隧道超淺埋洞口滑塌支護技術研究

摘要：文章以某項目隧道出口超淺埋洞口支護處理工程為例，分析了Ⅴ級圍巖超淺埋洞口在開挖支護失穩滑塌的原因，介紹了“明洞位置調整+抗滑樁+樁撐樁錨+雙層管棚”的臨時穩固支護設計、施工組織及質量控制要點，實現了快速、安全、高效的超淺埋洞口滑塌處理，可為后續類似洞口滑塌處理提供參考。

關鍵詞：隧道淺埋洞口；邊坡滑塌；抗滑樁；錨索；雙層管棚；BIM

中圖分類號：U453.1

0 引言

隧道洞口滑塌是常見的一種支護失穩災害，滑塌產生的原因與地勘、設計、施工各方均有關系。從零開挖設計理念，到淺埋段、Ⅴ級圍巖段避免涉及較大的開挖回填，安全風險性極大，遵循零開挖設計理念以期有效控制洞口失穩、冒頂等安全風險，則需要做好淺埋、圍巖差針對性的洞口支護優化。本文依托某項目隧道洞口，針對其開挖支護失穩情況，考慮如何采取合理的支護措施及快速組織施工以達到高效、安全、可靠的處理結果，避免造成重大經濟損失及不良社會影響，為后續同類型隧道洞口滑塌災害處理提供經驗借鑒。

1 依托工程情況

項目全長3 700.216 m，道路紅線寬24～35 m，設計速度為60 km/h、40 km/h（隧道內），標準道路紅線寬度為35 m，雙向4車道，為新建道路。其中道路起點路段橫穿現狀山地，地勢高差＞120 m。設置雙洞隧道穿越山體，西線隧道長712 m（ZK0+160～ZK0+872），東線隧道長751 m（K0+160～K0+911），隧道路段限速40 km/h，隧道開挖跨度為15.65 m，屬于大跨度淺埋隧道，左右洞凈距為16.7～42.1 m，隧道埋深為3.3～69.6 m，全線均為Ⅴ級圍巖，開挖方式采用雙側壁導坑、CRD、CD法施工。

隧道沿線地貌類型為剝蝕丘陵地貌區，總體地勢起伏大，現地面高程約在110～200 m。根據區域地質調查及現場勘察，隧道沿線地層巖性主要以石炭系下統寺門組（C1s）碎屑巖類等為主，地表分布第四系（Qel+dl）覆蓋層。

原設計中，隧道設置小段明洞段，隧道左線兩端（ZK0+160～ZK0+872）南側的明洞長為15 m，北側的明洞長為12 m，右線兩端（K0+160～K0+911），南側的明洞長為15 m，北側的明洞長為15 m，如圖1所示。本隧道洞門均采用端墻式洞門。

2 原因分析及支護設計

2.1 洞口滑塌原因分析

隧道出洞口工程于2022年3月中旬開始開挖支護，因遭遇連續下雨天氣，從而導致左線出洞口仰坡第一級支護（約2.5 m高）于2022年4月初出現淺層滑塌。項目部已提前根據監控量測做好暫停施工處理，在出現滑塌后及時做好現場反壓支護，隨后匯報各方并邀請專家進行現場勘探，設計單位根據現場實際情況、各方意見及專家意見確定了洞口補強措施設計變更。2022年7月，設計單位根據補充勘察資料及現場勘探資料，出具設計變更調整。

滑塌成因分析：隧道出口位置位于沖溝凹槽，覆蓋土層土質為殘破堆積土，含水量大，黏性極差，開挖后難以自穩；仰拱開挖線處于土體與泥巖的交界面且為順層，泥巖不透水，遇水后極易在交界面出現滑移面，且交界滑面向外傾斜，傾斜角約為30°，支護不當及外部不利因素疊加時在開挖后極易失穩。

2.2 洞口支護設計

依據前文所述洞口滑塌成因，為進一步降低上層因土石分界、雨水侵蝕而產生的順層滑移面向下滑塌的不利影響，進一步穩固上部巖體的整體穩定性，增強結構抵御上層滑移體的抗滑力，結合現場施工條件，主要采取“明洞位置調整+抗滑樁+樁撐樁錨+雙層管棚”的支護措施。見圖2～4。

