公路隧道洞口滑塌原因分析及处治措施

公路隧道洞口滑塌原因分析及处治措施

摘要：针对广西壮族自治区靖西至那坡高速公路坡荷隧道进口滑塌病害的发生，分析了隧道洞口山体开裂和滑塌病害发生的主要原因，提出了洞口开裂及滑塌病害的处治方案，并对处治效果进行评价，总结了处治过程中的经验与教训；研究表明，采取紧急加固、卸载及反压加固等综合处治措施对于隧道洞口开裂及滑塌有良好效果，经处治后有效避免了滑塌段情况进一步恶化，地表沉降观测数据开始稳定，没有沉陷、滑动现象发生，二衬拱部开裂部缝宽度未变宽，处治效果明显。研究结果可为隧道洞口滑塌处治提供一定参考。

关键词：坡荷隧道；滑塌；原因分析；处理方法

0 引言

由于山岭公路隧道洞口地质条件复杂多变，洞口山体塌方事故在隧道建设中经常发生。这不仅严重影响工程的工期、质量和造价，而且常给人们的生命财产带来重大损失。隧道洞口滑塌处治不当不仅影响工后维修养护，而且给隧道运营埋下安全隐患。广西壮族自治区靖西至那坡高速公路上一座分离式隧道在进口区域因雨水侵入洞口上方坡积体等原因，先后于2011年3月、7月出现开裂、滑塌。研究通过对滑塌的发生原因及处理方法进行剖析，总结经验教训，为类似情况的工程提供参考。

1 工程概况

1.1 工程情况

广西靖西至那坡高速公路坡荷隧道位于那坡县坡荷乡境内东南侧西南侧约200m，是该项目的重点控制工程。本隧道为长隧道，进口为分离式，出口为小净距，双向四车道，设计行车速度为100km/h，建筑限界宽10.75m，高5.0m。左线起讫里程ZK63+235～ZK65+475，长2240m，右线起讫里程K63+216～K65+490，长2247m。隧道平面线形为S型曲线，曲线半径分别为：进口端4114.835（Z）、出口端1800（Y），纵向为2.35%与2.95%的下坡。隧道进口采用端墙式洞门，出口采用削竹式洞门，支护采用复合型衬砌形式，中心排水沟排水，预留射流风机通风。隧道最大埋深约228米。

进口洞口段为Ⅴ级围岩，长约60m，施工采用环形开挖留核心土法进行开挖。洞口布置Ø长管棚，环向间距40cm。径向布置Ø25中空注浆锚杆，环向间距100cm，纵向间距75cm；衬砌钢拱架采用I20a工字钢，并与系统锚杆焊接，相邻钢拱架外缘用纵向连接钢筋焊接。开挖预留变形量为20cm。隧道口地表按设计要求施作了仰坡，并进行了喷锚防护。

1.2 地质概况

隧道区地处那坡县坡荷乡东南，地貌属构造、剥蚀低山及岩溶峰林地貌，其中进口至ZK+350和ZK+910～ZK65+210两段属岩溶峰林地貌。第四系全新统冲、洪积层（Q4al+pl）和第四系全新统崩积层（Q4col）。隧道区地面标高1077.00～1346.00m，地形起伏较大，最高点位于桩号ZK+240附近，以其为界向北西和南东两侧渐次降低。隧道总体呈北西-南东向走向，设计进出口均位于斜坡坡脚处，洞身由进口向出口逐渐降低，进口（最高点）标高为1130.10m，出口（最低点）标高为1078.00m，山体自然坡度20～40°，局部可达50°以上。

1.3 地层岩性

第四系全新统冲、洪积层（Q4al+pl）：岩性为杂色粉质粘土，结构松散，主要为灰岩块碎石夹建筑弃渣，块径6～8cm，最大达12cm，含量约10%。该地层除集中分布于隧道进出口斜坡带外，其余零星分布于隧道两侧斜坡沟谷间，钻孔揭示厚度1.5～20. 0m，其中在进出口两端厚度大，特别是出口据钻孔SDZ23揭露厚度达20.0m。

第四系全新统崩积层（Q4col）：岩性为杂色碎石土，局部黄褐色，稍湿、稍密状，块碎石成分为灰岩、页岩，块石直径达200cm以上，主要分布于进口端，碎石粒径一般5～10cm，最大24cm，次棱角状，含量约占50～60％，有少量粘土充填。该地层主要分布于隧道进口端ZK63+200～ZK63+465之间，厚3.0～17.20m左右。

