山嶺隧道斷層破碎帶洞口淺層滑坡原因分析與處治方法

關鍵詞：山嶺隧道；淺層滑坡；變形破壞；病害分析；治理方案

中圖分類號：U457+.2 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.048

文章編號：1673-4874（2025）03-0168-04

0 引言

隨著國家經濟實力日益增長與科技水平快速提升，山區一些地形地質條件復雜、施工困難的地方也逐步修建起高速公路。高速公路受線形條件與構造物限制，隧道選址有時不得不位于不利工程穩定的區域，特別是洞口位置處于嚴重偏壓、沖溝、順層坡、斷層破碎帶附近的情況屢見不鮮[1-2]。隧道施工過程中，洞口開挖是事故頻發的工序，易出現地表下沉開裂、襯砌開裂等病害，處理不當可能出現洞口上方滑坡，后續洞口段塌方“關門”的重大事故。本文基于實際工程，分析位于斷層破碎帶處隧道洞口施工過程中的變形破壞情況，提出淺層護坡病害及其相應處治措施，有效控制變形破壞繼續發展，可供以后同類工程參考。

1工程概況

龍城高速公路起點 （K0+000） 位于龍勝縣馬堤鄉芙蓉村，終點 （110+729.203） 位于龍勝縣龍勝鎮雙洞村附近，與規劃龍勝至羅城高速公路相接。隧道左線起訖樁號為 2117+253～2188+608 ，全長1355m；右線起訖樁號為 1×7+250 686～1×8+570 ，全長1319. 314m

隧道區屬低山丘陵侵蝕地貌，山體連綿起伏，地形起伏較大，地形地貌主要受地層巖性及地質構造控制。隧道穿過丘陵地貌區，隧址區地層由第四系覆蓋層坡殘積粉質黏土、震旦系南沱組（Zan）以及元古界板溪群上亞群 （Ptan₂ ）粉砂巖、碎裂巖及其風化層組成。龍勝-永福斷裂于隧道出口位置小角度斜交通過隧道，如圖1所示。斷裂為非活動性斷裂，區域地質較穩定。龍勝縣城端洞口隧道斜坡相對較陡，坡度為 30^°～40^° ，多覆蓋殘坡積硬塑粉質黏土。隧道穿越的山體巖體破碎嚴重，破碎帶巖質軟，巖芯極破碎，巖芯呈巖屑狀、角礫狀，洞口段巖體較破碎一破碎，巖質較軟。破碎帶是良好的儲水層，同時也是地下水的徑流通道[3，且開挖揭示山體內地下水較豐富，出口段偏壓較嚴重、巖土體地質條件較差。

左洞出口左側上部為X146縣道，為龍勝至湖南關鍵道路，重要性較高。此縣道于隧道口左側上方呈 360^° 急回頭彎形態， 1lt;8+620 附近由于縣道外側邊溝被沖垮，邊溝內水流沖擊下方邊坡，坡體巖石破碎，基巖上部風化嚴重，水流沖擊作用下上覆的殘坡積層及破碎的巖石產生崩塌，形成小型泥石流，在坡腳形成小型沖積扇，沖毀溝底原水田。在施工期間，受多期強降雨影響，此處形成匯水渠道，現場已于下方抗滑樁后施做滲溝及截水溝，引導水流流向坡下排水系統中。

龍勝縣城端左右線洞門均設計為端墻式洞門，考慮到山體偏壓嚴重，為減少邊、仰坡開挖采用半拱蓋挖法進洞，護拱順應地形施作，并且在路線靠山側設置抗滑樁。由于右線洞口臨近沖溝，為防止洞門及偏壓墻受到沖刷，在沖溝處設置改溝，改溝底部標高略高于偏壓墻趾，左線洞口為保證洞門穩定，在偏壓墻施作后回填C15混凝土反壓。

2 變形破壞情況

隧道出口段施工，先施工左右洞對應左側的抗滑樁，施工洞頂截水溝，抗滑樁施工后，于2021年10月中旬進行洞口開挖，2021年11月施工左洞偏壓墻及明洞部分，于2021年12月出口左洞開始進洞作業，于2022年1月出口右洞開始進洞作業。

隧道出口左洞出口樁號為 ZK8+608 ，截至2022-04-08，洞口洞門墻正在施工，二襯已施工2模，至2188+586 處（已施工 22m） ，仰拱與二襯齊平，掌子面樁號為 2118+567 （已施工4 11m） ；隧道出口段右洞洞口樁號為 1lt;8+5gt;0 ，洞口洞門墻正在施工，第一模二襯已施工完成（樁號至 18+558 ，距洞口 12（m） ，正在施工第2模二襯（樁號至 18+546 ，距洞口24m），仰拱開挖至 1×8+541 （距洞口29m），掌子面開挖至 18+526（ （距洞口44m）。隧道出口在雨季期間，左右洞仰坡及之間的邊坡上發現多處開裂縫，裂縫張開 1～10mm ，局部裂縫拉裂坡頂截水溝；右洞左側 18+565 處坡表可見小型淺層垮塌體，垮塌體長15m，高 8m ，最厚2 m₀