（1）優化明暗交界位置，左線出洞口明暗交界由ZK0+860調整至ZK0+850，減少10 m、右線出洞口明暗交界由K0+896調整至K0+885位置，減少11 m；（2）明暗交界位置增設直徑為1 m的樁錨及樁撐支護，對已發生坍塌的左洞出洞口額外增設直徑為2 m的抗滑樁支護，增強其對上側滑移體的抗傾覆力，提高整體穩定性；（3）對隧道洞口超淺埋地層采用30 m長108 mm雙層超前大管棚，作為加強輔助措施；（4）門洞外左、右線路基部分增設支護擋墻連接隧道門洞，進一步提高巖體整體穩定性。

3 施工技術優化

3.1 施工總體思路

結合本項目現場情況，考慮到樁頂標高、施工平臺修筑、隧道出洞的先后順序等因素，隧道出洞口施工思路如下。

（1）先施工洞頂截水溝，其次進行場地平整及平整面以上位置邊仰坡開挖防護施工（往下依次開挖期間穿插施工余下邊仰坡開挖防護施工）。

（2）進行樁撐及抗滑樁樁基施工。

（3）進行頂圈梁及頂圈梁錨索施工，隨后往下開挖依次進行第一層腰梁及錨索、第二層腰梁及錨索。

（4）上層護拱及超前大管棚、下層護拱及護拱基礎施工。

（5）進行隧道貫通（或向內掘進）施工，期間穿插完成抗滑樁擋土板施工。

（6）進行明洞、洞門墻、重力式擋墻施工。

其中，洞頂截水溝、樁基、頂圈梁、腰梁、明洞、洞門墻及重力式擋墻施工較為常規，現有的施工工藝較為成熟，沿用現今的施工技術方案即可。頂圈梁錨索、雙層管棚施工為本次隧道洞口滑塌處置的重難點工程，其施工工藝較為復雜，本章下述內容將結合現場施工對其所采取的施工技術優化措施進行分析研究。

3.2 頂圈梁錨索施工技術優化

對于有大面積交叉的組合結構物施工，在施工前，需仔細核對設計圖紙，是否會出現各分項結構物之間沖突碰撞的情況。在設計圖紙中，頂圈梁錨索打入角度為水平向下20°，長度為19 m，而錨索打入端頭與導向墻的高差僅為2 m，由此分析，頂圈梁錨索會出現與其他結構物碰撞的情況。

此外，通過建立BIM模型發現，錨索采用原設計角度進行施工時，錨索會侵入隧道洞內結構，與管棚發生碰撞（見圖5）。

故需對其角度進行調整，采用BIM進行建模模擬，以錨索打入端為固定點，對隧道主體結構之上頂圈梁部分錨索角度進行水平、豎直方向打入角度的調整，以達到避免碰撞的效果（見圖6～8）。

PVC管預埋控制：因錨索角度控制是以打入端頭不變，調整迎土側高度、水平位置進行實現，故在進行鋼筋調整時，對端頭鋼筋進行挪移，對迎土側鋼筋進行挪移+下壓，進而減少鋼筋的切割（見圖9）。

現場施工嚴格按照錨索角度調整進行質量控制，通過BIM模擬角度，測量計算其坐標、高程、前后位差參數在現場進行放樣，由現場管理人員實測實量定位安裝錨索打入導向PVC管，后續鉆孔、注漿均沿導向PVC管往內進行，最終實現角度控制。

3.3 雙層管棚施工技術優化

雙層管棚對地層的支護作用效果明顯優于單層管棚，且更適用于本項目由于出洞口邊仰坡滑塌的情況。相對于單層管棚，相同管徑的雙層管棚超前支護時，初期支護構件的彎矩減少了23%，拱頂沉降也有明顯減小。開挖階段的監測也表明，雙層管棚加固地層對拱頂沉降的抑制作用要優于單層管棚［1］。但隧道雙層管棚施工難點較多，本項目通過采用BIM輔助模擬現場施工情況，更好地對現場施工進行指導。

3.3.1 雙層管棚角度控制

雙層管棚的打入角度應如何進行控制，相較于單層管棚，雙層管棚在施作過程中對地層的重復擾動，所以雙層管棚施工導致地層的沉降要大于單層管棚［2］，故在進行管棚角度確定時，不僅要考慮隧道縱坡、距洞口30 m位置開挖預留高度情況，還需考慮預留更多的管棚下撓預留量，尤其是第二層管棚下撓的預留量。

