體后，土體重度增加，孔隙水壓力增大，隨后土體軟化，導(dǎo)致裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大，被水滲入的土體和不受水影響的土體區(qū)域之間形成一個(gè)分界面，在滲入時(shí)間足夠長(zhǎng)的情況下，出現(xiàn)塑性區(qū)界面，也就是滑坡體的分界線。根據(jù)降雨強(qiáng)度的不同，水在坡體下滲深度有所區(qū)別，坡體塑性區(qū)發(fā)展的區(qū)域也相應(yīng)發(fā)生變化。經(jīng)研究表明，降雨情況下，塑性區(qū)初期在坡腳處率先出現(xiàn)，土體自身的軟化并不會(huì)直接導(dǎo)致失穩(wěn)分層，而是降雨后土體重度增加，重力作用下坡腳應(yīng)力集中，結(jié)合裂隙的發(fā)展，塑性區(qū)在坡腳形成，坡體表面出現(xiàn)牽引式滑坡的趨勢(shì)，降雨歷時(shí)越長(zhǎng)，坡體重度越大，塑性區(qū)從下至上進(jìn)一步發(fā)展，大型的山體滑坡就會(huì)發(fā)生。

3.1.3施工影響

根據(jù)上述對(duì)水影響因素的分析可以知道，此類滑坡的塑性區(qū)是由山腳開始出現(xiàn)的。坡體在常規(guī)情況下，坡腳出現(xiàn)塑性區(qū)首先需要降雨時(shí)間足夠長(zhǎng)，通常形成之后范圍廣、危害大。該隧道仰坡上方覆蓋層土體經(jīng)勘測(cè)主要為粉質(zhì)黏土，土體特征為稍濕、硬塑，浸水呈塑性狀態(tài)，不易液化，普通降雨條件形成滑坡的可能性不高。但由于隧道洞口位于坡體下方，隧道的開挖會(huì)直接破壞坡腳的穩(wěn)定性，使塑性區(qū)提前形成，在水下滲深度不夠，坡體重度增加不多時(shí)給滑坡的形成創(chuàng)造有利條件，這種時(shí)候形成的滑坡即為淺層滑坡。

該隧道路線方向與巖層走向接近垂直，隧道開挖相當(dāng)于對(duì)坡體進(jìn)行“掏腳”，同時(shí)此處處于斷層破碎帶區(qū)域，圍巖本身穩(wěn)定性差，巖質(zhì)較軟，破碎帶是良好的儲(chǔ)水層，同時(shí)也是地下水的徑流通道。隧道右洞洞口位于山腳沖溝處，雨季受到集中沖刷嚴(yán)重，又有施工前左洞上方二級(jí)路水溝沖垮后，洞口上方邊坡受到長(zhǎng)期沖刷，已經(jīng)十分破碎。雨水隨著斷層破碎帶下滲，襯砌周邊大范圍圍巖儲(chǔ)水，隧道上方富水壓力增大4，下方基礎(chǔ)軟化下沉，隧道整體下沉，拱頂上方土體失去支撐也隨著變形。變形發(fā)展到一定程度后，坡腳出現(xiàn)塑性區(qū)，坡腳變形引起山體位移，坡腳塑性區(qū)進(jìn)一步發(fā)展到山體上方，導(dǎo)致坡體整體變形過大，病害出現(xiàn)。

3.2處治措施

3.2.1洞內(nèi)沉降控制

根據(jù)病害原因分析可知，洞內(nèi)的沉降是導(dǎo)致山體發(fā)生淺層滑坡的誘因，也是直接原因之一。當(dāng)隧道開挖進(jìn)洞時(shí)，若沉降得不到有效控制，則會(huì)加速山體變形失穩(wěn)。處治病害的第一步應(yīng)對(duì)洞內(nèi)的沉降變形進(jìn)行控制，而根據(jù)圍巖特性，隧道開挖后易出現(xiàn)拱腳沉降，拱腳沉降是拱頂沉降發(fā)生的緣由。斷層破碎帶滲水后，拱底基礎(chǔ)承載力下降，為了防止襯砌變形繼續(xù)擴(kuò)大，需要控制初支基礎(chǔ)沉降，鋼架“鎖腳”是有效的加固手段，其控制效果已在多個(gè)工程項(xiàng)目中得到實(shí)踐驗(yàn)證，在基礎(chǔ)軟弱地段該措施能起到明顯的作用。首先應(yīng)停止左線隧道掌子面繼續(xù)開挖，防止進(jìn)一步擾動(dòng)，然后對(duì)未施工二襯段落進(jìn)行回填?；靥顣r(shí)應(yīng)注意保障施作鎖腳鋼管時(shí)有施工的空間，洞渣回填結(jié)束后，對(duì)已施工初期支護(hù)段落補(bǔ)充打設(shè)各臺(tái)階鎖腳，規(guī)格取6m長(zhǎng) ?89mm 鋼管。為了使鋼管能夠有效發(fā)揮作用，每榻拱架單側(cè) ?6 根。同時(shí)，加強(qiáng)二次襯砌支護(hù)參數(shù)，提升鋼筋直徑。

