浅埋偏压隧道口地表及初支变形开裂综合处治技术

浅埋偏压隧道口地表及初支变形开裂综合处治技术

徐强

中铁二局第四工程有限公司四川成都610300

摘要：针对蒙华铁路毛里湾一号隧道出口浅埋、偏压等不良地质情况，隧道进洞10m后出现洞顶地表沉降开裂、洞内初支变形开裂现象。基于此首先采取地表覆盖、洞内加临时支撑等紧急应对措施，并分析地表和初支沉降变形开裂原因，然后采用了地表注浆加固山体、洞内加强支护参数和洞外抗滑桩锁脚加反压回填土及延长明洞长度等综合处治措施。通过综合处治，地表及初支变形破坏得到了有效遏制，经过连续监控量测表明，洞口山体已处于稳定状态，说明处治方案正确，可为类似工程实践提供借鉴和参考。

关键词：浅埋偏压；隧道口；初支变形；处治技术

1.前言

随着我国道路建设的不断发展，隧道建设工程也越来越多，并且工程规模也越来越大。在隧道工程施工过程中，受线路设计、地形地貌等因素的影响，很多隧道口均呈现为浅埋偏压的状态，浅埋偏压为隧道口自然灾害的一类[1]，当洞口山体围岩较破碎时，在隧道进洞开挖成新的变形空间后，加之雨水的渗透，很容易出现洞顶地表沉降、洞口山体滑坡及初期支护变形开裂等病害问题。因此，对于隧道工程建设而言，隧道口是隧道设计与施工的重点控制部位，一旦出现地表沉降、初支变形开裂甚至洞口边坡溜塌等险情后，选择何种应急处治方案至关重要。本文对蒙华铁路毛里湾一号隧道洞口地表沉降开裂和洞内初支变形开裂进行了综合处治研究，结合设计和现场地形地貌及施工情况认真分析其原因，然后采取洞内外补强加固、地表注浆、洞外抗滑桩锁脚加反压回填土及调整设计支护参数等综合处治措施，成功抵制了病害的扩大发展，使山体处于安全稳定状态。该案例可为类似工程情况提供借鉴参考。

2.工程概况

2.1工程简介

毛里湾一号隧道位于湖南省岳阳市平江县境内，隧道起讫里程DK1514+488～+630，隧道全长142m，位于直线上，坡度-6‰，衬砌类型为Ⅴb，为单线隧道。出口明暗分界里程DK1514+622，出口明洞段长度8m（V单2A型明洞），出口洞门处左侧设置1根18m长锚固桩。隧道最大埋深35m，其中出口DK1514+622～+592段位于浅埋偏压地段。

2.2地形地貌

隧址区为剥蚀低丘区，低丘波状起伏，丘坡自然坡度约20°~40°，相对高差最大约50m，植被发育。

2.3地质、水文

隧址区表层为Qel+dl粉质黏土，黄褐色～红褐色，硬塑，厚约0.5～2.0m。下伏基岩为元古界冷家溪群（Ptln）千枚状板岩，灰绿色，强风化至弱风化，其中强风化厚度约15～20m，厚度变化大。岩层产状：200~280°∠26~50°。主要节理有：170°∠42°，节理间距5cm~20cm。

地下水主要为基岩裂隙水，水量小，受季节及大气降水影响显著。隧址区地表水不发育。

图1毛里湾一号隧道出口平面图

3.施工情况

该隧道由出口往进口方向开挖掘进，双层Φ50超前小导管注浆预支护进洞，台阶临时仰拱法施工，进洞之前洞口左侧锚固桩已施工完成。2017年6月23日上台阶开挖至DK1514+612、下台阶开挖至DK1514+617、仰拱封闭成环里程DK1514+618时，现场观察发现洞口右侧拱腰处竖向、洞内左侧上下台阶连接处纵向、洞内右侧DK1514+617处环向发现3条裂纹；拱顶截水天沟内侧沿天沟方向发现2条裂缝。同时监控量测显示DK1514+612周边收敛17.82mm，DK1514+617周边收敛10.16mm，DK1514+622周边收敛7.42mm，DK1514+612拱顶沉降9.2mm，DK1514+617拱顶沉降9.2mm，出现红色险情预警。

