隧道洞口坡體開裂變形的原因分析及處理

張宇輝

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院)

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隧道洞口坡體開裂變形的原因分析及處理

張宇輝

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院)

針對某隧道施工期間洞口坡體開裂及支護變形的具體情況，對變形原因進行了分析，并提出兩種處理方案進行了詳細比選，同時充分分析了各方案的優(yōu)缺點，得出了當(dāng)抗滑樁樁間距過大且樁間巖土體整體性不強時，抗滑樁作用效果有限及工程治理中應(yīng)根據(jù)開裂情況、開裂原因、地質(zhì)情況、施工周期等因素綜合確定治方案等結(jié)論。

隧道洞口；開裂；原因分析；抗滑樁；回填反壓

1 情況概述

1.1 工程概況

杭瑞高速公路貴州境大興(湘黔界)至思南段是《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》“7918”網(wǎng)中第十二條橫向線杭州至瑞麗高速公路貴州境內(nèi)的重要段落，也是《貴州省骨架公路網(wǎng)規(guī)劃》“六縱七橫八聯(lián)”中第二橫的主要組成部分。

梵凈山2號隧道位于閔孝鎮(zhèn)紅石村周子坪地界，呈近北西走向展布，為分離式隧道，屬長隧道。隧道大興端位于右偏圓曲線上，洞身處于緩和曲線及直線段上，思南端位于直線段上，隧道左右線平面線間距為30m。

1.2 破壞情況

在隧道施工階段，洞內(nèi)近50m長段落內(nèi)已完成的初期支護發(fā)生拱頂下沉和周邊收斂現(xiàn)象，噴射混凝土開裂、剝落，最遠處剝落點距離洞口約100m。鋼架出現(xiàn)扭曲、彎折現(xiàn)象，鋼架整體出現(xiàn)向洞口傾斜現(xiàn)象，角度約15°，初期支護侵限嚴重。

二襯完成一個月后，在二襯表面發(fā)現(xiàn)細微裂縫，之后裂縫逐漸增多、增大、增長。在3～4個月內(nèi)裂縫達20余條，裂縫最寬5.8mm，最長達12.3m。

洞口周圍山體地表可見裂縫，坡頂截水溝多處出現(xiàn)裂縫，在右洞左上方凹溝內(nèi)可見一定的錯動裂縫。兩隧道洞口之間的坡面(坡角約45°)出現(xiàn)一定的橫向裂縫，且有輕微鼓脹現(xiàn)象。原噴射素混凝土破裂，且上部有較多的裂縫和鼓脹現(xiàn)象，中下部裂縫有錯動現(xiàn)象。

1.3 地質(zhì)情況

(1)工程地質(zhì)

隧道范圍內(nèi)主要為第四系碎石土，元古界板溪群變余粉砂巖、砂巖。

(2)褶皺

本項目位于武陵-雪峰山隆起區(qū)，隧道位于一復(fù)式背斜的核部，背斜軸向為NE向，核部底層為震旦系板溪群的變余砂巖，產(chǎn)狀：48°/318°∠33°。

(3)斷裂構(gòu)造

①F1斷裂：NNW向展布，表現(xiàn)形式是形成成條陡坎及溝谷,產(chǎn)狀40°。

②F2斷裂：NEE向展布，表現(xiàn)形式為碎裂巖，產(chǎn)狀為178°∠72°。

③次級構(gòu)造

存在與F1與F2之間的強風(fēng)化巖石中，因多期次構(gòu)造影響，致使鉆探巖芯呈碎塊狀，在裂面出現(xiàn)擦痕、階步、鏡面等現(xiàn)象，采芯率低；在掌子面上表現(xiàn)為擠壓形成的破碎、柔皺、不均勻風(fēng)化等現(xiàn)象。

2 隧道洞口坡體開裂及變形原因分析

(1)工程地質(zhì)條件復(fù)雜

F1、F2兩構(gòu)造斷裂帶及次級派生構(gòu)造的存在造成了帶內(nèi)強風(fēng)化巖石的擠壓破碎與裂隙發(fā)育，使巖石塊體間呈散體結(jié)構(gòu)，巖體結(jié)構(gòu)整體強度低。

(2)隧道開挖卸載導(dǎo)致抗滑力減小

洞口段隧道圍巖及仰坡開挖過程中，對斷層破碎帶松散體的擾動改變了局部巖體的受力狀態(tài)，使局部區(qū)域抗滑力減小。

(3)隧道區(qū)年降水量較大、圍巖透水性好

年平均降雨量1 100～1 400mm，同時隧道開挖改變了地表水與地下水的聯(lián)絡(luò)通道，大氣降水很容易經(jīng)地表下滲至圍巖中去，地下水流動帶走了圍巖之間的膠結(jié)物，使圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)降低，山體下滑力增加，抗滑力減小，使山體產(chǎn)生下滑。