隧道进口端，靠近冲沟部位为块碎石土覆盖、下伏基岩为石灰岩，中-厚层状构造，中风化或微风化，岩体较破碎，总体完整性差，局部地段存在少量渗水或滴水现象。

2 开裂滑塌原因分析

2.1 偏压影响

从周围地形上看，该段右侧山体高，为松散的块碎石坡积土体。左侧是一条大深沟，原为当地村民耕作的水田，为施工方便填方至隧道底部标高，填高约4m。左侧主要为疏松的土层，而右侧为坡积土体，左右侧高差较大，达20m，施工后使左右山体压力不平衡，从而形成偏压。因此，存在偏压地层是滑塌的重要内在因素。

2.2 降雨影响

洞顶土体为坡积层土，多空隙，处于临界稳定状态。连日降雨导致了雨水下渗，造成整个坡荷隧道进口端的坡积层土体完全松散，使土压力增加，土体稳定性降低，直接导致坡荷隧道进口端的坡积层滑塌，坡脚失稳，隧道进口直接下沉，且局部变形较大。因此，降雨是造成滑塌的重要外界因素。

2.3 其他因素 1、设计在明洞段采用偏压明洞衬砌结构设计，洞身采用Ⅴ级围岩支护方式。施工时将坡积土体坡脚破坏，开挖过后形成了较大临空面。

2、首次开裂发生时，仅完成了初期支护施工，还未施作二次衬砌。

3、天气情况异常，3、4月份仍为广西地区旱季，但与往年同期相比，降雨时长及雨量都大为增加；6月份降雨达24天，造成处治方案无法及时施作，开裂加剧，最终导致洞口滑塌。

3 洞口开裂综合治理

通过对开裂原因分析，综合现场实际情况，制定了以下治理措施。

3.1 开裂的简要经过

2011年3月13日、14日连续小雨，15日、16日及17日连续三日大雨。连续的五天小到大雨过后，2011年3月19日，监控数据显示左右洞沉降突增，项目部随即对坡荷隧道进行全面的施工检查，发现坡荷隧道左、右线进口边仰坡出现开裂现象，右线套拱右侧出现新的裂缝，山体出现连续的裂缝，裂缝宽度5-32cm，裂缝深度10-120cm，长约100m，整个进口端的坡积层出现滑移（如图1、2所示）。

图1 开裂范围示意图

图2 开裂范围平面示意图

3.2 紧急封闭加固措施

对山顶开裂的裂缝采用水泥砂浆进行封堵，避免雨水再继续侵蚀，导致情况进一步恶化；在拱脚处用工字钢连接，使其封闭成环，改善拱部受力状况，增大承载能力；因支护坡脚已出现不均匀沉降，洞内临时支撑采用钢拱架进一步加强；由于不均匀沉降发生，二衬拱腰处发生了开裂现象，故增加一道钢拱架斜撑，避

免裂缝加宽。同时待天晴后卸载部分土方进行减压。

图3 加固处理措施

3.3 卸载及反压加固方案

先行清除左右洞中间发生位移的孤石，在右洞右侧局部采用1:1.25坡率进行刷坡卸载，并及时对刷坡处采用喷浆、打锚杆等方式进行防护。在卸载过程中采用砂袋保护现有拱部。

在隧道左洞左侧设置重力式反压挡墙（挡墙布置见图4）。挡墙基坑采取马口开挖，采用跳槽式施工。挡墙墙背设置反滤层并预留2～3排泄水孔，梅花形布置。鉴于左洞左侧覆盖土较厚，基岩埋深较深，故采用Ø的钢管对基础进行加固。基础加固钢管入岩50cm，并在管内进行注浆，具体布置方式见《挡墙基础加固图》。

图4 左洞左侧挡墙示意图

图5 挡墙基础加固图

卸载完成后，及时进行支护，并在陡崖部分设置主动防护网。加固完成后，对两洞中间松散土体进行钢花管注浆，增强其整体性。

4 洞口滑塌综合治理

4.1 滑塌的简要经过

2011年6月3日，右洞因开挖明洞仰拱，山体再次出现明显裂缝，采用砂浆封闭地表裂缝并用彩条布覆盖，防治雨水下渗。自6月6日起，雨水频繁，雨量增大，雨水下渗后土体完全松散，处于饱和状态，土体稳定性极差，造成山体发生多处开裂、下沉，隧道初期支护变形量增大，发生侵限。自6月23日起连续暴雨，为避免沉降量加剧，坡荷隧道进口全面停止施工，但拱顶最大日沉降量

