高边坡偏压隧道边仰坡开裂原因分析及处理方案浅论

张锐

摘 要：隧道工程是在山区高速公路建设中的关键工程，隧道洞口施工又是整个隧道施工中的控制性工程。本文以武深高速青云山隧道右线出口施工过程中出现的边仰坡开裂为例，浅论隧道洞口边仰坡开裂原因及处理方案。为同类隧道洞口仰坡开裂处理提供参考。

关键词：隧道;洞口;仰坡;开裂;方案

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）08-0145-02

1 工程概况

1.1 地质构造

青云山隧道设计为分离式隧道，洞室净空14.75×5.0m，起讫桩号左线ZK344+710～ZK350+610，长5900m;右线YK344+645～YK350+655，长6010m;最大埋深约808m，属特长深埋隧道，出口端山坡坡度陡，自然坡度一般35°～40°;该隧道大地构造部位于赣闽隆起区和粤桂湘赣褶皱带的接界处，地质构造复杂。雷公顶复式背斜为隧道区主体褶皱，也是区内最大褶皱，总体构造行迹展布方向为北北东向。

1.2 出口稳定性评价

出口位于男东向斜坡上，上覆残坡积粉质粘土层厚3.60 ～7.90m，强风化层厚8.80～17.10m，斜坡自然坡度35°～40°，洞口斜坡临与路线走向近似垂直相交。岩层产状321°∠58°。洞口岩石裂隙发育，岩体较破碎，完整性差，围岩分级为V级，成洞条件差，围岩易坍塌，处理不当可能出现大体积坍塌及冒顶，边坡为逆向坡;仰坡为逆层坡，坡度较陡。

1.3 隧址区水文地质条件

由于隧道洞身较长，穿越地层时代较多，各岩性差异风化较明显，且由于隧址区褶皱较发育，不同类型的结构面发育，具较强的透水性，地表水顺各结构面渗入地下，成为丰富的地下水水源，使得隧道区地下水较为发育，丰富的地下水将影响隧道的施工，施工时要注意排水、预防涌水。

2 设计情况

洞门形式为削竹式，明洞开挖临时仰坡后采用锚、网、喷防护，支护参数：C20喷射混凝土10cm，φ8钢筋网间距20×20cm，Φ22砂浆锚杆，长3.50m，间距120×120cm。后期洞顶外露仰坡采用三维网植草进行绿化。

3 右线出口仰坡开裂情况及原因分析

3.1 仰坡开裂情况

青云山隧道右线出口2015年9月1日开始边仰坡开挖，9月3日长管棚开始施工，9月7日采取三台阶开挖方法进洞;掌子面累计进尺91m时发现仰坡有横向裂缝3条，呈平行状，裂缝宽度10mm、12mm、13mm，洞顶位移沉降观测点沉降15mm并向大里程侧位移10mm;测量人员每2小时观测1次，12小时后累计沉降20mm，向大里程侧累计位移23mm;测量裂缝宽度为22mm、23mm、26mm。

3.2 原因分析

仰坡开裂的原因为：洞顶临时排水沟施作不及时致使地表水下渗造成地表土失稳;开挖后未及时支护;地表水下渗至岩面致使岩面同地表土之间形成滑动面;仰坡存在偏压。下面逐个分析造成本次开裂的原因。

（1）为加快工程进度，边仰坡开挖完成后长管棚跟洞顶临时排水沟同时施工，施工期为旱季，天沟施作完成时仰坡未开裂。但天沟入水侧局部高于原地面，致使雨水不能顺利流入天沟而沿沟壁外侧渗入地下。天沟施作及时性对仰坡无影响，而天沟缺陷问题对仰坡稳定性有影响，但影响较小。

（2）出口段设计V级围岩120m，拱架间距50cm，正常情况下每循环进尺50cm，掌子面超挖严重时进尺1m。至仰坡开裂时掌子面进尺1m共20次，进尺1m时需安装2榀拱架，开挖后暴露时间增加，存在未及时支护情况。对仰坡开裂有一定影响。

