隧道正交穿越顺层坡变形破坏处治方案研究

黄成岑

（广西乐百高速公路有限公司，广西 凌云 533100）

1 引言

随着高速公路向地形地质更复杂的山岭重丘区延伸，部分短隧道不可避免地服从线位需要，需穿越不良地质，其中洞口穿越顺层坡较为棘手。当隧道施工拱顶沉降量过大，造成洞身侵限或严重塌方、洞顶边坡变形破坏时，隧道、路基、地质变形的性质认识及处理方案是对项目建设管理者的一大考验。笔者在乐业至百色高速公路的建设管理中，成功主持了若干短隧道洞口顺层坡变形的现场施工，可为类似工程提供经验参考。

2 隧道穿越顺层坡的空间形式与病害特征

隧道穿越滑坡体时，在相对空间位置上，有以“正交”、“平交”或“斜交”穿越三种方式，如图1所示。

图1 隧道穿越滑坡的形式

当隧道走向与滑坡滑动方向垂直，即以“正交”的方式穿越滑坡体时，往往发生于类似偏压的工程病害中。①当隧道位于滑体中时，类似“坐船”推移形式，隧道整体侧移、边墙相互错动、多横裂但少见纵裂；②当滑面位于隧道边墙或拱腰时，出现纵向裂缝、鼓胀、倾斜，拱脚错位及拱腰拱顶压碎、掉块等；③当滑带位于隧道底部以下时，则隧道底部出现鼓胀、上拱迹象。

隧道以“正交”方式穿越滑坡，首先应考虑对隧道上部坡体进行刷方减重，有条件时利用刷方进行坡脚反压，再施做加固工程。这样工程规模较小、见效快，且可以减小隧道偏压。当隧道埋深较浅时，隧道的开挖扰动往往导致上覆于隧道的岩土体发生变形。这就要求技术人员认真研判隧道变形的原因，合理制定方案。当隧道穿越顺层坡时，由于顺层结构面的存在，常常引起误判。其实对这些隧道变形是可以通过加强隧道的初期支护强度、周边注浆，提高隧道围岩承载能力，达到抑制隧道及顶部坡体变形病害的目的。

3 那现隧道出口顺层坡体变形处治

3.1 病害情况

滑坡主要分布在山脊西南侧，面积约7038 m2，滑坡前缘高程约456m、后缘高程约551.5m，高差95.5 m。表层为红黄、黄色硬塑状粉质粘土，厚约2m～8 m，下伏三叠系中统板纳组薄-中厚层状强风化砂岩，强风化层厚度较大，节理裂隙很发育，呈散体状-碎裂状，岩质极软-软。岩层产状351°/SW∠41°，主滑面方向与路线夹角约40°，属顺层边坡。根据地形条件、钻探资料，判断滑塌体处于强风化岩层中，平均厚度约11m，估算体积为7.7m3×104 m3，如图2所示。

图2 那现隧道病害现场踏勘

那现隧道右洞开挖至接近出洞约10m 时，由于连续强降雨的影响，岩土体自重增加、各项物理力学指标降低，同时隧道洞内沉降未得到有效控制，造成隧道已施作的21m 长初支坍塌，隧道塌方后形成剪出口，继而引发折线型牵引式滑坡。

3.2 那现隧道处治方案

采用卸载+锚拉抗滑桩+锚索（杆）格梁进行处治。对滑塌体进行卸载清除，分别在隧道左、右洞的左侧处各设置一排长度22m～40m的锚拉圆形抗滑桩，单桩直径d=2.2m，桩间距3.7m～4m，桩顶以上沿着强风化岩面放坡，坡比在1:0.75～1∶1.15之间；坡高每10m 设置一道平台，平台宽2m。第1～4级边坡坡体采用锚索（杆）格梁进行防护；第4级以上边坡采用挂铁丝网喷播植草进行防护，如图3、图4所示。按中线横断面对该方案进行设计防护稳定性验算，在正常工况下稳定安全系数Fs=1.36，在非正常工况下稳定安全系数Fs=1.28，满足规范要求。

图3 那现隧道处治方案示意图

图4 那现隧道处治后效果图

4 那珠隧道进口边坡病害处治

4.1 病害情况

那珠隧道左线长约290m，进口段穿二级公路，隧道洞顶距二级路路面高差仅2m，洞口设计有40m 长管棚。塌方前左洞进口掘进39m，埋深约22m，险情发生后左侧拱腰部位初期支护有挤出现象，局部侵陷。山顶发现裂缝5 条，结合施工进展和地质情况分析，隧址区岩层产状为350°∠47°，岩层走向与隧道轴线方向交角约10°，倾向与隧道接近垂直，易于发生顺层滑动和崩塌。经分析为掌子面掘进隧道沉降变形未能及时控制，初支长时间处于沉降变形状态，当沉降达到一定极限时，发生掌子面塌方。塌方后进出口掌子面上方形成一空腔，相当于将边坡坡脚挖除，再加上未贯通段较短（10m），支撑效果有限，导致局部山体沿岩层结构面错动，最大下滑力作用于隧道左侧拱腰初支部位，致使隧道左侧拱腰初支向外挤出，同时由于岩体松动后拱部荷载较大，初支向下压弯张裂，拱顶初支崩落，呈现纵向破坏状态，如图5所示。