針對隧道出口的裂縫變形進行隧道 218+585 處地表下沉與拱頂沉降監測并統計如圖2所示。 2022-03- 25至 2022-03-27 連續3d地表 1×8+535 處斷面監測數據增長速率較大，當日最大沉降速率為 14.1mm/d 2022-04-04 洞內 2188+585～2188+575 區段及地表變形監測數據較4月3日急劇增大，其中 21×8+585 和218+580 斷面拱頂累計沉降值分別為156. 4mm 和166. 3mm ，已超過預留變形量（預留變形量為 150mm ，地表變形速率為 12.2～53.2mm/d

右洞左側抗滑樁可見樁體上有豎向縫隙，兩道豎向裂縫分別位于樁號 K8+576，K8+580 處， 18+576 處裂縫豎長約8 m，188+580 處裂縫豎長約 6m ，裂縫整體位于抗滑樁樁板結合中心處。地表巡查均發現多處仰坡混凝土開裂、塌落，地表多處裂縫，且有擴散趨勢。洞內21×8+575 斷面左側拱肩可見初噴混凝土明顯凸出，在隧道左洞出口二襯上開始產生沿隧道縱向發展的裂紋。

3病害原因分析與處治方法

3.1病害原因分析

3.1.1地形地質因素

隧道洞口段山體坡度為 20^°～30^° ，有利于坡體表面巖石風化堆積，隧道洞口段縱斷面如圖3所示。由圖3可知，地層表面圍巖風化層較厚，堆積體較為松散且穩定性差。地層傾向與隧道走向平行，巖層傾角緩于山體坡度，這種構造條件下山體內部巖層層面即可能作為滑動面存在，滑動風險高。山體發生滑坡時，常常是與沖溝地形相關，稱作“V”字地形。山體的底部之所以為“V”地形，是因為長期受到沖刷與下切。根據地形圖可知，該隧道所處的沖溝較為深、長，具有溯源侵蝕的特征，其發展一般是因為受到多方面因素的影響。此地也屬于斷層破碎帶區域，地質構造運動劇烈，對滑坡的活性有著顯著的提升。這種地形若出現滑坡會是多層次、多規模、多形式的，長期以來可能發生過多次小型滑坡，不過每次滑坡形成間隔時間長，之后堆積體經沖刷被帶走，植被重新生長又復原，滑坡痕跡不明顯，但此類地形存在較大安全隱患。所以，當隧道洞口位于沖溝底部時，坡體長期遭受雨水沖刷，同時受斷層破碎帶影響，巖體節理裂隙十分發育，自身抗剪能力差，整體上處于一種“一觸即發\"的狀態，外界因素的干擾很容易誘發新的災害。

3.1.2水的影響

滑坡受地下水影響較少，主要與地表水相關，地表水則為地表徑流與大氣降水。隧道洞口位于沖溝底部，地表徑流量大，會出現地表集水現象，這為水滲入土體深處提供了有利的條件。當水滲入土體后，土體重度增加，孔隙水壓力增大，隨后土體軟化，導致裂隙進一步擴大，被水滲入的土體和不受水影響的土體區域之間形成一個分界面，在滲入時間足夠長的情況下，出現塑性區界面，也就是滑坡體的分界線。根據降雨強度的不同，水在坡體下滲深度有所區別，坡體塑性區發展的區域也相應發生變化。經研究表明，降雨情況下，塑性區初期在坡腳處率先出現，土體自身的軟化并不會直接導致失穩分層，而是降雨后土體重度增加，重力作用下坡腳應力集中，結合裂隙的發展，塑性區在坡腳形成，坡體表面出現牽引式滑坡的趨勢，降雨歷時越長，坡體重度越大，塑性區從下至上進一步發展，大型的山體滑坡就會發生。

3.1.3施工影響

根據上述對水影響因素的分析可以知道，此類滑坡的塑性區是由山腳開始出現的。坡體在常規情況下，坡腳出現塑性區首先需要降雨時間足夠長，通常形成之后范圍廣、危害大。該隧道仰坡上方覆蓋層土體經勘測主要為粉質黏土，土體特征為稍濕、硬塑，浸水呈塑性狀態，不易液化，普通降雨條件形成滑坡的可能性不高。但由于隧道洞口位于坡體下方，隧道的開挖會直接破壞坡腳的穩定性，使塑性區提前形成，在水下滲深度不夠，坡體重度增加不多時給滑坡的形成創造有利條件，這種時候形成的滑坡即為淺層滑坡。