（3）青云山隧道右线出口仰坡最高处埋深26m，表层为粉质粘土，角砾，松散结构;下部结构为强～中风化砂岩夹泥质页岩（图1）。上下结构分层明显，岩层顶端至洞口段倾角较大，可达65°。当有地表水下渗至岩层面后形成滑动面，上部松散粉质粘土经地表水下渗后失去原有稳定性，沿滑动面滑动造成仰坡开裂。仰坡开裂时间段广东地区雨水多，常为小雨，地表水下渗较多。

（4）青云山隧道右线出口仰坡偏压较严重（图2），在隧道开挖和偏压的双重作用下，由于隧道围岩的应力释放，致使洞口山体产生形变，形变累积后山体产生水平位移，进而出现仰坡开裂现象。偏压对洞口段的影响跟山体自身稳定性有关;由于洞口段覆盖层是以粉质粘土，角砾，松散结构为主的特殊地质，偏压对仰坡的影响更大。

（5）超前均注浆，注浆参数为：φ50热轧无缝钢管，壁厚5mm，长度4m，水灰比1：1，水玻璃浓度35波美度，注浆压力为0.7MPa，终压1.0MPa并持续10min以上，从隧道开挖情况可以看出，注浆饱满，围岩裂隙填充密实，排除该原因。

（6）安全步距超标后，围岩应力释放对初期支护影响较大，初期支护累计沉降收敛增加，致使边仰坡开裂。仰坡发现开裂时掌子面累计进尺91m，中台阶87m，下台阶82m，仰拱60m，二衬24m。已开挖段均为V级围岩，规范要求V级围岩仰拱距掌子面不大于35m，二次衬砌距掌子面不大于70m。仰坡开裂时仰拱距掌子面31m，二次衬砌距掌子面67m，安全步距均符合规范要求，排除该原因。

4 处理方案

（1）立即封闭掌子面施工暂停施工，避免开挖、爆破进一步影响仰坡，造成仰坡滑塌等事故。

（2）对洞顶临时排水沟局部缺陷进行修复，天沟入水侧进行回填并用砂浆抹面，抹面预设2%坡度并顺接原地面，使地表水能顺利流入天沟。

（3）对仰坡山体进行卸载。

1）先采取人工對坡面进行凿孔并隔断原有锚杆，避免挖机在减载过程造成滑塌。

2）卸载过程中要尽量减小新增荷载，先用小松PC60-7小型挖机进行减载，挖除的土堆放至隧道开挖面以外（图3），经二次转运至弃渣场。

3）卸载过程中每小时观测减载里程±20m拱顶沉降及边墙收敛数据，发现异常立即停止减载;减载里程为YK350+020-YK350+040处，YK350+016-YK350+040二次衬砌已施工，围岩应力释放已趋于稳定，整个减载过程未发现异常。本次卸载5631m3，共重10135.8吨，减载后仰坡分三级：一级坡度为1：5，二级为1：1，三级为1：0.75。

（4）对坡面重新防护。

1）采用φ50热轧无缝钢管，壁厚5mm，长度4m代替锚杆，垂直坡面，间距100cm×100cm梅花形布置，并进行注浆使边坡整体固结达到边坡稳定的目的。注浆参数：水灰比 1：1，水玻璃浓度35波美度，注浆压力为0.7MPa，终压      1.0MPa并持续10min以上。

2）钢筋网采用φ8钢筋，间距20×20cm，注浆锚管处采用焊接连接牢固，施作C25喷射混凝土10cm厚。最后测量人员重新埋设沉降观测点。

（5）卸载及防护完成后掌子面开始复工，严格控制超挖，保证每循环1榀拱价进尺，开挖完成后及时支护。隧道施工过程中，测量人员未发现有异常沉降位移发生，仰坡无裂缝。青云山隧道右线出口恢复正常施工生产。

5 结语

经过实践证明，该处理方案切实可行。可为类似偏压类隧道洞口仰坡处理提供一定的参考。

在隧道工程施工做遇到仰坡开裂不可怕，关键是处理措施要恰当。在偏压隧道施工中应遵循“短开挖、强支护、及时密贴、实回填、严治水、勤量测”的施工原则，并对洞内及仰坡进行定期准确测量，通过对测量数据分析与判断，确保隧道在施工过程中及建成后围岩支护的状态区域稳定。