隧道洞口坡体开裂变形的原因分析及处理

张宇辉

(辽宁省交通规划设计院)



隧道洞口坡体开裂变形的原因分析及处理

张宇辉

(辽宁省交通规划设计院)

针对某隧道施工期间洞口坡体开裂及支护变形的具体情况，对变形原因进行了分析，并提出两种处理方案进行了详细比选，同时充分分析了各方案的优缺点，得出了当抗滑桩桩间距过大且桩间岩土体整体性不强时，抗滑桩作用效果有限及工程治理中应根据开裂情况、开裂原因、地质情况、施工周期等因素综合确定治方案等结论。

隧道洞口；开裂；原因分析；抗滑桩；回填反压

1 情况概述

1.1 工程概况

杭瑞高速公路贵州境大兴(湘黔界)至思南段是《国家高速公路网规划》“7918”网中第十二条横向线杭州至瑞丽高速公路贵州境内的重要段落，也是《贵州省骨架公路网规划》“六纵七横八联”中第二横的主要组成部分。

梵净山2号隧道位于闵孝镇红石村周子坪地界，呈近北西走向展布，为分离式隧道，属长隧道。隧道大兴端位于右偏圆曲线上，洞身处于缓和曲线及直线段上，思南端位于直线段上，隧道左右线平面线间距为30m。

1.2 破坏情况

在隧道施工阶段，洞内近50m长段落内已完成的初期支护发生拱顶下沉和周边收敛现象，喷射混凝土开裂、剥落，最远处剥落点距离洞口约100m。钢架出现扭曲、弯折现象，钢架整体出现向洞口倾斜现象，角度约15°，初期支护侵限严重。

二衬完成一个月后，在二衬表面发现细微裂缝，之后裂缝逐渐增多、增大、增长。在3～4个月内裂缝达20余条，裂缝最宽5.8mm，最长达12.3m。

洞口周围山体地表可见裂缝，坡顶截水沟多处出现裂缝，在右洞左上方凹沟内可见一定的错动裂缝。两隧道洞口之间的坡面(坡角约45°)出现一定的横向裂缝，且有轻微鼓胀现象。原喷射素混凝土破裂，且上部有较多的裂缝和鼓胀现象，中下部裂缝有错动现象。

1.3 地质情况

(1)工程地质

隧道范围内主要为第四系碎石土，元古界板溪群变余粉砂岩、砂岩。

(2)褶皱

本项目位于武陵-雪峰山隆起区，隧道位于一复式背斜的核部，背斜轴向为NE向，核部底层为震旦系板溪群的变余砂岩，产状：48°/318°∠33°。

(3)断裂构造

①F1断裂：NNW向展布，表现形式是形成成条陡坎及沟谷,产状40°。

②F2断裂：NEE向展布，表现形式为碎裂岩，产状为178°∠72°。

③次级构造

存在与F1与F2之间的强风化岩石中，因多期次构造影响，致使钻探岩芯呈碎块状，在裂面出现擦痕、阶步、镜面等现象，采芯率低；在掌子面上表现为挤压形成的破碎、柔皱、不均匀风化等现象。

2 隧道洞口坡体开裂及变形原因分析

(1)工程地质条件复杂

F1、F2两构造断裂带及次级派生构造的存在造成了带内强风化岩石的挤压破碎与裂隙发育，使岩石块体间呈散体结构，岩体结构整体强度低。

(2)隧道开挖卸载导致抗滑力减小

洞口段隧道围岩及仰坡开挖过程中，对断层破碎带松散体的扰动改变了局部岩体的受力状态，使局部区域抗滑力减小。

(3)隧道区年降水量较大、围岩透水性好

年平均降雨量1 100～1 400mm，同时隧道开挖改变了地表水与地下水的联络通道，大气降水很容易经地表下渗至围岩中去，地下水流动带走了围岩之间的胶结物，使围岩的物理力学性质降低，山体下滑力增加，抗滑力减小，使山体产生下滑。

