淺埋隧道洞口段穿越沖溝地形進洞方案

摘要 文章主要對淺埋隧道穿越沖溝地形的進洞方案進行研究。由于設計水文、地勘資料與現場不符，通過對按原設計參數進洞失敗及變更處治后仍不能安全進洞的原因分析，提出洞外采用明洞接長并回填，抵抗仰坡滑移，穩住邊仰坡;洞內采用臨時支撐、注漿固結圍巖的措施，保證了隧道安全進洞，使淺埋段成功穿越沖溝地形。

關鍵詞 淺埋;沖溝;洞口;隧道進洞;滑坡;冒頂;塌方

中圖分類號 U445.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）09-0160-03

引言

沖溝地形是由軟弱巖石、土壤在間斷流水長期沖刷作用下或地質構造變化（地震或地層沉降）形成的相鄰高差較大的溝谷地。[1]通常情況下，隧道在穿越各種沖溝段時，由于溝谷地地應力較集中，加上淺埋、偏壓、圍巖差等因素，往往在隧道施工時造成滑坡、塌方、冒頂等，使得隧道進洞困難[2]。

1 工程概況

蔡家坡隧道位于貴州省六枝特區下轄九龍街道蔡家坡至缸口寨一帶，呈近東北—西南向展布。隧道設計為分離式+小凈距隧道，出口端測設基線間距約20 m，雙向四車道，設計行車速度80 km/h。左幅隧道長2 089.15 m，最大埋深約255.98 m。右幅隧道長2 045 m，最大埋深約266.509 m。隧道出口端淺埋段長度83 m，埋深0～25 m，見圖1。

2 隧道出口端原設計

2.1 洞口段原地勘資料

2.1.1 地質情況

隧道出口段屬緩坡地貌，地形坡角在15°～20°，覆蓋層為粉質粘土及全風化泥巖，鉆探揭露厚度分別為3.5 m及6.0 m，下伏基巖為中風化白云巖。洞口處圍巖為軟巖—較堅硬巖，巖體較破碎—較完整，結構面較發育，呈碎、裂狀結構，屬V級圍巖。斜坡自然條件下較穩定，邊坡開挖地層主要為中風化白云巖、泥巖等，表層有薄層粉質粘土。由赤平投影圖分析，斜坡為反傾坡，層理面與J1、J2對于出口端開挖仰坡影響不大。

2.1.2 地下水

地下水以巖溶裂隙水、構造裂隙水為主，水量隨大氣降水量及節理裂隙變化而變化，巖體節理裂隙發育，圍巖富水性不均一，透水性較弱。

2.2 洞口邊、仰坡防護設計參數

出口端洞門形式采用端墻式。洞口開挖臨時邊、仰坡及暗挖工作坡面邊坡加固采用錨、噴、掛網支護，支護參數采用以下參數。

邊坡：三級坡坡率為1∶1，二級坡坡率為1∶0.75，一級坡率為1∶0.5，防護采用Φ6鋼筋網（20×20 cm）+22砂漿錨桿（L=2.5 m、L=6.0 m，間距1.2×1.2 m，梅花形布置）+10 cm厚C20噴射混凝土錨噴支護。

仰坡：仰坡開挖坡率為1∶0.5，噴10 cm厚C20素混凝土，打設Φ22砂漿錨桿，間距1.0×1.0 m，錨桿長度為4.0 m，掛Φ6鋼筋網，網格間距為20×20 cm。

3 施工過程遇到的問題

3.1 隧道長度調整

隧道出口端右幅淺埋段長83 m，埋深0～25 m，仰坡地質為紅粘土。隧道進洞前，經現場實地勘查，因地方道路與主線K6+040通道橋樁基施工干擾，經變更，調整隧道長度。隧道右幅縮短20 m進洞，仰坡高度8 m。左幅縮短41 m進洞，洞門處埋深13 m。變更后，右幅淺埋段長63 m，埋深8～25 m;左幅淺埋段36 m，埋深13～25 m。

3.2 進洞失敗

原進洞方案按照：測量放樣→截水溝施工→邊仰坡開挖及防護→施作套拱→施作長管棚→進洞施工→明洞施工、洞門施工順序先組織右洞進洞，右洞掌子面掘進50 m后再組織左洞進洞。

