049.隧道施工洞口滑坍的预防及治理_隧道洞口施工难点
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隧道施工洞口滑坍的预防及治理
（隧道工）
论
文
姓 名： 何 超
单 位：中铁隧道集团二处有限公司
隧道工技师结业论文
隧道施工洞口滑坍的预防及治理
何 超
中铁隧道集团二处有限公司
摘要：以晋焦高速公路小南寨隧道施工坍方前的预防及坍方后的治理为例，介绍了隧道施工滑坍的预防及治理方法，着重阐述了洞外使用刷方减裁、锚杆锚固等抑制措施，洞内使用钢拱架、锚杆、挂网喷混凝土和注浆等加强措施，成功地治理了隧道的滑坍。关键词： 隧道施工； 洞口滑坍； 预防； 治理
引言
在山岭地区修建高速公路，为了保持线形顺畅、避免展线，纵坡均衡，常采用隧道方式穿越山岭。当隧道围岩属II类～III类，石质较差时，洞口易产生滑坍现象，如不事先采用预防措施，或出现早期症状而治理不力，都将造成巨大损失，后果不堪设想。笔者结合晋焦高速公路小南寨隧道施工实例，谈几点具体做法，不妥之处，恳请指正。1 小南寨隧道工程简况
小南寨隧道位于晋焦高速公路第七合同标段，起点桩号为左线LK18+995～LK19+400,右线RK18+970～RK19+380。该隧道地处太行山脉，山势陡峻，起伏较大，自然坡度20°～40°，最大埋深80m,为越岭隧道。隧道为分离式双洞单向行使，左右线间距为40m，隧道断面建筑限界设计净高6.8m，内轮廓半径为5.27m，单心圆。路面净宽8.5m，围岩类别为II、III类，主要工程地质情况为坡积碎石土、灰岩、页岩、夹泥灰岩，解砾状灰岩以及泥质白云混岩，围岩节理发育，山岭局部有薄层堆积物覆盖外，大部分岩层裸露，植被稀疏，地质水文条件复杂，裂隙严重。2 隧道施工滑坍预防措施
鉴于小南寨隧道工程地质、水文条件的复杂性，故专题研讨施工方案，通过加强管理，做好相关地质预报，选择安全、合理的施工方法，积极预防隧道滑坡、坍方，并定制了以下具体防范对策： 2.1严管理
建立健全质量、进度、安全保证体系，从根本上认识工程质量的重要性，避免隧道坍方，加大投入力度。
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2.2先排水
在隧道施工前采取相应的防排水措施，将山岭地表水截排于坑道之外。2.3短开挖、强支护
隧道掘进过程中各工序间步距尽量缩短，减少围岩暴露时间，及时对围岩进行支护，做到尽快使初期支护封闭成环，并保证支护结构有足够强度、刚度和稳定性。2.4弱爆破
采用浅眼密眼微差毫秒爆破，严格控制爆破用药量，尽量减少爆破对围岩的扰动。2.5快衬砌
围岩衬砌工作紧跟开挖工作面进行，力求使衬砌尽快成环，并且要确保衬砌质量。
2.6勤检查、勤观察
对围岩及山体时刻进行检查，定点观察，发现有变形或异状，立即采取有效措施及时处理，消除隐患。小南寨隧道滑坍的形成及原因分析
小南寨隧道进口段采用先拱后墙法施工，初期支护按II类围岩设计，锚、网、喷相继施工完毕。左洞于6月中旬在山岭地表距洞口约5m处发现一条横向小裂纹，裂纹宽约1cm，经多日观察，没有明显发展趋势，于是将地表裂缝夯填，洞内衬砌用套拱加强等措施处理，然后继续掘进。
