尖坡嶺隧道地質災害成因探討及處理措施

韓雪冬

中電建建筑集團有限公司

尖坡嶺隧道地質災害成因探討及處理措施

韓雪冬

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介紹渝懷鐵路尖坡嶺隧道進口段邊坡滑移、坍方冒頂等地質災害發生的詳細過程和處理方案及施工過程，簡要分析了成因，對淺埋偏壓隧道的設計和施工有一定的警示和借鑒作用。

隧道；淺埋；偏壓；邊坡滑移；坍方冒頂

1 概述

1.1 地形、地質及水文情況

渝懷鐵路尖坡嶺隧道進口位于貴州省銅仁市小江河左岸，傍山修建，偏壓嚴重，山體為低山斜坡地貌，洞口坡面下陡上緩，最小埋深2米。隧道邊坡墾為梯田，并有一條農灌溝從隧道頂部與線路方向斜交通過。洞口段覆蓋第四系碎石土坡積層和崩塌堆積層(Q4dl+col)，厚度為22米左右，表層為零星砂粘土，植被不發育。洞身下伏基巖為早寒武系頁巖(∈1p)，風化嚴重，經歷多次地質構造運動，巖體極其破碎，薄層狀，厚5～25cm，粉砂質，鈣質膠結，巖層產狀平緩，局部稍有扭曲，張開節理發育，三組節理(節N44°W/84°SW﹑節N55°E/77°NW﹑節N49°E/4°NW)將巖體切割成塊狀，極易楔形掉塊和坍塌。全隧地下水較發育，地下水為第四系孔隙水及基巖裂隙水，受大氣降水補給，全隧道涌水量為1300m3/d。

1.2 設計支護情況

尖坡嶺隧道進口線路左側DK522+604～+630段采用三排φ75鋼管樁地表注漿加固，共41根，注漿孔深度為擋墻或明洞基礎下2.0m。DK522+630～+651段右拱部及邊墻外2m采用φ42鋼花管進行地表注漿加固，@=1.0m梅花形布置。DK522+610～+665段隧底以下1～4m設φ42小導管注漿加固地層，@=0.8m梅花形布置，最外排注漿孔與垂線成30°。

2 地質災害發生過程

該隧道于2001年5月26日開工，于2001年6月23日完成DK522+604～+630段鋼管樁加固及地表排水和防護，6月20日～25日施工DK522+630～+651地表小導管注漿加固地層。2001年6月25日，隧道進口DK522+645～+680段原始地表在無任何跡象的情況下坡體開裂坍滑，坡面上形成3條較大的裂縫和錯臺，錯臺高度最高為0.8m，最大縫寬為0.3m，裂縫最長達66m。

邊坡滑移發生后，施工單位采用了以下五條措施確保施工安全：①加強邊仰坡加固；②洞內加強支護；③分部開挖﹑控制進尺﹑預留核心土；④及時施工仰拱成環；⑤緊跟襯砌，以盡最大努力保護邊坡及洞室穩定。2001年9月3日開始明洞土石方的開挖，開挖前對邊仰坡進行錨網噴加固，支護參數為：φ22砂漿錨桿，L=1.5m或3.0m，@=1.0m(梅花形布置)；鋼筋網，φ8@=25cm；噴射C20混凝土，δ=10cm。同時為確保隧道掛齒進洞，對洞臉部分加強支護，支護參數為：Φ42超前小導管，在隧道拱部開挖輪廓線外20cm﹑50cm﹑100cm處設置3環，每環40根，L=5.0m，@=0.3m，用水泥：砂：水=1：1：3的水泥砂漿注漿固結圍巖；φ22砂漿錨桿，在超前小導管外設置3排，L=4.5m，@=1.0m(梅花形布置)；鋼筋網，φ8@=25cm；噴射C20混凝土，δ=10cm。DK522+610～+620段明洞采用明挖法施工，DK522+620～+630段明洞采用先挖豎井灌注托梁拱圈混凝土后暗挖通過下部。

2001年9月15日隧道掛齒進洞，進洞后采用臺階法施工，上部開挖采用人力環挖，預留核心土，每次進尺0.5米；DK522+ 630～+750段采用I18a工字鋼架代替原設計格柵鋼架，間距由0.8m/榀改為0.5m/榀，其它初期支護按原設計施工。下部開挖采用分臺階左右側交替進行，并及時架設邊墻C﹑D單元工字鋼架；每進尺2～3米轉換為開挖仰拱，安設仰拱工字鋼架成環，灌注仰拱﹑填充混凝土；仰拱﹑填充混凝土達到強度后，每3.0～4.5m及時灌注拱﹑墻混凝土。