3 处理方案比选

3.1 方案一：锚索抗滑桩+隧道围岩注浆加固

(1)锚索抗滑桩

从隧道仰坡及洞内支护变形的情况分析，山体及隧道变形主要是由于隧道开挖导致整个构造影响带内岩石松弛、松动，并使上部坡体产生滑移的趋势，因此需采取措施对坡体进行支挡。经过计算，确定采用在隧道左右洞之间及隧道外侧设置一排抗滑桩，以抵御上方山体的下滑力。抗滑桩采用2m×3m的方形挖孔灌注桩，桩中心距为6m。抗滑桩在横向上与隧道衬砌外缘净距不小于4m。

(2)隧道围岩注浆加固

对破碎部位的围岩进行洞内径向注浆加固。仰拱部位径向注浆加固。在中心水沟横断面两侧开挖线外1m处，采用φ42×4mm的注浆小导管，纵距1.0m，单根管长8m。隧道洞口外注浆加固围岩。在隧道洞口开挖轮廓线外8m范围内打设一层大管棚，3层小导管，对隧道围岩进行固结加固，使洞外注浆段与洞内注浆段间搭接长度不小于2m。

3.2 方案二：填土反压+隧道围岩注浆加固

(1)洞外填土反压

将2号隧道明洞进行加长，并将1、2号隧道洞身纵向相接，之后在隧道顶部采用洞渣进行回填，将沟谷两侧山体在隧道上部相连，抵抗上方山体的下滑力，起到对2号隧道范围内的山体进行反压的作用。回填高度为1号隧道出口拱顶以上为4m，2号隧道进口拱顶以上为8m。

(2)隧道围岩注浆加固

与方案一中“隧道围岩注浆加固”相同。

3.3 优缺点比较

(1)方案一

优点：方案一通过在隧道左右洞之间及隧道外侧设置一排抗滑桩，抵御上方山体的下滑力，从而将上方坡体可能产生的下滑力分别由抗滑桩及隧道洞身提供水平及垂直抗力，模型简单、明确，抗滑桩能够抵抗的下滑力较大，支护作用清楚，理论上能够保证暗洞换拱及明洞施作期间的整体稳定。

缺点：由于隧道两侧抗滑桩相距24m，并且岩体破碎，土拱效应不强，下滑力可能无法全部传递至抗滑桩范围内，从而使抗滑桩对洞顶山体的纵向滑移约束力不强，对下滑力的抵抗效果有不确定因素。

(2)方案二

优点：方案二通过将1、2号隧道洞身纵向相接，在隧道顶部进行填土，从而将沟谷两侧山体在隧道上部相连，对包括隧道洞顶在内的大部分山体进行反压，对于保持上部坡体的稳定较有利，填土反压形式简单，施工周期短，施工完成后，后期变形、失效可能性小。

缺点：在暗洞换拱及明洞施作期间，土体难以提供及时且足够的抗力，山体纵向力仍然主要由暗洞及明洞结构承担，易引起结构的开裂破坏。

(3)结论

由于方案二采用回填土对包括隧道洞顶在内的大部分山体进行反压，对于保持上部坡体的稳定较有利，同时避免抗滑桩方案由于间距过大造成隧道承担过大水平力。因此，确定方案二为推荐方案。

4 结 语

填土反压作为施工方案施工完成至今已3年有余，洞口坡体处于稳定状态，隧道内未发现裂缝等破坏现象。通过本工程的治理可以得出以下结论：

(1) 由于工程地质复杂，同时隧道上覆岩土体较厚，因此在表层土出现蠕动的情况下，隧道依然出现较大变形；

(2) 隧道结构主要承担上覆岩土体的竖向荷载，在上部山体出现下滑趋势时，隧道结构体自身的抗剪能力较差，易出现斜向裂缝及支护侵限现象；

(3) 抗滑桩作为一种对坡体下滑的主要支挡结构，作用效果与桩间距关系较大，当桩间距过大，且桩间岩土体整体性不强时，抗滑桩作用效果有限；

(4)填土反压形式简单，施工周期短，施工完成后，后期变形、失效可能性小；

(5)工程治理中应根据开裂情况、开裂原因、地质情况、施工周期等各种因素综合确定治方案。

[1] 滑坡防治工程设计与施工技术规范(DZ0240- 2004) [S].

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2014-11-23

TU

C

1008-3383(2015)09-0094-01