但在7、8月份多场暴雨后，8月28日裂纹突然拉大，进口处有轻微掉拱及局部支护混凝土被破坏，山体表面也有明显水平位移、滑坍。右洞情况更为严重，进口处岩体出现下滑趋势，在洞口段30m范围内拱顶衬砌均有不同程度的裂隙，洞口处发生了较大的冒顶塌方，洞内初期支护下沉。掉拱、钢拱架变形，混凝土遭到严重破坏。分析其原因是：
3.1滑坍段处在山岭破碎软弱相间岩层，岩层节理发育，裂隙发达，加之地表植被稀疏，地表水极易渗入，致使地表层含水量加大，岩层稳定程度差，所以岩体一经开挖，潜在应力释放，围岩失稳而坍落，加之地表水的浸泡、冲蚀、溶解等
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作用也加剧了岩体的失稳而坍落，这是造成山体下滑坍方的主要原因。3.2施工工序间距安排不够科学合理，各工序间距拉的较长，地层暴露时间过久，引起岩层风化松动，少部支撑与围岩也不够密贴，加之未及时修筑二次衬砌，仅靠简单的初期支护不足以抵抗巨大的围岩压力，这是山体变形和下滑的主观因素。隧道滑坍整治方案及实施
隧道滑坍后，复杂的地应力获得释放并重新分布，达到新的短暂的相对稳定状态，因此，滑坍处整治应在山体暂时相对稳定状态下迅速进行。4.1 左洞处理方案的实施
4.1.1由上至下清除滑坡山体，因左、右洞口之间的山体已完全松散，发生过滑坍现象，并将设置在左洞附近的通风机埋住，该处山体随时可能继续滑坍，所以将该部分山体全部清除，刷坡并及时对边坡、仰坡进行加固和防护。边坡加固防护采用早强砂浆锚杆，其规格为4m长的φ22mm螺纹钢筋，锚杆按1m×1m的间距、梅花形布设，仰坡用土石夯填后再用浆砌片石防护，以消除隐患，并确保左洞施工安全。
4.1.2清除进洞口顶部危石，以减轻洞口处初支所受的压力，减少山体滑移的可能性，并使拱部岩石坡度减小。
4.1.3浇筑明洞。洞口处首先浇筑10m长明洞，施工工序如下：浆砌基础——浇筑仰拱——仰拱回填——浇上拱部。为加强明洞的承载能力，加设1.0m×1.5m的浆砌片石基础。明洞上拱部浇筑，在拱顶5m范围内对称设置环向φ50mm的钢管，间距25cm，全断面为21根，外部预埋￠22mm螺纹钢筋，间距1m，梅花形布置，以备明洞与上部山体之间浇筑钢筋混凝土，防止进洞口处发生山体水平滑移。
4.1.4左洞上部岩体经清理松散后基本稳定，对初期支护破坏地段进行加固，拆除旧拱，拆除由里向外进行。拆除长度不得大于3m，加固采用长4m的φ22mm的早强砂浆锚杆，并挂满网格尺寸为20cm×20cm的φ8mm钢筋网片进行喷锚，借以加固山体，增强其整体性，避免雨水浸入岩体，危及岩体及隧道稳定。4.1.5浇筑洞口二次衬砌混凝土。洞口段衬砌为II类浅埋，二次衬砌原设计为素混凝土，但考虑到洞口段有山体滑移及初支轻微掉拱现象，故采取加设φ50mm
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钢管，加设长度为10m、间距为25m的钢管，并将其与明洞加设的对称钢管焊连在一起，环向加设一层φ22mm螺纹钢筋，环向间距为10cm，长度为4m。4.2右洞处理方案的实施 4.2.1深路堑方案（明挖处理）
根据工地现场地质及实际破坏情况，在山体破坏严重，日后仍有滑坡隐患的地段采用深路堑方案。
（1）将山体产生裂缝、初期支护发生下沉范围内的坍塌土体全部清除，刷坡并及时进行浆砌片石防护。刷坡包括3个方面：右洞口左、右侧山体刷坡及重新进洞的洞口刷坡。边坡采用1：0.35坡率，需加固的边坡地段采用4m长的φ22mm的早强砂浆锚杆，按梅花形布置，并及时喷射混凝土处理。开挖刷坡一直至岩体稳定，一次完成，不留隐患。
