富水崩坡積堆積體綜合治理與進洞技術探討

湯澤民

（中鐵城建集團有限公司投資分公司，湖南 長沙 410208）

在隧道建設過程中，隧道洞身多次穿越富水斷層破碎帶的情況頻繁發生，多數穿越富水斷層出口為陡峭斷崖式堆積體，失穩風險極大，而隧道施工對邊坡擾動易引發堆積體內滑面貫通，脫離極限平衡狀態。富水斷層出口堆積體的失穩問題，不僅會影響隧道正常進洞，還會對隧道工程安全造成極大威脅。目前關于富水崩坡積堆積體的治理進洞技術研究尚不完善，鑒于富水崩坡積堆積體地質狀況獨特，創新應用新技術工藝非常必要。因此，探討富水崩坡積堆積體綜合治理與進洞技術具有重要的現實意義。

1 富水崩坡積堆積體綜合治理背景

某小凈距上下行分離雙向六車道高速公路隧道全長4298m，主洞建筑界限凈寬為14.75m，凈高為5.0m。隧道所處場地地貌為低山，沖溝發育，沖溝內大部分山坡地表基巖裸露。隧道位于山體南側，進口位于傾向東的山體陡坡下部，出口位于傾向西南山體斜坡坡腳。隧道左右兩洞門與等高線近似正交，軸線地面高程為402m。其中左洞門位置山坡坡度較陡，洞門下方、上方坡度分別為41°、57°。右洞洞口上方存在一圓弧形崩坡積堆積變形體（如圖1所示），變形體面積約為10000m2。變形體因長期人工取土處于極限平衡狀態。當前上坡沿等高線發育有2條裂縫，最長為70m，寬度為20cm～100cm。

圖1 高速公路隧道崩坡積堆積變形體位置

由圖1可知，崩坡積堆積變形體為潛在滑動面。隧道出口段明洞基礎及進尺30m內，勘測發現隧道仰拱上方圍巖為全風化粉砂質泥巖，巖石已風化為硬塑粉質黏土狀。隧道仰拱下方為強風化粉砂質泥巖，裂隙發育，巖芯破碎，質地軟弱，基底承載力為180kPa～200kPa，遠小于設計承載力（300kPa）要求。

高速公路隧道工程所處地區為降雨頻繁地區，暴雨時有發生。

2 富水崩坡積堆積體綜合治理方案制定

2.1 結構分析

案述高速公路隧道富水崩坡積堆積體結構如圖2所示。

圖2 富水崩坡積堆積體結構分析

取土后，山坡形成臨空面，斜坡自然支承力被持續削弱且坡體順坡向巖層產生卸除荷載作用。同時，風化巖層沿著陡峭、傾斜角層產生拉裂，并向坡體下部出現位移，導致地表裂縫。當暴雨發生時，上方山體匯集地表水源可沿著裂縫灌入巖土層，持續侵蝕軟弱夾層，加劇裂隙分散。后期在隧道施工擾動下，富水崩坡積堆積變形體內滑面極易進一步貫通，最終導致洞頂失穩。

2.2 方案對比

隧洞洞口段邊坡綜合防護可選擇延長明洞再回填進行坡前反壓的方案，也可選擇進洞前對滑坡體進行反壓的方案，不同方案優缺點對比見表1。

表1 隧洞洞口段邊坡綜合防護方案比選

由表1可知，方案2中，片石換填原材料為隧道支洞洞渣，就地取材，成本較低。同時片石換填可使路基結構中的水全部排出，避免因土壤含水量過多而導致的路基下沉現象。片石換填可在短時間內完成延長路基的施工任務，規避隧道進洞前滑坡體坡腳無反壓的安全風險，保障隧道安全快速進洞。在隧道進洞后，可及時對洞門口場地進行硬化，并建設監控室、值班室、應急物資儲備室等功能性臨建房屋，延長路基施工周期。同時在巖溶區進行片石回填，并利用重力式橋臺代替肋板式橋臺，可保障橋梁結構物及路基的安全，縮短滑坡體前橋梁結構物施工周期，有效規避后期出現質量安全的運營風險。

方案1雖然具有路基軟基處理量少的優勢，但存在施工數量多、安全風險大、周期長等問題。

可以選擇“進洞前片石回填對滑坡體進行反壓”的處理技術。

2.3 方案制定

傳統隧底加固方法多數無法落實全局最優化設計，或偏于保守或存在安全風險，存在安全、經濟、性能指標模糊問題。因此，根據富水崩坡積堆積體結構分析結果，可以從隧道洞口開挖前著手，貫徹全局優化設計理念，創新制定陽坡、左右側邊坡預加固方案、隧底加固以及洞口防排水處理方案。

2.3.1 預加固方案

預加固方案是根據案述隧道多次穿越斷層破碎帶，出口為斷崖式富水崩坡積堆積體且具有場地狹小、作業難度大、安全風險高的特點，創新利用雙排抗滑樁、陡坎削方、預應力錨索框架梁、洞口減橋跨延長路基反壓技術，預先對變形體進行加固，提高變形體在隧道開挖期間的抗擾動能力，從源頭規避洞頂土體失穩。根據表1，創新引入橋梁減跨方式，利用重力式橋臺代替肋板式橋臺，配合洞渣換填、路基填筑，打造延長路基段，預先反壓富水崩坡積堆積體[1]。