2001年11月13日早上8時，隧道DK522+637～+640段拱部臨時支護已施作的網噴混凝土掉塊，工字鋼架發出清脆的聲音；8時20分，DK522+637～+639段左側4榀(每0.5m一榀)C單元(1.92m)﹑D單元(4.27m)工字鋼架開始變形，并迅速發展；8時30分，此4榀工字鋼架C單元﹑D單元向隧道中線側傾斜，左側邊墻出現了小坍方，從而引起DK522+636～+657段拱部﹑邊墻于8時35分突然坍塌。坍體堵塞了已開挖的洞身，并在山坡上形成一個大的坍方漏斗，漏斗上口長約21m，最寬處達15m。

3 地質災害成因分析

3.1 邊坡滑移成因分析

邊坡滑移發生時雖已按施工設計圖基本完成地表排水及防護處理，完成了鋼管樁地表注漿加固措施，但洞口尚未開挖，對山體沒有任何擾動。經分析認為，造成邊坡滑移的原因是：該處覆蓋第四系碎石土坡積層，厚達25m左右，且植被不發育，土體松散破碎，極不穩定；在坡體坍滑發生之前的5﹑6月份間，該隧道所在地曾連續降雨，雨水豐富，地表水下滲；鋼管樁地表注漿施工后，形成了隔水墻，改變了原來地下水的排泄通路，在土體內形成了新的軟弱面；加之此處地表坡度較陡，坡體不能自然穩定，造成了此次邊坡滑移。從該隧道后來開挖揭示的情況，旱季時地下水較少，但雨季因雨水影響，地表水下滲，導致隧道基巖裂隙水很大。

3.2 坍方冒頂成因分析

根據現場踏勘，結合坍塌過程進行分析認為：雖然施工采取了以加密的I18a工字鋼架取代格柵鋼架等支護措施，但因該隧道進口處于淺埋偏壓地段，地面橫坡較陡，圍巖為含水飽和狀碎石角礫土，破碎松散，滲水嚴重，且因前次的邊坡滑移，土體內存在著軟弱滑動面，自穩能力極差，加之側壓力過大，左邊墻工字鋼架失穩坍塌，引起拱部坍塌并牽引右邊墻工字鋼架坍塌，形成了此次坍方冒頂。

4 地質災害整治工程措施

4.1 坍方冒頂整治施工方案

經設計﹑監理﹑施工三方會商，形成坍方冒頂整治施工方案如下：

① 洞口端洞內坍穴附近用漿砌片石做1米厚或噴20cm厚混凝土止漿墻(只能施作靠洞門端)；

② 從地表對坍穴進行分層回填夯實，回填高度暫按靠山側坍穴壁高度的一半計，并保證坍穴內的施工安全；

③ 坍穴內地表注漿加固開挖輪廓線外的周邊圍巖；

④ 地表分層夯實回填坍穴至原地面，采用粘土厚0.5米進行封頂夯實；

⑤ 洞內重新采用φ42小導管支護：拱部﹑邊墻支護采用φ42小導管超前支護，并加強邊墻拱部的錨網噴支護，噴混凝土厚度20cm，鋼架采用I18a工字鋼架，0.5米一榀，全環布置；

⑥ 徑向錨桿改為徑向小導管注漿施作。

⑦ 開挖并清除洞內坍體，及時施作鋼筋混凝土襯砌；

⑧ 隧道開挖采用短臺階開挖，上臺階設臨時仰拱加強。

4.2 坍方冒頂治理施工過程

2001年12月18日，尖坡嶺隧道進口恢復施工，進行DK522+ 636～+657段坍方治理。

一﹑坍穴回填及地表加固(DK522+636～+657段)

首先洞口端洞內坍穴采用C20噴射混凝土作止漿墻，噴射混凝土厚20cm，待噴射混凝土止漿墻終凝后，從地表對坍穴進行分層夯實回填，回填高度為靠山側坍穴壁高度的一半，分層厚度0.3m一層，人工夯實，分層填筑的同時，潑撒水泥砂漿液，水泥砂漿液配合比為水泥：砂：水=1：1：3。在坍穴內側采用φ100鋼管樁注漿加固靠山側邊坡圍巖。鋼管樁在靠山側施工兩排，布置在左邊墻外0.5m和1.5m，橫向間距為1.0m，深度為15.2m(邊墻基礎以下2m)，以抵抗強大的側壓力；φ100鋼管樁采用潛孔鉆機鉆孔，盡量干鉆，并保證了鉆孔深度﹑孔口堵塞長度和堵塞質量，注漿壓力不小于1.0Mpa；水泥砂漿液配合比為水泥：砂：水=1：1：3。