图2毛里湾一号隧道出口洞口浅埋偏压情况

图3洞内变形裂纹图4地表沉降裂纹

4.原因分析

根据地表沉降开裂和洞内初支变形开裂范围及特点，结合现场地形地貌和水文地质情况综合分析，其险情出现主要是由于以下几个方面原因促成：

4.1水文原因

该隧道施工阶段正值夏季雨季，根据气象记录2017年6月份累计降雨天数18天，其中发生险情前6月10日至15日连续降中雨、大雨6天；发生险情之际开始6月23日至6月30日连续降大暴雨8天，最大降雨量达200mm/天。隧道口处于浅埋偏压段，地表水下渗致使强风化千枚状板岩软化，岩体抗剪强度降低，自重增加，初支受力加大，造成地表下沉和初支变形开裂。连续强降雨致使围岩富水软化是造成本次险情的主要直接原因。[2]

4.2地质原因

整座隧道均为强风化至弱风化千枚状板岩，节理裂隙发育、岩体破碎、稳定性差，围岩级别为Ⅴ级，埋深较浅，且地表覆盖层为Qel+dl粉质黏土，土中含沙量较大，透水性强，粘结性能差，不能抵抗较大的扰动，但隧道施工作业工序多、扰动时间长，进一步促成地表和初支沉降变形开裂。[3]

4.3地形原因

隧道口处于严重的浅埋偏压地段，右侧为冲沟、左侧为山体，坡度约40°，右侧覆盖层仅有1.0m~2.2m。在主动土压力作用下支护结构弯曲受拉，在浅埋偏压作用下，拱腰及拱墙受山体侧压力较大，拉应力超过支护混凝土的抗剪强度，由此地表和洞内初支产生不同程度的裂缝。[4]

4.4设计与施工原因

设计仅在洞口洞门墙位置靠山体侧（左侧）设置1根18m长锚固桩，右侧未进行挡护和回填反压设置，进而不能满足施工安全质量要求。施工前未仔细进行施工图现场核对，盲目进洞，且施工季节正值雨季。

5.综合处治方案

5.1应急处理措施

现场发生险情后，立即撤离洞内人员和设备，并采取了以下应急措施：

（1）在洞口10m外设立警戒线，并立即通知建设、设计和监理单位相关人员到场踏勘。

（2）对地表截水沟处裂缝采用水泥浆封堵，并覆盖彩条布，避免地表水通过裂缝渗透至围岩内进一步产生边仰坡溜塌。

（3）采用湿喷机械手对洞内掌子面进行喷射混凝土封闭。

（4）洞内DK1514+622~DK1514+617（5m）段上、下台阶连接处采用I18工字钢重新设置临时横撑，DK1514+617处设置一道竖向支撑（2榀I18工字钢）。

（5）洞口DK1514+622及洞内DK1514+618处分别采用3榀I18工字钢套拱，套拱纵向长度1.0m，间距0.5m一榀，并在该段每榀钢架拱腰及边墙处分别增设1组4m长锁脚锚管。

（6）加大监控量测频率，在应急加固处理过程中按2h/次进行观测，做好应急预案，确保人员安全。

图5地表裂缝处理图6地表表层覆盖图7洞内掌子面喷浆封闭

图8临时横撑图9套拱加固图10径向注浆加固

5.2综合处理措施

根据应急处理措施的处理效果，为避免初支裂缝的进一步发展和山体发生溜塌事故，召开现场专家会，确定了进一步综合处治方案。

（1）洞内外锚杆补强

洞内DK1514+622~+612（10m）段线路左侧设置系统锚杆，锚杆单根长度4m，间距1.0×1.0m，梅花形布置。洞口边仰坡增加砂浆锚杆，锚杆长度4m，间距2m梅花形布置。