3.2.1 右洞洞口施工情況

由于左幅縮短41 m，前期先開挖左幅縮短段落的路基邊坡。因此，隧道進洞先施工右幅。右洞上導坑掘進13 m時，仰坡噴射混凝土沿截水溝附近出現多條環向裂縫，寬度1～2 cm，洞內上導坑靠近洞門位置初支左、右邊墻噴射混凝土出現“鼓脹”現象，隆起高度約3 cm。將仰坡環向裂縫封閉后上導坑繼續掘進，在上導坑掘進20 m時，仰坡截水溝附近環向裂縫加劇，且截水溝后方坡體也出現多條環向裂縫，裂縫寬度5～10 cm。右幅洞頂上方沖溝區域形成淺層小型滑坡。

經參建各方開會討論后形成變更處治方案如下：

（1）刷坡減載，即在淺層重力式滑坡區域按照2級邊坡進行刷坡減載，邊坡坡率1∶1.25，每級邊坡高度控制在6 m以內。

（2）仰坡立即施作3×3 m的排水孔，長度6 m，仰角8°～12°，內徑Φ70 mm。

（3）地表注漿，沿縱向每隔1 m打設一排4.5 m Φ42×4注漿鋼花管。共打設10排;每排的注漿管打設范圍沿縱向長度為20 m，鋼花管橫向間距為1 m。

3.2.2 左洞洞口施工情況

右洞仰坡處治過程中左幅路基邊坡已開挖完成，左洞開始進洞。在左洞上導坑開挖至36 m，仰拱施作完成8 m時（右洞掌子面停工），因工區連降大雨，土體處于飽水狀態，左洞距洞口10 m處發生冒頂，塌陷區域約7×8 m，左、右洞洞內初支均變形并侵限，拱頂有黃泥水流出;右洞仰坡經加固處治后再次開裂，環向裂縫增多，開裂范圍縱向發展至30 m處，裂縫寬度5～30 cm，仰坡滑坡呈加劇狀態，隧道出口端雙洞進洞均失敗。

3.3 地質補勘

因洞口段開挖揭露地質情況與設計地勘有較大出入，組織地質補勘。洞口段實際地形地貌及地質情況：

隧道出口端右幅洞口上方為緩斜坡地貌，地形坡角15°～20°。右幅位于一緩傾沖溝內（見圖2），具備匯水條件，覆蓋層為可塑狀紅粘土，鉆探揭露厚度為28 m，下伏基巖為強—中風化白云巖。左幅洞口端上方屬陡坡地貌，地形坡度在40°～50°，地表覆蓋層為可塑狀紅粘土，鉆探揭露厚度為14 m，下伏基巖為中風化白云巖，鉆孔記錄見表1。設計地勘資料和實際情況不符，即淺埋段洞身圍巖均位于紅粘土層內。

4 調整進洞方案

（1）進洞失敗原因分析。該段水文、地質環境與設計地勘情況存在差異，邊仰坡防護參數不足。右幅位于沖溝內且埋深淺，處于溝谷地應力密集地帶。沖溝地形隧道開挖，洞內、地表出現了明顯的縱向效應，即隨著隧道向前掘進，洞內初支變形、地表開裂、沉陷加大[3]。

現場邊仰坡段為紅粘土，隧道長度經變更后縮短20 m，增大了仰坡坡角，破壞了仰坡平衡狀態。仰坡開挖后下滑趨勢加大，經加固后未能有效固坡，洞頂上方后緣裂隙變形較大，且后期變形逐漸擴散，雨水滲入地表覆土使其自重增加，覆土間的粘聚力下降，加上洞內施工擾動，導致地表開裂沉陷、冒頂。

（2）調整思路。隧道仰坡地層為紅粘土，錨索框架梁防護方式不適宜，受場地所限，抗滑樁無法布設。因此，僅靠加固仰坡隧道仍然無法進洞，所以采取明洞接長回填反壓的方式抵抗仰坡坡體下滑力，盡量減小隧道穿越沖溝地形洞內、地表的縱向效應，保證隧道安全進洞。具體處治方案如下：

4.1 仰坡處治

（1）及時封閉坡面裂縫，防止地表水沿裂縫下滲。先采取人工對坡面裂縫進行鑿孔，防止內部脫空現象，再對裂縫進行封閉施工，局部裂縫較大處采用泵送混凝土進行封閉。

（2）左洞上方冒頂處采用泵送混凝土進行封閉。

（3）裂縫較大處，增設地表鋼花管注漿，采用Φ42鋼花管對地表加固處理，鋼花管按照1.2 m×2.0 m的間距梅花形布設，每根長4.0 m，壁厚3.5 mm。

4.2 右洞明洞接長

（1）右洞采用明洞接長（20 m），并進行回填，回填高度6 m，起到對右洞仰坡及兩側邊坡壓腳的作用，防止仰坡土體失穩下滑?；靥詈笱銎赂叨? m，右洞左側邊坡高度4 m，右側邊坡基本填平。

