阿依隧道洞口地表大面積開裂、初支大變形原因分析及治理措施

葉茂權

湖南省公路設計有限公司貴州分公司 貴陽市 550081

摘要：本文介紹了威魯公路一標段阿依隧道洞口段施工過程中出現的各種病害，并分析其成因，介紹了病害處理的具體工程措施和施工方法，總結了淺埋、偏壓、軟弱圍巖地質段隧道進洞方案和綜合治理措施，有效保證了隧道施工順利進洞。

關鍵詞：隧道；洞口；開裂；變形；治理；措施

一、概述

阿依隧道為興義市威舍至魯屯一級煤炭專用公路第1合同段的重要工程，為單向2車道的一級公路隧道，隧道左幅長445m，隧道右幅長629m，隧道最大埋深94.9m。隧道區上覆第四系殘坡積層（Q4el+dl），下伏下三疊統飛仙關組（T1f）泥巖、泥質粉砂巖及中三疊統關嶺組（T2g2）灰巖、泥灰巖，第四系殘坡積層在隧道進出口、洞身溝谷及緩坡地帶有分布，厚薄不均，在溝谷中稍厚，多數陡坎斜坡段基巖裸露。泥巖、泥質粉砂巖強風化較厚，巖體節理裂隙極發育，巖體極破碎，灰巖強風化較薄；中風化泥巖、泥質粉砂巖節理裂隙較發育，巖體較破碎至較完整，多數為Ⅳ～Ⅴ級圍巖。地下水以孔隙水、裂隙水為主，主要由大氣降水補給。地表滲水嚴重，屬淺埋軟巖隧道，且有明顯偏壓。

隧道出口采用上半斷面開挖進洞，開挖后即架設鋼拱架和進行鋼筋網噴射混凝土支護，進尺達10m后，因邊坡、仰坡、以及地表大面積開裂，且有滑塌傾向，初支拱頂發生不正常下沉，一天的下沉量達到2cm，拱頂最大沉降量達20cm，部分開裂，已侵入二襯空間。拱頂發生小坍方，掘進困難，造成進洞受挫。

二、病害原因分析

經現場實地考察后，對原有的勘察、設計文件進行了復查和原因分析。

1.從設計資料方面分析

（1）設計資料不準。鑒于目前勘察設計手段的局限性，設計對工程地質、水文地質資料提供不準，為此設計采用的支護參數和襯砌類型不符合隧道開挖后實際的圍巖情況。

（2）隧道進出口段為淺埋隧道，對相同圍巖級別顯然淺埋隧道要比非淺埋隧道圍巖壓力要大；隧道出口端仰坡巖土體為一陡坡，隧道軸線與坡面斜交進入，坡面與洞門非對稱，屬坡面斜交型，存在一定程度的偏壓。

2.從施工方面分析

（1）施工方法不當。施工方法針對圍巖情況的變化缺乏靈活應變性，各工序間距安排欠妥當，一次開挖量過大，支護不及時或支護強度不夠等而引起圍巖的坍塌；施工單位放大炮開挖，對于軟質巖應遵循“強支護、短進尺，弱爆破”原則，對于淺埋軟質巖隧道更應禁止爆破。

（2）邊、仰坡開挖后暴露時間過長，未采取措施對仰坡進行處理，是導致失穩的原因之一。排水溝、截水溝未按設計圖的要求施工，距離隧道洞口太近，且施工質量太差，起不到隔水、截水作用。仰坡開挖后未及時打設錨桿和噴射混凝土進行封閉加固，洞口未做加固就開挖進洞，從而造成坍塌。

（3）開挖時未進行地質和支護的觀察量測工作。對圍巖節理裂隙發育性狀了解不足，施工方法和手段缺乏針對性。對已施工的鋼拱網噴支護，缺乏觀測數據，不能在失穩前先行察覺并采取相應措施。

3.其它方面原因分析

（1）進口段從開挖的掌子面看到，在拱腳以上為厚層強風化泥巖，節理裂隙發育，厚層泥巖被切割成塊狀，巖層傾向線路右側（向山里），進洞施工的過程中，破碎巖層受擾動，加之地下水的影響及對邊坡約束措施不足等，導致了隧道邊坡坍方；開挖后應力釋放，發生較大膨脹壓力使坑道變形，圍巖坍塌；因圍巖壓力過大，拱腳承載力不足，兩側土體被擠壓內涌，并沿線路軸向推擠移動，引發過大變形而侵入限界，并導致大范圍牽連性坍塌和地表下陷。