图5 左侧拱腰、拱顶初支破坏现场

4.2 隧道塌方处治方案

设计提出两个方案（图6）：①洞内微型桩加固方案。左侧上导洞开挖后，立即打设水平Φ108×6mm 钢管，钢管穿越岩层错动面并满足一定锚固深度。钢管内放置钢筋笼并填充砂浆，增大钢管刚度，钢管按1.5m（环向）×1m（纵向）梅花形布置；②是抗滑桩方案。在隧道左洞外侧5m 处，采用直径2.2m 圆形抗滑桩进行支护，桩间距4m，支护范围主要为左洞塌方及初支开裂路段，抗滑桩长度在15m～42m 间；两个方案隧道掘进均采用CRD 法开挖，开挖每循环进尺控制在50cm，对于初支破坏严重段落，上台阶泵送80cm 厚混凝土作为临时仰拱。

图6 隧道塌方处治方案

4.3 方案决策与实施效果

图6方案中方案一以洞内加固为主，方案二以洞外滑坡体加固为主。项目指挥部组织专家进行了研究，根据隧道破坏特征和边坡稳定现状，认为山体虽沿岩层面发生一定错动，但仍存在残余粘聚力，可通过洞内围岩注浆加固形式，增大围岩承载力。最后决定以隧道洞内加强支护通过为主、洞外处治边坡为辅的处治方案，同时研究优化取消水平钢管微型桩，隧道改为采取CRD 法掘进，并泵送混凝土作为临时仰拱，加强超前预报及监控量测，以控制其沉降和收敛变形，保持其侧上方顺层坡处于稳定状态，洞内加固措施根据掘进情况进行灵活调整，如图7、图8所示。最终经多方努力，项目按期建成通车，如图9所示。如果采取抗滑桩方案，则难以在剩余5个月内按期完成处治，同时费用还需增加约四百万。

图7 混凝土临时仰拱

图8 CRD工法施工

图9 那珠隧道塌方处治完成

5 两处隧道口顺层坡病害处理思路差异分析

那现隧道、那珠隧道都是在隧道口穿越顺层坡，并接近于正交通过，也都发生了洞内塌方、洞外边坡变形破坏的情况。那现隧道采取了卸载+抗滑桩措施，而那珠隧道采取从洞内加强支护通过的方式，都取得了成功。看似类似的工程问题，处理措施却不能硬性照搬。

原因如下：

①隧道线位相对空间位置上看，那现隧道线位很高，出口为桥接隧，右侧原有村道开挖出一定的临空面，隧道偏压极其严重，当时左右两洞都未贯通，边坡变形对隧道左右两洞的挤压作用力巨大，必须卸载，增加抗滑桩以截断边坡下滑力。而那珠隧道的线位相对较低，埋深相对较大，偏压更为不利的右洞已经贯通。

②通过地质分析，那现隧道基岩裸露，土石分界明显，覆盖层较厚，勘察表明滑动带明显，滑体巨大；而那珠隧道岩层均为中风化砂岩，较为均质，结构层面非常明显，现场勘察并未发现明显滑动带。

③从山坡顶土体的变形情况上看，那现隧道山顶土体出现较大滑移，裂缝多宽度大，并出现大塌坑，山顶树木倒伏严重；而那珠隧道山顶虽也出现裂缝，但宽度不大，数量少，洞顶二级路路面也未出现大的裂缝。

④从地形条件考虑，那现隧道由于有村道，偏压非常严重，并且不具备右侧使用土体反压的条件；而那珠隧道现场地形偏压并不严重，坡体处于基本稳定状态，经多次讨论后认为不需要采取反压措施。

6 结语

①隧道正交穿越顺层坡体时，隧道掘进易引发顺层坡体失稳，但不一定是滑坡病害，也有可能是隧道开挖引起山体的协调变形。

②隧道口顺层边坡病害治理过程中，需根据滑坡不同的病害特征，分析内在因素，针对性的采用治理措施。对于偏压大，滑动面明显且滑坡体量大情况，优先采用卸载（砍头）+抗滑桩（强腰）+反压（固脚）等综合处治方案；对于岩层结构面顺层错动、滑动面不明显或地形条件不利于形成大规模滑坡等情况，可认为是坡体协调变形，考虑洞内加固措施为主。

③在隧道边坡病害研究决策过程中，需要隧道、地质、路基等专业人员进行联合会审，充分认识边坡与隧道的内在关联，分析边坡病害现状的稳定性和发展趋势，才能正确做好决策。