（2）明洞回填。明洞襯砌混凝土強度達到75%以上時進行明洞回填，回填前進行防水處理，并在洞頂回填土表面夯填50 cm厚粘土隔水層，砂礫做透水層，采用人工分層夯實，要求壓實度不小于90%，施工時注意對稱回填，兩側回填的土面高差不得大于50 cm。人工夯實回填至拱頂以上1 m，方可采用小型機械分層夯實。

4.3 初期支護加固

（1）右洞掌子面及左洞冒頂涌泥端采用洞渣回填反壓，洞內初支變形段落采用臨時鋼支撐支護。臨時支撐采用18工字鋼，間距為60 cm，支撐底部采用鋼板支墊，支撐于兩側拱腰位置，顯倒八字形支撐，縱向間距與初支型鋼間距一致，并與原初支工字鋼焊接成整體。

（2）徑向小導管注漿加固。采用Φ42鋼花管對土質圍巖進行徑向注漿加固處理，按照1.2 m×2.0 m（環向×縱向）的間距梅花形布設，鋼花管長4.0 m，壁厚3.5 mm。

（3）初期支護鋼架拆換。出口明洞接長并回填反壓及暗洞土質圍巖范圍采用徑向小導管注漿加固后方可進行洞內初支變形侵限段落處治，初支換拱逐榀進行。在需換拱的鋼拱架接頭處增加4根Φ42（長度4.5 m）鎖腳錨管加強鎖腳。

4.4 二襯施工

初期支護采用臨時支撐加固，土質圍巖注漿固結后，及時跟進仰拱及仰拱填充，出口端洞口施作二模二次襯砌對洞口進行鎖口。洞內初支侵限段落完成換拱后，緊跟二次襯砌澆筑。

4.5 施工期間監控量測

（1）洞內布點觀測。施工前，在洞內初期支護鋼拱架上布設拱頂下沉觀測點及凈空收斂觀測點，每5 m一個斷面進行布設，對初支侵限較大處，增設絕對位移監測點，尤其是連接鋼板處和墻角處。

（2）洞外布點觀測。洞頂原地表，每5 m一個斷面布設位移觀測點，觀測點位移容許值為ΔX≤1.25 cm、預警值為ΔX≤1.5 cm。

（3）觀測頻率。觀測頻率為每天2次，降雨期間每天3次，直至淺埋段二次襯砌施工完畢。

5 結論與建議

（1）結論：該文依托六安高速蔡家坡隧道，對淺埋隧道穿越沖溝地形進洞方案進行闡述。原洞口段水文、地質情況與現場不符，洞口開挖防護設計參數不足，導致雙洞進洞失敗。關鍵原因是仰坡在經過仰坡坡角增大、仰坡開挖以及左右洞洞身開挖之后，多次造成擾動，加上暴雨季節地下水下滲，導致仰坡形成淺層滑坡，隧道無法進洞。在采用明洞接長回填反壓，對仰坡及洞口邊坡起到壓腳作用，抵抗仰坡繼續下滑;同時對洞內初支進行臨時加固、圍巖進行注漿固結;地表對裂縫、冒頂處進行封閉處理，防止地表水繼續下滲的方式，保證了隧道雙洞實現安全進洞。

（2）建議：位于沖溝地形、埋深淺、土質圍巖條件下的隧道，仰坡坡體通常處于臨界平衡狀態，仰坡及洞身開挖易造成仰坡失穩，切忌盲目縮短隧道長度，增大仰坡高度及角度。建議隧道進洞采用零開挖或者接長明洞再回填暗挖掘進的方式，盡可能少擾動仰坡坡體。

參考文獻

[1]雷浩. 沖溝地形淺埋土質隧道開挖縱向效應特征研究[D]. 西安：西安理工大學， 2018.

[2]關寶樹. 隧道力學概論[M]. 成都：西南交通大學出版社， 1993.

[3]趙繼偉， 高楊. 長大隧道穿越沖溝超淺埋段地表注漿加固技術[J]. 工程建設與設計， 2021（3）： 170-171+174.

收稿日期：2022-02-15

作者簡介：王國豐（1979—），男，碩士，高級工程師，從事隧道施工技術研究工作。