（2）洞内径向注浆加固山体

洞内DK1514+622~+612（10m）段左侧拱墙及拱脚采用5m径向注浆加固山体。

（3）地表注浆固结

首先洞顶树木伐除，地表喷浆封闭，然后采用地表注浆加固。其中DK1514+622~+612段10m拱顶加固深度达到开挖轮廓线，左右两侧开挖轮廓线外5m加固至仰拱底；DK1514+612~+602段10m横向加固宽度为左右两侧开挖轮廓线外5m范围内，加固深度至上台阶底。注浆孔均按照2m间距梅花形布置，浆液采用水灰比1：1的水泥单液浆。注浆过程中，派专人观察初期支护变形情况，防止因注浆压力过大对初期支护造成二次损害，确保结构安全。

（4）抗滑桩锁脚加反压回填土

DK1514+622~+614.75段线路右侧距隧道开挖轮廓线外2m设置2根抗滑桩（桩板墙），单根桩长约19m，桩身截面尺寸2.5m×2.25m。抗滑桩开挖施工过程中采用弱爆破，减少对隧道初支的影响。然后在桩板墙内侧填土反压。

（5）加强监控量测

在洞内增设监控量测断面，进行拱顶沉降和周边收敛变形观测，以及地表观测点观测地表沉降值（速率），根据变形观测值绘制时态曲线，及时分析反馈。同时专人24h观测地表和洞内裂缝宽度变化情况，如发现异常现象，及时通知撤离人员和设备。[5]

（6）调整设计参数

剩余20m浅埋偏压段DK1514+612~+592拱架间距由75cm调整至50cm，其余支护参数按Ⅴc进行施工。延长洞口明洞长度，DK1514+630~+635段5m路基改为隧道Ⅴ单2A型明洞。

图11地表注浆加固纵断面图图12右侧桩板墙纵断面图

图13综合处治情况图14明洞延长施工

6.处治效果分析

2017年6月23日发生红色险情预警，现场采取应急处理措施加固后，根据监控量测数据分析，虽然还是有所沉降，但是与前期相比，沉降速度明显降低。到6月30日拱顶沉降和周边收敛监控量测数据已基本趋于稳定，期间拱顶沉降最大值1.5mm、周边收敛最大值1.07mm。

根据6月30日专家组现场踏勘后确定的进一步综合处治方案加固后，该变形段于7月20日左右拱顶沉降和周边收敛即趋于停止，自预警后到停测前最大拱顶沉降6.8mm、周边收敛13.43mm，说明采取的措施行之有效。在此以DK1514+617断面变形时态曲线为例说明。

图15DK1514+617拱顶沉降时态曲线图图16DK1514+617周边收敛时态曲线图

表1毛里湾一号隧道监控量测数据统计表

7.结束语

（1）隧道口是设计和施工控制的重点部位，施工前需认真踏勘现场，进行施工图核对，特别是洞口处于浅埋偏压等特殊地段需制定详细的进洞方案及安全应急预案。洞口施工必须严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针。

（2）隧道施工中监控量测工作必须纳入重点管理，本次险情幸得于监控量测及时反馈预警，加之现场应急处置得当，未造成人员伤亡和安全质量事故。同时监控量测在判断隧道变形处理后的围岩稳定性也发挥了重要作用。通过监测判断本次险情处理方案正确，加固措施行之有效。

（3）在浅埋偏压隧道口施工过程中，加强对初期支护变形原因的分析和探讨，进而根据工程实际情况和特点，采取有效的支护变形处理技术进行处理，以此来保证隧道口施工质量及安全，进而为整体工程质量提供保障。

参考文献：

[1]白国权.偏压隧道洞口进洞方式实践与探讨.铁道标准设计，2017，61（1），94-98.

[2]唐春宇，田鹏.隧道洞顶地表及初支变形开裂综合处理措施.中国高新技术企业，2009，17，168-170.

[3]陈涛.泽溪坂1#隧道洞口边坡溜塌及初期支护裂缝综合处治对策.湖南城市学院学报（自然科学版），2013，22（1），28-32.

[4]田小旭.隧道洞口浅埋偏压段施工稳定性分析及工程对策研究[D].西安建筑科技大学，2018.

[5]张鸿，方华.北晨亭隧道口山体滑坡及初支裂缝综合治理研究.中外公路，2008，28（6），159-163.