崩坡積體淺埋隧道大變形控制技術及效果分析

初期支護大變形是崩坡積體隧道施工常遇的難題之一。文章依托廣西某高速公路隧道工程，分析了崩坡積體隧道洞身淺埋段初期支護大變形的原因，提出針對性的控制措施，并采用數值計算和現場監控量測方法對其效果進行分析。結果表明：不良地質、施工不當及降雨入滲等因素是引起隧道初期支護大變形的主要原因；采取臨時支撐、徑向注漿、鎖腳鋼管樁等綜合措施可有效控制隧道變形。

淺埋隧道；崩坡積體；大變形；控制技術；數值模擬

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作者簡介：歐陽慕（1992—），碩士，工程師，主要從事公路隧道設計工作。

0" 引言

我國西部地區地質條件復雜，在隧道建設過程中，初期支護大變形問題時有發生，尤其是在隧道穿越軟弱地層時較為普遍［1］。針對此類問題的產生原因及其控制措施，許多學者做了大量研究和總結。戴永浩等［2］在大梁隧道中研究隧道大變形機理，并采用加大預留變形量、拱頂超前注漿及增長拱腳長錨桿等措施，有效解決了軟巖大變形控制問題。王志杰等［3］研究了隧道穿越第四系富水紅砂巖地層的隧道變形特征，并采用反壓回填、加密注漿及降水等措施成功處治了隧道大變形病害。苗景川等［4］分析了粉砂質泥巖淺埋偏壓隧道洞口段大變形的原因，提出了超前管棚支護、小導管注漿等綜合控制措施。由于地質的復雜及多樣性，隧道大變形控制技術沒有普適性的應用標準，對于特定工程需要進行針對性的研究。

本文對某崩坡積體隧道初期支護大變形的工程案例進行分析，旨在查明發生大變形的誘因，提出相應的變形控制措施并分析其有效性，以期為類似隧道工程設計和施工提供參考。

1" 工程概況

某隧道位于廣西來賓市忻城縣境內，按設計時速為120 km的高速公路標準建設，設置為上下分離雙向四車道，隧道左右洞平均長度為1 620 m，屬長隧道。隧道左洞出口段位于巨厚崩坡積體及大型沖溝邊緣，鉆孔揭示崩坡體局部厚度＞50.9 m。崩坡積體主要由第四系殘坡積含碎石粉質黏土構成，崩坡積體下伏基巖為中風化灰巖。

2" 初期支護大變形過程

2020-09-05，現場發現該隧道左洞洞身淺埋段ZK73+526處初期支護右側拱腰位置出現一條約長2 m的環向裂縫，局部位置C25噴射混凝土發生剝落現象，該樁號處隧道埋深約為25 m。同時現場地表巡視發現隧道周邊地表產生了地裂縫，地表露出為含碎石粉質黏土。對隧道斷面凈空進行監測，結果表明：ZK73+523～ZK73+532段落隧道初期支護沉降變形＞150 mm，出現了不同程度的侵限，且受降雨影響，隧道變形加劇，沉降速率較快。

3" 原因分析

根據現場踏勘及相關資料分析，該隧道段落初期支護大變形的原因主要有以下3個方面：

（1）地質復雜。崩坡積體具有物質組成不均勻、孔隙度大、結構松散等特性。隧道穿越崩坡積體，表現為圍巖整體性差、自穩能力低，易受施工開挖爆破等動荷載影響導致失穩，圍巖松動圈范圍擴大，加大了初期支護背面側壓力。

（2）施工布距不當。隧道臺階開挖過長，圍巖應力一次釋放量大，形成較大塑性區。同時上下臺階落底地基不實且未能及時做好鎖腳錨管，使應力作用在某一薄弱區域，圍巖變形易突變，從而造成初支出現裂縫和剝落現象。

（3）降雨入滲。隧道鄰近沖溝，開挖前未提前做好排水溝，施工期間持續降雨，受雨水入滲影響，黏土質部分圍巖吸水軟化，抗剪強度降低，承載能力下降，巖土體重度增加導致隧道圍壓增大，初期支護變形加劇。

4" 隧道變形控制措施

4.1" 設置臨時支撐

為控制初期支護變形的進一步發展，在ZK73+523～ZK73+532侵限段對隧道周壁設置臨時Ⅰ18工字鋼拱形支撐，鋼架縱向間距為0.6 m，鋼架落底處設置混凝土基礎，防止鋼架沉降，施工時應盡量保證鋼架與初期支護密貼。

4.2" 徑向注漿

完成臨時支撐后，采用4.5 m長的42 mm×4 mm注漿小導管對隧道周壁進行徑向注漿加固，小導管按1.2 m×1.2 m的梅花形布設。小導管止漿段≥30 cm。