坍塌順序說明：

1，側壓力過大，左側C﹑D單元變形；

2，D單元倒塌；

3，拱部A﹑B單元坍塌；

4，受拱部A﹑B單元牽引，右側C﹑D單元倒塌和上部土體滑坍。

施工φ100鋼管樁的同時，采用φ42小導管地表注漿加固開挖輪廓線外的周邊圍巖，小導管長4.5～9.0m，縱橫向間距0.8m梅花形布置，以進一步固結圍巖，達到地層加固的作用。φ42小導管采用風鉆頂進，用電動注漿機壓注水泥漿液，注漿壓力根據現場試驗而定，但不小于0.5Mpa。水泥砂漿液配合比為水泥：砂：水=1：1：3；坍穴內地表注漿施工完后，分層夯實回填坍穴至原地面，地表采用厚0.5m粘土進行封頂并夯實，防止地表水下滲。

二﹑洞內開挖及襯砌施工(DK522+636～+657段)

2002年1月5日開始坍方段洞內土石方開挖及襯砌施工。

施工時采用分部開挖土石方，臨時仰拱加強。開挖前拱部采用φ42超前小導管注漿加強支護，拱部超前小導管長3.5m，環向間距為0.2m(原設計為0.4m)，縱向間距1.2m，按大小外插角交叉布置(大外插角30°～45°，小外插角3°左右)。

注漿完成后，人工環挖拱部土石方，預留核心土，每次進尺0.5m，拱部徑向錨桿改為φ42小導管注漿，長3.0m，縱橫向間距均為1.0m梅花形布置；掛設鋼筋網，規格環筋為φ10，縱筋為φ6，網格間距20cm×20cm，面積比為100%；及時架設拱部A﹑B單元工字鋼架，0.5m一榀，每側各打兩根鎖腳錨桿，長3.0m，并在拱腳處采用I18a工字鋼設置臨時仰拱，防止工字鋼架因側壓力過大變形；拱部噴射C20混凝土厚20cm，面積比為100%。

拱部每開挖3～4.5m左右后，轉換為開挖中部土石方。開挖前邊墻采用φ42超前小導管注漿，小導管長3.5m，外插角30°，縱向間距1.6m，環向間距1.0m；邊墻增設φ42徑向小導管并注漿，長3.0m，環縱向間距均為1.0m；增設掛網鋼筋，橫向采用φ10鋼筋，縱向采用φ6鋼筋，網格間距20cm×20cm，面積比為100%；及時安設邊墻C單元工字鋼架，與拱部A﹑B單元工字鋼架連接為整體，每側各打一根鎖腳錨桿，長3.0m，并在C﹑D單元接頭處安設I18a工字鋼臨時仰拱加強；邊墻噴射C20混凝土厚20cm，面積比為100%；轉換為開挖下部土石方時，初期支護與中部相同，及時安設D單元工字鋼架和仰拱工字鋼架，并連接成環；每開挖3～4.5m灌注仰拱﹑填充混凝土，緊跟襯砌。DK522+636～+657坍方段施工順序及步驟說明見表2。

5 結語

1，對于洞口段為淺埋偏壓且圍巖較為松散的隧道，在設計時要貫徹“早進洞，晚出洞”的原則，以減少開挖對于圍巖的擾動，降低滑坡及坍塌的風險性。

2，對于存在偏壓的隧道，設計時要加強對于偏壓側邊坡的地質勘探，搞清楚是否存在滑坡的風險，并在設計時采取相應的措施，比如采用抗滑樁等。

3，偏壓隧道邊墻圍巖順層滑動牽引帶動拱部坍塌是一種不容忽視的地質災害形式，現在土質隧道在進口段常采用大管棚的超前支護形式，這種形式對于拱部松散垮塌圍巖有較好的支撐作用，但是對于邊墻圍巖的順層滑動作用不大。

4，淺埋偏壓隧道在施工時要貫徹“短進尺﹑弱爆破﹑強支護﹑勤量測”的原則，寧可施工時慢一點﹑穩一點，因為一旦坍塌，處理花費的時間和成本將帶來很大的損失。