該隧道路線方向與巖層走向接近垂直，隧道開挖相當于對坡體進行“掏腳”，同時此處處于斷層破碎帶區域，圍巖本身穩定性差，巖質較軟，破碎帶是良好的儲水層，同時也是地下水的徑流通道。隧道右洞洞口位于山腳沖溝處，雨季受到集中沖刷嚴重，又有施工前左洞上方二級路水溝沖垮后，洞口上方邊坡受到長期沖刷，已經十分破碎。雨水隨著斷層破碎帶下滲，襯砌周邊大范圍圍巖儲水，隧道上方富水壓力增大4，下方基礎軟化下沉，隧道整體下沉，拱頂上方土體失去支撐也隨著變形。變形發展到一定程度后，坡腳出現塑性區，坡腳變形引起山體位移，坡腳塑性區進一步發展到山體上方，導致坡體整體變形過大，病害出現。

3.2處治措施

3.2.1洞內沉降控制

根據病害原因分析可知，洞內的沉降是導致山體發生淺層滑坡的誘因，也是直接原因之一。當隧道開挖進洞時，若沉降得不到有效控制，則會加速山體變形失穩。處治病害的第一步應對洞內的沉降變形進行控制，而根據圍巖特性，隧道開挖后易出現拱腳沉降，拱腳沉降是拱頂沉降發生的緣由。斷層破碎帶滲水后，拱底基礎承載力下降，為了防止襯砌變形繼續擴大，需要控制初支基礎沉降，鋼架“鎖腳”是有效的加固手段，其控制效果已在多個工程項目中得到實踐驗證，在基礎軟弱地段該措施能起到明顯的作用。首先應停止左線隧道掌子面繼續開挖，防止進一步擾動，然后對未施工二襯段落進行回填。回填時應注意保障施作鎖腳鋼管時有施工的空間，洞渣回填結束后，對已施工初期支護段落補充打設各臺階鎖腳，規格取6m長 ?89mm 鋼管。為了使鋼管能夠有效發揮作用，每榻拱架單側 ?6 根。同時，加強二次襯砌支護參數，提升鋼筋直徑。

3.2.2洞外反壓回填

通過分析可知，長期的地質構造運動與氣候運動在隧道洞口區域出現了一個十分不利于山體穩定的條件。隨著時間的推移，沖溝的下切與侵蝕運動也會進一步加重，即便隧道施工完成后短期內沒有問題，但經過多年雨季，“V\"字地形進一步發展，在沒有施工擾動的情況下也可能會出現新的滑坡事故，故而洞口病害的治理不能忽略這一層因素5；同時，由于隧道開挖起到“掏腳”的影響，破壞山體原有應力相對穩定的狀態，故而需要通過相應的手段來平衡應力[。結合以上原因，處治方案應解決兩個問題：（1）抑制洞口區域的下切與侵蝕運動；（2）應力平衡。結合工程經驗可知，洞口反壓回填與坡體鎖腳結合能夠較好地解決這兩個問題。

洞口原設計方案如圖4所示，左、右洞口樁號間距為35m，分離式設置，此時兩洞口各自承受山體應力，在施工過程中互相產生不利影響。為了減少洞口之間的沖刷并增加反壓體影響范圍，考慮將左、右洞口與抗滑樁結合為一整體。采用6m高的擋土墻連接左洞洞門與右洞抗滑樁，形成L形，并在擋墻與山體的間隙中回填混凝土，擋墻標高以上則按一定的坡率回填反壓，保證反壓到隧道間山體仰坡。此外，將右洞的洞口明洞與偏壓墻同時延長 12m ，明洞施工完成之后，在右洞明洞外側回填?5 m高的C15混凝土，之上采用洞渣回填壓實，回填高度需保證施作水溝過水斷面不高于擋墻，預留改溝施工空間。這樣既可以解決雨水對“V”字形洞口前緣的危害，同時又形成了大范圍的反壓體對山腳進行反壓，保證隧道洞口長久的穩定性。

3.2.3 洞外截排水

根據前述可知，隧道洞口所處區域存在溯源沖刷的情況，洞外反壓回填可以保護滑坡體前緣的穩定性，而上游“V\"字地形的發展也需要進行限制。同時，由于隧道位于沖溝底部，截排水工作需落實到位。在洞口邊仰坡打設長3. 5.m.?42m m的小導管注漿加固，小導管間距為100cm×100cm ，梅花形布置，注漿材料一般為P.O.42.5水泥凈漿液，水泥漿水灰比 （0.6～0.8）：1 右洞右側沖溝段填平至洞頂以上 ≥2m ，以此高度平壓至邊坡處。右洞右側回填反壓后，順地形重新修筑排水溝，并設置消能池，接順至原設計水溝中，如圖5所示。

按上述方案施工過后，洞口整體剛度、強度得到提升，山體應力得到改善，洞口區域抗雨水沖刷能力得到加強，有效控制了現場病害，襯砌變形穩定，裂縫不再繼續發育。

4結語

通過現場監測調查得知，在斷層破碎帶順層坡隧道洞口段落施工，雨季易出現襯砌變形、山體滑移現象，特別是隧道位于沖溝底部時，匯水嚴重，通過采用洞內大鎖腳，同時延長明洞，聯合左右洞進行反壓回填的方式抵抗山體滑移是有效的處治手段。此外，雨水下滲是十分重要的誘因，做好截排水工作是防止病害出現的關鍵一環。

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