（2）隧道襯砌：從現場調查和地質鉆孔勘探取樣分析來看，隧道病害段并不存在影響隧道安全的深層滑坡，襯砌開裂的主要原因是：因隧道洞身處于軟基之上，巖層為泥巖，作為V級圍巖的泥巖屬軟質巖類，遇水極易軟化，強度低，在地下水的作用下，其本身就具有流滑性，且受擾動后，自穩能力差使圍巖壓力增大，施工中圍巖長時間產生緩慢的塑性變形，向洞內擠壓，破壞支護和襯砌。

（3）地面裂縫：隧道出口較大范圍內潛伏著較深上層滯水，由于浸泡變形，使土的強度降低，造成斜坡失穩；同時因隧道開挖后圍巖應力調整的影響，上覆土體自下而上產生松弛，并牽動上部曾遭受淺滑層擾動的土體，導致了地面裂縫的產生。因初期支護不力、不及時，襯砌未緊跟，由于隧道施工爆破的震動，使擠壓破碎帶的松散巖體的縫隙和空隙不斷震動擠密，引起體積的調整，形成差異變形，地表出現裂縫，雨水補給滲入和地下水從隧道中的滲出，加劇了此種變形。

三、主要治理措施

1.洞口段的處理

（1）地表沉陷和裂縫用不透水土夯填密實，并重新施工截水溝，防止地表水滲入洞身段。地表采用地面灌漿錨桿，錨桿采用3根φ25的焊接鋼筋束，縱、橫間距1.5m×1.5m梅花形布置，錨桿尾部用φ25鋼筋焊接，并用砂漿保護，隧道右側山體方向布置5排。

（2）平衡壓重止偏

隧道出口沖溝較深，隧道位于半坡上，右覆蓋層薄，偏壓明顯。為防止隧道結構的剪切破壞，采取了填土壓重的防偏措施。填土厚距拱頂2.1m，填土范圍為距隧道中線28m以內，下側設墻收縮坡角，回填材料為隧道棄渣。洞身襯砌為混凝土復合襯砌，二襯不等厚布置，左側邊墻厚80cm，右側邊墻厚60cm。

（3）洞口段施作臨時仰拱，臨時仰拱由I18工字鋼和30cm厚C20混凝土組成，I18工字鋼與初期支護鋼拱架逐一對應，并加鋼板楔緊焊接。臨時仰拱基礎應做處理（如清除表層泥土，進行碎石換填），確保在穩定地基上。臨時仰拱施工時應邊施作邊拆除豎直支撐。對初期支護扭曲變形、表面存在裂縫的部分應同時在初期支護表面增設環向臨時支撐（縱向間距70cm），與初期支護鋼拱架間隔設置，并設置縱向連接筋。環向臨時支撐拱腳處用縱向支撐與臨時仰拱焊接起來。

（4）初期支護外背拱：背拱采用I18鋼拱架，鋼拱架縱向間距為50cm，縱向加設連接筋，確保鋼拱架縱向穩定。每片工字鋼接頭處必須栓接后焊接牢靠并增加鎖腳導管，鋼拱架與初期支護之間如有空隙用楔塊楔緊。對已開挖段落，采用長4.5mφ50的注漿鋼花管進行洞內環向注漿加固，間距100cm×100cm。環向注漿鋼花管在拱腳處向下斜打。落底時，側墻處亦進行環向注漿。環向注漿順序，按先拱腳，后拱頂，由下而上對稱進行。

（5）注漿完成后待收斂穩定以后，進行下導坑開挖（每循環以5m為宜），并用工字鋼將仰拱初期支護封閉成環（與初支鋼拱對應，換拱段在變形拱圈鋼拱位置，仰拱預埋雙拼鋼拱，與換拱拱圈的新架雙拼鋼拱對應），澆筑仰拱進行仰拱充填，拆除臨時仰拱，按該步驟直至仰拱施作完畢。未施做臨時仰拱段下半斷面落底時，采取拉中槽跳馬口的施工方法，每次最大錯開3m左右，杜絕單側落底。下半斷面落底、仰拱封閉成環后，應根據監控量測結果及時澆筑暗洞二次襯砌。

2.進洞方案

（1）坡面錨噴加固。按照設計的邊坡，仰坡及洞口位置刷洞門至上臺