浅析堆积体浅埋偏压隧道处治

皮顺富 PI Shun-fu

（中铁二十五局集团第四工程有限公司，柳州 545007）

0 引言

云南地区地形复杂，盆岭相间，受地质构造控制，地形起伏较大。部分隧道为满足总体线型要求，进出口处于堆积体浅埋偏压地段，隧道进出洞面临着较大安全风险，措施不当易发生偏压、整体滑移，导致隧道初支变形、二衬开裂，甚至出现“关门”现象，存在较大安全隐患。因此，在堆积体浅埋偏压隧道进出洞方案选择上尤为重要，切不可一时求快，留下隐患。

1 工程简介

昆明（岷山）至楚雄（广通）高速公路扩建工程大芥地隧道为一座双向六车道分离式隧道。左幅起止点桩号为ZK28+960～ZK30+075，全长1115m，采用端墙式洞门结构。出口段位于R=1100m的圆曲线上，路段纵坡为-2.5%，受地形条件限制，该隧道仅满足出口端进洞条件。出口段场区上覆残坡积层碎石土；下伏基岩为震旦系下统澄江组砂岩夹泥岩，中元古界美党组板岩。出口段右侧埋深1.5m，左侧埋深25m，属堆积体浅埋偏压地段。经现场调查，左幅隧道出口右侧地面线变化，形成切角，易造成偏压；隧道左侧30m处地表出现明显断层，地表土质松散，初步判断为古滑坡体。隧道出口正处于古滑坡体范围内，地质条件复杂。2020年4月，地表观测数据异常，地表沉降、位移值均发生较大变化。经巡查，发现左幅隧道出口洞顶外出现地表裂缝，裂缝最大宽度30cm，深度约10m。经实测，裂缝与线路交角约30°，处于隧道施工驻地后上方。裂缝起点对应主线里程为ZK30+000，距隧道边线33m；裂缝终点端对应主线里程为ZK30+063，距隧道边线56m。裂缝起点距离仰坡地亩线2m，裂缝终点距离地亩线边25m。引起隧道初支变形加速，接近临界值；已浇筑的第一模二衬（养护期未达到）出现放射性网状裂纹，存在较大安全风险，急需处治。地表裂缝与隧道相对位置如图1、图2。

图1 平面图

图2 断面图

2 采取措施

结合设计资料及现场实际情况，出现地表裂缝原因主要有三方面：一是隧道断面较大，洞身开挖过程中切除堆积体下脚，扰动堆积体；二是地势陡峭，隧道偏压严重；三是隧道左侧边坡防护措施不足。结合设计、监测资料，采取处治措施如下：一是隧道左侧边坡增设预应力锚索框格梁植生袋防护，锚索为4束，长度20m，锚固长度10m，锚固力520kN，锚索布置于已实施框格梁中心部位，后实施框格梁需破除已实施框格梁连接部位，确保新旧框格梁连接成整体，预应力锚索框格梁严格按照路基通用图实施；二是隧道停止掌子面施工，洞内部左侧采反压回填，在边坡防护完成并确认地表不再变化后方可进尺；三是出现裂纹二衬需经三个月持续观测后，确定裂缝是否发育再采取修复措施，如裂缝不再发育，可采取常规JGN型改性环氧封闭胶进行表面封闭处理；四是隧道右侧增设偏压墙，墙高6m，按路基重力式路堑墙结构实施；五是尽快完成边坡预应力锚索框格梁施工，持续对地表、洞内进行监测，如有变形加快情况时，及时上报有关单位；六是隧道施工严格按照设计及规范施工，确保工序衔接合理。（图3、图4）

图3 边坡防护图

图4 处治设计图

3 具体处治方案

3.1 验算滑动面，制定防护措施

发现上述情况后，立即组织地勘人员对滑动土体开展补充地勘工作。开展滑动面验算工作。采用规范：通用方法，计算目标：剩余下滑力，计算地震烈度：8度，水平地震系数：0.2，地震作用综合系数：0.25，地震作用重要性系数：1.0，地震力作用位置：质心处，水平加速度分布类型：矩形。本块始点X=69.519，末点X=72.149，上块传递推力=442.638（kN），推力角度=33.491（度），本块滑面粘聚力=15（kPa），滑面摩擦角=12.000（度），本块总重（包括水）=369.391（kN），本块总附加力Px=-0（kN），Py=0（kN），本块筋带在滑面切向力Pt=0（kN），本块渗透水压力=0（kN），本块水浮力=0（kN），本块水平地震力=18.47（kN），本块竖向地震力=0（kN），有效的滑动面长度=3.153（m），下滑力=720.513（kN）。

经验算，下滑力为720kN，故而坡面防护设置锚索框格梁防护，设计锚固力750kN，锚索为6束，锚固深度10m，可以有效抵消滑动面下滑力作用。（图5、图6）

图5 地质断面图

图6 验算模型

3.2 持续开展地表，洞内监控量测

一是采取加密地表观测点、加密观测频次，详细记录地表沉降、位移值；二是加密洞内监控量测及开裂二衬裂纹观测频次，仔细记录相关数据。

3.3 预应力锚索框格梁施工（图7、图8）

图7 锚索框格梁施工流程图一

图8 锚索框格梁施工流程图二

①放样、搭设脚手架：根据边坡长度准确放出框格位置和锚索钻孔的位置，孔位误差不得超过土50mm；脚手架采用φ48钢管搭设，每根立杆底部应设置底座或垫板，脚手架搭设纵、横向。扫地水平杆距地面20～30cm，脚手架设置足够和牢固的拉结点，并设置斜撑以增加支架的整体稳定性，不得随意加大脚手杆距离或不设拉结。脚手架外挂防护立网随施工升高而升高，脚手板铺平，在脚手架搭设过程中要及时设置连接杆、剪刀撑，钢管脚手架搭设完成后须拉设四周缆风绳锚固，避免脚手架的变形、倾倒。