依旧达到15mm。6月26日经现场巡查，近期山体经过雨水长期冲刷，开裂情况加剧，裂缝最宽达25厘米、深度超过50厘米，土体稳定性极差，造成隧道初期支护变形量增大，发生侵限。6月26日20点至6月27日凌晨5点一直下暴雨，进口右线山体在6月27日凌晨5：20突然发生整体坍塌，已施工的暗洞及台车全被压毁（见图6）。同时，左侧山体也出现较大的开裂，裂缝宽度最大达20cm。

图6 坡荷隧道进口右洞滑塌现场

4.2 封闭卸载反压措施

对溶隙裂缝进行封闭地表等临时防水措施来防止地表水下渗。对已开裂、松动的堆积体进行挖除，挖除后平台距拱顶覆盖层厚度保留8m，挖除后最大坡高14m左右；右洞右侧边仰坡按1:1坡率刷坡，并按原设计进行支护；采用弱爆破方案将左线孤石挖除至平台高度，挖除后的母体基岩采用锚喷防护，孤石挖除后进行适当反压回填。

4.3 恢复施工后方案

在崩塌体上方山体岩石表面增设观测点，施工期间加强对山体的观测，当日沉降量大于2cm时，应及时撤出人员、机械，以确保施工安全。在对坍塌体及松动体挖除完成及坡面防护完成后，隧道恢复掘进施工，开挖时严格执行“短进尺，弱爆破，紧支护，勤量测”的原则，时刻关注围岩的变化情况，确保施工安全，具体方案如下。

1) 左线洞内初支拱架间距由原设计75cm调整至50cm，采用双层小导管超前支护，布置范围扩大至140°，双层小导管设置到完整基岩处结束。左线明洞加长12m。

2) 回填完成后并待左洞进入稳定基岩后，再进行右洞开挖。

3) 如右洞原施工的暗洞段未破坏，能满足净空要求，则在洞内按原Ⅴb支护参数施工，将原设计的单层超前小导管改为双层超前小导管或中管棚，布置范围扩大至140°，拱架间距由原设计75cm调整至50cm；若原施工的暗洞段已破坏，则拉槽将已破坏段初支挖除，重新施作套拱及管棚，并在管棚范围内施作单层超前小导管。

4) 右洞应先施作明洞并回填后再掘进暗洞。

4.4 滑塌段治理效果

2011年3月首次开裂发生后，经过对开裂处进行紧急处理后，有效避免了滑塌段情况进一步恶化，地表沉降观测数据开始稳定，没有沉陷、滑动现象发生，仰拱开裂部缝宽度未变宽。事实说明封堵裂缝、卸载顶部压力的治理思路是正确有效的。后因广西地区进入雨季，雨量增多，最终造成右洞滑塌。后续处理方案基本延续前期开裂处理思路，通过封堵裂缝、卸载反压，加强支护等措施综合治理，于2011年12月，顺利通过洞口段施工（见图7）。

图7 坡荷隧道进口施工完成

5 结语

隧道工程是在山区高速公路建设中的关键工程，洞口施工又往往成为整个隧道工程中的控制性工程。通过对坡荷隧道进口滑塌原因的分析和治理，可以得出以下经验和教训：

1) 隧道设计时应尽量做到隧道洞口的中线与地形等高线正交或接近正交，条件受时宜以大角度斜交进洞，当小角度进洞不可避免时，应提前做好对周围地形地质的调查分析，对不良地质提前进行有效处理，处理完成后，方可进洞施工。

2) 对于坡积土体，应避免大面积开挖，减少对岩土体的扰动，尽量做到“零开挖”。需要进行开挖时，应在开挖后尽快进行防护。洞内可增加临时仰拱，提高其承载力，并尽快使初期支护成环，尽早施作二衬。

3) 隧道工程洞口位置大多岩层破碎、松散，风化严重，地形和地质条件极不稳定，地表降雨容易侵入、软化破碎围岩，降低其自稳能力。故洞口段施工应在旱季进行，尽量在雨季到来之前穿过松散破碎带。

4) 施工时要加强洞内拱顶下沉、水平收敛、地表沉降等方面的观测，并将观测数据及时反馈，为准确分析事故原因及提出处理方案提供可靠依据。设计方应根据施工反馈的信息，及时跟进，对设计文件进行修改，力求准确安全。

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