隧道出洞口左線雙層管棚角度控制（見圖10）：在套拱施工時預留2 m長導向管，可有效進行鉆孔角度控制，以下層管棚角度a為主要控制點，因出洞口往隧道內為下坡段（坡度為1.51%），故取a=0°～1°可滿足其控制要求，上層管棚角度為b，需略大于a，防止后期管棚端頭下撓產生不利影響。

現場施工時，需對管棚點位進行放樣，根據管棚所在位置確定平臺開挖位置，通過放樣點位，對導向管底部拱架進行定位安裝，隨后進行微調控制（迎土側位置的拱架稍高，背土側稍矮），導向管與拱架間采用小段鋼筋焊接牢固，從而實現其角度控制的設計要求（見圖11）。

3.3.2 雙層管棚鉆孔、送管及注漿施工

鉆孔分3個階段進行施工，先進行拱頂部位管棚鉆孔施工，再依次完成兩側和底部管棚鉆孔施工，每階段先進行下層管棚的鉆進，隨后再進行上層管棚的鉆進施工。

進行管棚鉆孔施工前，需對導向管進行編號，便于施工，鉆孔沿導向管鉆進，采用跳孔法施工即可。

管棚送入采用人工定位，以機械推進的方式進行。因鉆孔、送管施工存在時差，故些許鉆孔尾部堆積少許渣樣，當用機械平推無法送入管棚時，可采用炮機、鋼墊板錘擊的方式輔助進行送管施工。

為防止因上部管棚注漿而導致漿液沿著巖層裂隙下流堵塞低位的管棚出漿孔，注漿順序需由兩側下部往上逐孔完成管棚注漿。注漿過程中應及時觀測注漿壓力，待壓力值達到要求，且止漿塞排氣孔出漿后，方可完成注漿。

4 使用效果

為應對出洞口左線邊仰坡滑塌，出具此設計變更，縮短暗洞掘進長度，在明暗交界位置增設大直徑樁錨及樁撐支護；對左線隧道洞口超淺埋地層采用30 m長108 mm雙層超前大管棚作為加強輔助措施，整體支護效果較好，穩定了現場巖體失穩情況，對后續完成隧道的貫通提供了極好的前提條件。完成變更支護施工后，隧道順利貫通。

5 結語

本文以某項目隧道出洞口邊仰坡滑塌處理為例，通過對滑坡進行明暗交界位置縮短、增設大直徑樁錨及樁撐支護、對左線隧道洞口超淺埋地層采用30 m長108 mm雙層超前大管棚作為加強輔助措施以及門洞外左、右線路基部分增設支護擋墻連接隧道門洞，表明“明洞位置調整+抗滑樁+樁撐樁錨+雙層管棚”對處置超淺埋地層隧道出洞口邊仰坡淺層滑動具備很強的實用性，同時也進一步提醒隧道洞口設計施工需要考慮最不利工況下支護設計參數及加強施工全過程跟蹤，降低因過多考慮成本及地質勘查分析誤差造成設計施工誤差帶來的處理成本不可控、社會影響不可控及安全不利因素發生率，為項目安全有序的施工建設提供保證。例如此次變更設計中，抗滑樁的主要作用為抵抗邊坡滑移的水平推力。原設計中，圍檁錨索鉆孔鉆于樁基上，鉆孔孔徑為25 cm，樁基樁徑僅為1 m，需破除圍檁位置1/4樁基混凝土，切割4根主筋，對抗滑樁的整體抗剪受力十分不利，而減少鉆孔孔徑，采用加長錨固段的長度的方式，同時將錨索位置調整至相鄰樁基中間，可更好地實現樁錨支護作用。

參考文獻

［1］張自強.洞身雙層159 mm管棚施工淺談［J］.工程建設與設計，2018（12）：176-177.

［2］曾潤忠.淺埋雙層大管棚施工引起地表沉降分析［J］.華東交通大學學報，201 28（1）：38-41.

收稿日期：2023-10-17

作者簡介：梁國儒（1989—），工程師，主要從事橋梁、隧道工程施工管理與技術研究工作。