3 處理方案比選

3.1 方案一：錨索抗滑樁+隧道圍巖注漿加固

(1)錨索抗滑樁

從隧道仰坡及洞內(nèi)支護變形的情況分析，山體及隧道變形主要是由于隧道開挖導(dǎo)致整個構(gòu)造影響帶內(nèi)巖石松弛、松動，并使上部坡體產(chǎn)生滑移的趨勢，因此需采取措施對坡體進行支擋。經(jīng)過計算，確定采用在隧道左右洞之間及隧道外側(cè)設(shè)置一排抗滑樁，以抵御上方山體的下滑力。抗滑樁采用2m×3m的方形挖孔灌注樁，樁中心距為6m。抗滑樁在橫向上與隧道襯砌外緣凈距不小于4m。

(2)隧道圍巖注漿加固

對破碎部位的圍巖進行洞內(nèi)徑向注漿加固。仰拱部位徑向注漿加固。在中心水溝橫斷面兩側(cè)開挖線外1m處，采用φ42×4mm的注漿小導(dǎo)管，縱距1.0m，單根管長8m。隧道洞口外注漿加固圍巖。在隧道洞口開挖輪廓線外8m范圍內(nèi)打設(shè)一層大管棚，3層小導(dǎo)管，對隧道圍巖進行固結(jié)加固，使洞外注漿段與洞內(nèi)注漿段間搭接長度不小于2m。

3.2 方案二：填土反壓+隧道圍巖注漿加固

(1)洞外填土反壓

將2號隧道明洞進行加長，并將1、2號隧道洞身縱向相接，之后在隧道頂部采用洞渣進行回填，將溝谷兩側(cè)山體在隧道上部相連，抵抗上方山體的下滑力，起到對2號隧道范圍內(nèi)的山體進行反壓的作用。回填高度為1號隧道出口拱頂以上為4m，2號隧道進口拱頂以上為8m。

(2)隧道圍巖注漿加固

與方案一中“隧道圍巖注漿加固”相同。

3.3 優(yōu)缺點比較

(1)方案一

優(yōu)點：方案一通過在隧道左右洞之間及隧道外側(cè)設(shè)置一排抗滑樁，抵御上方山體的下滑力，從而將上方坡體可能產(chǎn)生的下滑力分別由抗滑樁及隧道洞身提供水平及垂直抗力，模型簡單、明確，抗滑樁能夠抵抗的下滑力較大，支護作用清楚，理論上能夠保證暗洞換拱及明洞施作期間的整體穩(wěn)定。

缺點：由于隧道兩側(cè)抗滑樁相距24m，并且?guī)r體破碎，土拱效應(yīng)不強，下滑力可能無法全部傳遞至抗滑樁范圍內(nèi)，從而使抗滑樁對洞頂山體的縱向滑移約束力不強，對下滑力的抵抗效果有不確定因素。

(2)方案二

優(yōu)點：方案二通過將1、2號隧道洞身縱向相接，在隧道頂部進行填土，從而將溝谷兩側(cè)山體在隧道上部相連，對包括隧道洞頂在內(nèi)的大部分山體進行反壓，對于保持上部坡體的穩(wěn)定較有利，填土反壓形式簡單，施工周期短，施工完成后，后期變形、失效可能性小。

缺點：在暗洞換拱及明洞施作期間，土體難以提供及時且足夠的抗力，山體縱向力仍然主要由暗洞及明洞結(jié)構(gòu)承擔(dān)，易引起結(jié)構(gòu)的開裂破壞。

(3)結(jié)論

由于方案二采用回填土對包括隧道洞頂在內(nèi)的大部分山體進行反壓，對于保持上部坡體的穩(wěn)定較有利，同時避免抗滑樁方案由于間距過大造成隧道承擔(dān)過大水平力。因此，確定方案二為推薦方案。

4 結(jié) 語

填土反壓作為施工方案施工完成至今已3年有余，洞口坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，隧道內(nèi)未發(fā)現(xiàn)裂縫等破壞現(xiàn)象。通過本工程的治理可以得出以下結(jié)論：

(1) 由于工程地質(zhì)復(fù)雜，同時隧道上覆巖土體較厚，因此在表層土出現(xiàn)蠕動的情況下，隧道依然出現(xiàn)較大變形；

(2) 隧道結(jié)構(gòu)主要承擔(dān)上覆巖土體的豎向荷載，在上部山體出現(xiàn)下滑趨勢時，隧道結(jié)構(gòu)體自身的抗剪能力較差，易出現(xiàn)斜向裂縫及支護侵限現(xiàn)象；

(3) 抗滑樁作為一種對坡體下滑的主要支擋結(jié)構(gòu)，作用效果與樁間距關(guān)系較大，當(dāng)樁間距過大，且樁間巖土體整體性不強時，抗滑樁作用效果有限；

(4)填土反壓形式簡單，施工周期短，施工完成后，后期變形、失效可能性小；

(5)工程治理中應(yīng)根據(jù)開裂情況、開裂原因、地質(zhì)情況、施工周期等各種因素綜合確定治方案。

[1] 滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范(DZ0240- 2004) [S].

[2] 于寧,朱合華,蘇生瑞.公路隧道施工中的地質(zhì)災(zāi)害及相應(yīng)措施的分析[J].地下空間，2003，(2).

[3] 陶波,佴磊,伍法權(quán),等.抗滑樁與周圍巖土體間相互作用力的分布規(guī)律[J].吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版)，2005，(2).

2014-11-23

TU

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1008-3383(2015)09-0094-01