4.3" 換拱并施工初期支護

在隧道進行加固后，拆除臨時支撐，接著擴挖隧道，對揭露的巖土面及時噴射混凝土封閉并更換鋼拱架。拱架縱向間距為50 cm，并采用Ⅰ14工字鋼縱向連接。拆除過程中應密切觀察臨時加固拱架及初期支護的變形和位移情況。

4.4" 增設鎖腳鋼管樁

隧道采用三臺階法開挖，架立正鋼拱架后及時在開挖臺階兩側拱腳處設置6 m長的108 mm×6 mm的鎖腳鋼管樁，下插角度為60°，并與鋼拱架實現有效連接。

4.5" 施工初支仰拱和二次襯砌

適時施工初支仰拱，使初期支護盡早閉合成環，改善初期支護受力。在滿足隧道開挖要求及臺階穩定的前提下，縮短上臺階長度，盡快使初期支護封閉成環。仰拱和二次襯砌施工可按每3～5 m為一個施工段。

4.6" 防排水措施

對地表裂縫灌填水泥砂漿或黏土，并在原有沖溝處施工截、排水溝，防止降水下滲至隧道巖土體中。在隧道襯砌背后增設豎向盲管（滲水處），加密隧道環向盲管并及時接通。

崩坡積體淺埋隧道大變形控制技術及效果分析/歐陽慕，陳增穩，楊昆光，謝" 沃

5" 變形控制效果分析

5.1 "數值模擬分析

5.1.1" 模型建立及參數選取

為驗證相關控制措施的有效性，本文采用Midas NX軟件建立二維平面模型對大變形處治后的隧道進行模擬分析。為降低邊界影響，模型中隧道輪廓線距離兩側邊及底部各取隧道寬度的3倍左右，底部采用固端約束，兩側水平方向約束，頂面為自由面，荷載釋放比設為0.4∶0.6，模型總尺寸為95 m（長）×88 m（寬），如圖1所示。隧道所處地層采用平面應變單元，錨管及鎖腳鋼管樁均采用桁架單元，結合現場取樣試驗結果及規范［5］要求，各材料物理力學參數如表1所示。

5.1.2 "數值計算結果分析

5.1.2.1" 圍巖位移

由圖2、圖3可知，對隧道采取綜合控制措施后的圍

巖最大豎向位移（y向）發生在拱頂偏右側，其值為41.2 mm；隧道水平向最大位移處為隧道右側拱腰附近，其最大位移為26.7 mm，對應的最大水平收斂值為53 mm。總體而言，隧道水平向、豎向位移均在圍巖穩定的可控范圍之內，方案安全。

5.1.2.2" 初期支護應力

對大變形段進行處治后，隧道初期支護最大主應力為1.83 MPa（拉應力），最小主應力為-11.2 MPa，均小于C25混凝土強度指標，滿足規范要求［5］，隧道結構安全。見下頁圖4～5。

5.2" 監控量測結果分析

選取ZK73+530處為典型斷面，整理現場對拱頂位移及水平收斂的監測值，結果如圖6～7所示：隧道拱頂位移最大沉降為44.1 mm，與模擬計算值誤差較小；水平收斂監控量測值為41.2 mm，低于隧道計算模擬值，其原因在于現場監控量測布設的測點位置與數值計算所得的最大水平收斂值對應的位置有所不同。總體而言，綜合現場監控量測和數值計算結果可知，兩者數值均在Ⅲ級位移管理范圍之內［6］，初期支護變形可控，隧道結構安全。

6" 結語

本文依托某高速公路隧道工程，對隧道初期支護大變形控制措施及其效果進行分析，得出如下結論：

（1）該隧道初期支護發生大變形主要是受工程特性較差的地質條件、不當的施工工序以及降雨等多因素影響綜合引起。針對水文及工程地質復雜的崩坡積體隧道，

施工時應堅持短進尺、強支護、早封閉、勤量測等施工原則，以保證隧道結構安全。

（2）通過采取臨時支撐、徑向注漿、增設鎖腳鋼管樁、逐榀換拱、改善排水設施、仰拱及時封閉等綜合措施，崩坡積體淺埋隧道初期支護大變形可得到有效控制。

［1］任永強，喬" 雄，劉文高，等.喀魯莫其隧道初支大變形的處治措施研究［J］.鐵道工程學報，2022，39（9）：101-109.

［2］戴永浩，陳衛忠，田洪銘，等.大梁隧道軟巖大變形及其支護方案研究［J］.巖石力學與工程學報，2015，34（2）：4 149-4 156.

［3］王志杰，徐君祥，徐海巖，等.第四系富水紅砂巖地層隧道圍巖變形特征研究［J］.鐵道工程學報，2018，35（9）：54-60.

［4］苗景川，陳" 諾，鄭文飛，等．粉砂質泥巖淺埋偏壓隧道洞口段大變形機理及治理措施［J］.水電能源科學，2023，41（11）：133-137.

［5］JTG 3370.1-2018，公路隧道設計規范［S］.

［6］JTG/T 3360-2020，公路隧道施工技術規范［S］.

20240327