3.2.2洞外反壓回填

通過分析可知，長(zhǎng)期的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與氣候運(yùn)動(dòng)在隧道洞口區(qū)域出現(xiàn)了一個(gè)十分不利于山體穩(wěn)定的條件。隨著時(shí)間的推移，沖溝的下切與侵蝕運(yùn)動(dòng)也會(huì)進(jìn)一步加重，即便隧道施工完成后短期內(nèi)沒有問題，但經(jīng)過多年雨季，“V\"字地形進(jìn)一步發(fā)展，在沒有施工擾動(dòng)的情況下也可能會(huì)出現(xiàn)新的滑坡事故，故而洞口病害的治理不能忽略這一層因素5；同時(shí)，由于隧道開挖起到“掏腳”的影響，破壞山體原有應(yīng)力相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，故而需要通過相應(yīng)的手段來平衡應(yīng)力[。結(jié)合以上原因，處治方案應(yīng)解決兩個(gè)問題：（1）抑制洞口區(qū)域的下切與侵蝕運(yùn)動(dòng)；（2）應(yīng)力平衡。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)可知，洞口反壓回填與坡體鎖腳結(jié)合能夠較好地解決這兩個(gè)問題。

洞口原設(shè)計(jì)方案如圖4所示，左、右洞口樁號(hào)間距為35m，分離式設(shè)置，此時(shí)兩洞口各自承受山體應(yīng)力，在施工過程中互相產(chǎn)生不利影響。為了減少洞口之間的沖刷并增加反壓體影響范圍，考慮將左、右洞口與抗滑樁結(jié)合為一整體。采用6m高的擋土墻連接左洞洞門與右洞抗滑樁，形成L形，并在擋墻與山體的間隙中回填混凝土，擋墻標(biāo)高以上則按一定的坡率回填反壓，保證反壓到隧道間山體仰坡。此外，將右洞的洞口明洞與偏壓墻同時(shí)延長(zhǎng) 12m ，明洞施工完成之后，在右洞明洞外側(cè)回填?5 m高的C15混凝土，之上采用洞渣回填壓實(shí)，回填高度需保證施作水溝過水?dāng)嗝娌桓哂趽鯄?，預(yù)留改溝施工空間。這樣既可以解決雨水對(duì)“V”字形洞口前緣的危害，同時(shí)又形成了大范圍的反壓體對(duì)山腳進(jìn)行反壓，保證隧道洞口長(zhǎng)久的穩(wěn)定性。

3.2.3 洞外截排水

根據(jù)前述可知，隧道洞口所處區(qū)域存在溯源沖刷的情況，洞外反壓回填可以保護(hù)滑坡體前緣的穩(wěn)定性，而上游“V\"字地形的發(fā)展也需要進(jìn)行限制。同時(shí)，由于隧道位于沖溝底部，截排水工作需落實(shí)到位。在洞口邊仰坡打設(shè)長(zhǎng)3. 5.m.?42m m的小導(dǎo)管注漿加固，小導(dǎo)管間距為100cm×100cm ，梅花形布置，注漿材料一般為P.O.42.5水泥凈漿液，水泥漿水灰比 （0.6～0.8）：1 右洞右側(cè)沖溝段填平至洞頂以上 ≥2m ，以此高度平壓至邊坡處。右洞右側(cè)回填反壓后，順地形重新修筑排水溝，并設(shè)置消能池，接順至原設(shè)計(jì)水溝中，如圖5所示。

按上述方案施工過后，洞口整體剛度、強(qiáng)度得到提升，山體應(yīng)力得到改善，洞口區(qū)域抗雨水沖刷能力得到加強(qiáng)，有效控制了現(xiàn)場(chǎng)病害，襯砌變形穩(wěn)定，裂縫不再繼續(xù)發(fā)育。

4結(jié)語

通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)調(diào)查得知，在斷層破碎帶順層坡隧道洞口段落施工，雨季易出現(xiàn)襯砌變形、山體滑移現(xiàn)象，特別是隧道位于沖溝底部時(shí)，匯水嚴(yán)重，通過采用洞內(nèi)大鎖腳，同時(shí)延長(zhǎng)明洞，聯(lián)合左右洞進(jìn)行反壓回填的方式抵抗山體滑移是有效的處治手段。此外，雨水下滲是十分重要的誘因，做好截排水工作是防止病害出現(xiàn)的關(guān)鍵一環(huán)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳明奎，何尉祥，申玉生.碎屑流地層偏壓隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2023，19（9）：413-422.

[2]章玉偉，徐澤鑫，謝遠(yuǎn)，等.斷層破碎帶隧道圍巖敏感性及沉降控制分析J].科學(xué)技術(shù)與工程，2023，23（8）：3493-3501.

[3汪洋，張世強(qiáng)，陳棟格，等.深埋輸水隧洞斷層破碎帶襯砌外水壓力三維數(shù)值模擬研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2023，56（12）：1546-1552.

[4]張有天.巖石隧道襯砌外水壓力問題的討論[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2003，40（3）：1-4.

[5]紀(jì)偉，陳彬，李永勤，等.回填反壓在滑坡群治理工程中的應(yīng)用研究[J].公路，2022，5（5）：123-127.

[6]耿志紅.碎屑流滑坡成因機(jī)理及運(yùn)動(dòng)特征研究[D].石家莊：石家莊鐵道大學(xué)，2023.