②钻机就位、钻孔：根据坡面测放孔位，准确固定安装钻机，并严格进行机位角度调整，确保锚索孔开钻就位，钻孔要求干钻，禁止采用水钻，以确保锚索施工不至于恶化边坡岩体的工程地质条确保孔壁的粘接性能。

③高压风清孔：钻至设计孔深时，不能立即停钻，要求稳钻1-2分钟；然后采取高压风进行清孔，验收合格方能进行下一步施工。

④锚索制作、验收及安装：锚索钢筋应集中在钢筋预制场进行集中加工，然后运输至施工现场进行存放。锚索安装前要确保每根钢筋顺直、除锈、除油污，涂抹防锈剂，认真核对锚孔编号，确认无误后再次用高压风清孔，人工缓慢将锚索体放入孔内。

⑤制作泥及注浆：锚索孔内灌注M30水泥砂浆，水灰比0.4～0.45，灰砂比1:1，砂浆体强度不低于30MPa。采用从孔底到孔口返浆式注浆，注浆压力不低于0.3MPa，并应与锚索拉拔试验结果一致；灌浆管插入距孔底300mm～500mm处，浆液自下而上连续灌注，随着浆液的灌进，慢慢拔出灌浆管。

⑥锚索注浆养护：锚索孔灌浆后，至少养护7天，待锚索孔内砂浆强度达到设计强度的80%后，进行下一步施工。

⑦框格梁挖基：测量放出框格的位置，然后人工进行开挖，开挖基坑内土要夯实。人工铺设钢筋笼，并进行绑扎牢固，变形缝处的拱形钢筋应断开。钢筋安装完后验收合格后方可进行模板安装，模板在安装之前应涂抹脱模剂。

⑧钢筋及模板安装：模板安装完成后再次检查框格尺寸、钢筋布置位置、数量与布设间距、钢筋是否绑扎牢固等，并向监理工程师申请浇筑框格混凝土。

⑨混凝土浇筑：框格与锚斜托台座应一起浇筑，锚具也应一起进行安装浇筑固定，浇筑混凝土过程必须连续作业，边浇筑边振捣密实。

⑩混凝土养护：每施工完成一段，待混凝土初凝后，进行覆盖定时洒水养护。覆盖养生7天，待框格混凝土强度达到80%以上时方可进行锚索的张拉施工。

⑪锚索张拉及封锚：锚索张拉必须采用专用设备进行，并在张拉作业之前进行设备的标定。张拉采用“双控法”进行质量控制，即以控制油表读数为准，用伸长值进行校核。锚索锁定后，做好标记，观察三天，没有异常情况即留长10cm后用手提砂轮机切割多余钢绞线（严禁使用电弧烧割）。最后用水泥砂浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，用C25砼作封锚处理。

3.4 洞内左侧土体反压回填

采取自卸汽车就近运输土体，反压回填隧道洞内左侧，回填高度为拱顶下3m。

3.5 设置偏压墙

于出口段偏压段设置偏压墙，偏压墙采用6.0高重力式路堑墙结构，按照路基通用图实施。

3.6 停止隧道掌子面进尺

停止隧道掌子面进尺，待锚索框格梁施工完成后严格按照设计及规范施工，持续对开裂二衬观测三个月，判定是否为结构性裂缝。

4 应急措施

发现地表裂缝情况后，立即采取以下应急措施：一是撤离全部驻地人员，封闭驻地，禁止一切人员进入；二是隧道左洞停止进尺、封停掌子面；三是对裂缝位置、宽度、深度进行测量；四是裂缝采用水泥浆封堵，裂缝表面采用彩条布覆盖，防止雨水直接流入；五是加密沉降观测点，每日监测山体变化；六是向上级单位汇报情况并做好应急措施准备。

5 处治效果

通过地表、洞内监测数据显示，在预应力锚索张拉前后监测数据明显变化；张拉前地表持续缓慢沉降、位移，张拉后持续观测一个月未发现明显沉降、位移，地表裂缝不再继续发育；洞内初期支护监控量测数据正常；二衬裂纹未继续变化，采取JGN型改性环氧封闭胶进行表面封闭处理。处治措施达到得当，既保证安全又未对整体工期造成影响，达到预期效果，较好的解决了类似工程问题。

6 结束语

隧道进出口若出现浅层堆积体，可采取预应力锚索框格梁防护，可有效解决中浅层堆积体滑移问题。隧道偏压地段，及时施工偏压墙，起到较好的支挡作用。本次隧道处治表明，处于堆积体浅埋偏压不良地质时应充分结合现场地质资料，确定工程措施；一方面确保技术可行，另一方面避免措施过强增加投资。通过本次隧道处治，为类似工程提供一定的借鉴。