反壓后，在洞頂陡坡內側約4.9～12.3m平臺處進行預應力抗滑樁施工（參數見表2和表3），為橋梁、隧道連接工程營造安全環境。

表2 預應力抗滑樁參數

表3 預應力錨索張拉參數

在借助抗滑樁維持富水崩坡積堆積體穩定狀態情況下，及時削方，降低人工取土引發的陡崖邊坡角，并利用錨索錨桿框架梁（參數見表4）防護技術，經鋼管樁連系梁與抗滑樁連接成整體，穩固隧洞頂部土體，避免邊坡上部土體被牽引。

表4 邊坡錨索錨桿框架梁作業參數

2.3.2 洞口防排水處理方案

洞口防排水處理方案根據案述高速公路工程雨水充沛特點，創新整合地表水與地下水排水與集水工藝。與傳統防排水方式相比，案述工程擬采用垂直集水井、降水井與深部水平截排水溝排水隧洞相結合的體系（參數見表5），以此打造立體排水網絡，加強富水崩坡積堆積體治水效果。

表5 防排水施工參數

根據表5，打造立體排水網絡，有效減少地表、地下水對高速公路隧道堆積變形體的影響。

2.3.3 隧底加固方案

隧底加固是富水崩坡積堆積體治理的重要內容，現有富水崩坡積堆積體所在隧道底部軟弱，外緣向內翹起，路面開裂且仰拱受力不均，存在隆起趨勢[2]。綜合考慮地下水軟化圍巖基底、圍巖內親水礦物遇水膨脹、隧道開挖應力鑿除松動區、設計施工缺陷等因素，可以利用隧道洞口圍巖與隧道底部聯合加固技術，從源頭解決案述隧洞軟弱底部存在的變形問題，保證隧道順利開挖。

聯合加固技術為鋼花管注漿、盲溝排水、井點降水，可以在加固隧道基礎的同時，為隧道后期運營提供穩固環境。鋼花管注漿選擇水泥水玻璃雙液漿注漿加固，注漿參數見表6。

表6 隧底注漿加固參數

3 富水崩坡積堆積體綜合治理及進洞技術實施要點

3.1 防排水要點

深部水平截排水溝建設、垂直集水井、降水井是富水崩坡積堆積體防排水的重點，也是高速公路隧道軟弱圍巖防治的要點之一[3]。技術人員應注重在錨桿錨索框架梁下一級橫梁下部設置仰斜式排水孔，結構如圖3所示。

圖3 仰斜式排水孔結構

當布置降水井時，根據案述高速公路隧道地下水埋藏深、洞口邊坡遇水無自穩定能力的特點，技術人員可以根據圖4布置降水井。期間動態監測場區、沿線地下水變化，確保作業期間排水持續。

3.2 隧道底部加固要點

鋼花管注漿、盲溝排水、井點降水是隧道底部加固主要技術，技術應用情況直接影響隧道底部加固效果。鋼花管質量要求見表7。

表7 鋼花管質量要求

在鋼花管注漿施工期間，技術人員應利用數控技術，規范加工鋼花管，保證輸入管孔精度達到±0.1mm。同時根據設計文件配置漿液，記錄配置數據[4]。

盲溝排水、井點降水主要是借助高速公路隧道已有盲溝、井點排出積水，避免地下水或地表水影響隧底加固效果[5]。

3.3 變形體防護要點

洞口減橋跨延長路基反壓是原有延長明洞反壓措施的升級，可以提前治理滑坡體，為隧道進洞前提供良好的地質條件[6]。根據案述高速公路隧道上方富水崩坡積堆積體多含高含水飽和軟弱黏土的特點，技術人員須先放線標記軟基范圍，在陡坎削方的基礎上，沿軟基范圍引出取土水塘積水，將換填開挖交界位置處理為向內傾斜4%的臺階，沿臺階逐段處理。

4 富水崩坡積堆積體綜合治理及進洞技術實施效果

根據富水崩坡積堆積體非均質地質結構體的特點，利用室內巖土物理力學試驗方法，從隧道出口段明洞以及進洞后30m基底位置，取直徑50mm±2mm、高100mm±2mm的無裂紋試樣，對其進行直接剪切、單軸壓縮試驗[7]。具體試驗操作根據《巖石物理力學性質試驗規程》（DZ/T 0276.1—2015）的相關規定進行。同時監測施工期間孔口堆積體變形速率（最大值），得出治理前后富水崩坡積堆積體無側限抗壓強度（均值）、內摩擦角（均值）、黏聚力（均值）以及變形數據，見表8。

由表8可知，治理后，高速公路隧道富水崩坡積堆積體的無側限抗壓強度、內摩擦角、黏聚力顯著增加，均符合設計要求。變形速率顯著下降，表明綜合應用防排水、隧道底部加固、邊坡預加固技術，可以有效提高富水崩坡積堆積體的穩定性，保障高速公路隧道施工作業安全推進。

表8 治理前后富水崩坡積堆積體監測參數

圖4 降水井立面示意圖

5 結語

綜上所述，富水崩坡積治理是隧道施工作業的難題，單一堆積體治理技術無法保證治理效果。因此，在富水圍巖的不利情況下，應從防控降水誘發滑坡著手，創新應用綜合防排水方案。針對現場滑坡體特點，技術人員可以綜合應用盲溝排水、鋼花管注漿技術，加固隧道底部。在這個基礎上，技術人員可以利用洞口減橋跨延長路基反壓技術和防滑樁等技術，控制圍巖變形，在降低隧道洞口堆積變形體滑坡事故發生率的同時，為建設環保、安全的隧道工程提供技術支持。