（2）因为洞口左右两侧山体地质相差甚远，右侧开挖刷坡长达25m，基本与地面齐平，而左侧开挖短，造成左侧压力大于右侧压力，这样洞口必然受到偏压。为解决洞口偏压问题，故在左侧拱部边墙加设重力式拱脚加固边墙，以抵抗外界来的不平衡力。
4.2.2双液注浆、钢拱架联合支撑方案（暗挖处理）
当山体有裂缝但不足以产生滑坡、冒顶、坍方等危及隧道安全时，采用双液注浆、钢拱架联合支撑的处理方案。施工过程中首先用原木、钢拱联合支撑，防止施工过程中掉拱、坍方危及施工人员及机具设备。处理前先用风枪打密眼切断遭到破坏的拱，然后注浆，注浆管采用长4m的φ50mm注浆管，注浆管间距1m，梅花形布设，并加设φ22mm螺纹超前锚杆支护。注浆采用水泥水玻璃（玻镁度为35Be）双液浆，用高压注浆填充岩体空隙。接着用人工或弱爆破拆除旧拱，拆除连接筋及钢筋网片，清理混凝土及侵入开挖断面岩体。拱部拆除后立即架设I16钢拱架，铺设φ8mm钢筋网片，加设连接筋，重新按设计II类浅埋的衬砌方案施工。
双液注浆初期支护参数如下：
（1）I16工字钢拱架按II类浅埋设计，纵向间距80cm；
（2）超前锚杆为φ22mm螺纹钢筋，环向垂直断面，间距1m，长4m,梅花形布置；
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（3）注浆管φ50mm，长4m，环向间距1m，梅花形布置，倾斜角大于30°；（4）双液浆水灰比为1：1，水泥与水玻璃之比为1：0.4～1：0.6，凝结时间为90s，注浆压力为1Mpa～2Mpa。注浆结束标准是：达到规定压力后持压2min，邻管开始窜浆；当管路长时间不进浆达到上述要求时，即可停止注浆；（5）每开挖2m衬砌一次，考虑到拱顶受力较大，在拱脚处增设钢筋混凝土托梁。注浆后隧道开挖
由于隧道在塌方前的支护为钢拱架配合喷射混凝土的初期支护，坍后初期支护在纵向受坍体水平力的作用，呈受拉破坏，造成拱顶下沉，初期支护的混凝土部分破碎，注浆加固只能从洞口开始短进尺跳槽开挖支护，开挖进尺为0.8m，跳槽为2.0m，为确保安全，开挖后立即用钢格栅喷射厚25cm混凝土进行支护。开挖时，先用人工锤将初期支护破碎，将外露注浆管割掉，然后在边墙墙角掏土，使其悬空后将绳子拴在初期支护外露钢拱架（为I16工字钢弯成）上，辅助撬棍，可以将拱架取出，对钢筋网用切割机切断取出，取出拱架后开挖设计断面内的土体，然后架立钢格栅，喷射25cm厚速凝混凝土进行初期支护。在开挖围岩时，为减小对围岩的扰动和不破坏注浆加固体，采用密布炮眼，少装药量，并且分段爆破的方法，以减少地震波的叠加，取得较好的效果。6 结语
小南寨隧道施工是在有充分准备的情况下发生了滑坍，因事先已作预防，从而有效地抑制了隧道滑坍的发展趋势，又因选用了切合实际的方案和措施，及时进行了综合治理。再经过较长时期观察，判定该结构物和山体已经稳定，这表明治理措施是成功的。综合治理即洞外使用清坍减裁，锚杆锚固等抑制措施洞内使用钢拱架支撑，锚杆加挂网喷射混凝土，再注浆等加强措施。
参考文献：
[1] 关宝树.隧道工程施工要点集.北京：人民交通出版社，2003.[2] 吕康成.隧道工程试验检测技术.北京：人民交通出版社，2001.
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