富水崩坡積堆積體綜合治理與進(jìn)洞技術(shù)探討

湯澤民

（中鐵城建集團(tuán)有限公司投資分公司，湖南 長(zhǎng)沙 410208）

在隧道建設(shè)過程中，隧道洞身多次穿越富水?dāng)鄬悠扑閹У那闆r頻繁發(fā)生，多數(shù)穿越富水?dāng)鄬映隹跒槎盖蛿嘌率蕉逊e體，失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)極大，而隧道施工對(duì)邊坡擾動(dòng)易引發(fā)堆積體內(nèi)滑面貫通，脫離極限平衡狀態(tài)。富水?dāng)鄬映隹诙逊e體的失穩(wěn)問題，不僅會(huì)影響隧道正常進(jìn)洞，還會(huì)對(duì)隧道工程安全造成極大威脅。目前關(guān)于富水崩坡積堆積體的治理進(jìn)洞技術(shù)研究尚不完善，鑒于富水崩坡積堆積體地質(zhì)狀況獨(dú)特，創(chuàng)新應(yīng)用新技術(shù)工藝非常必要。因此，探討富水崩坡積堆積體綜合治理與進(jìn)洞技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 富水崩坡積堆積體綜合治理背景

某小凈距上下行分離雙向六車道高速公路隧道全長(zhǎng)4298m，主洞建筑界限凈寬為14.75m，凈高為5.0m。隧道所處場(chǎng)地地貌為低山，沖溝發(fā)育，沖溝內(nèi)大部分山坡地表基巖裸露。隧道位于山體南側(cè)，進(jìn)口位于傾向東的山體陡坡下部，出口位于傾向西南山體斜坡坡腳。隧道左右兩洞門與等高線近似正交，軸線地面高程為402m。其中左洞門位置山坡坡度較陡，洞門下方、上方坡度分別為41°、57°。右洞洞口上方存在一圓弧形崩坡積堆積變形體（如圖1所示），變形體面積約為10000m2。變形體因長(zhǎng)期人工取土處于極限平衡狀態(tài)。當(dāng)前上坡沿等高線發(fā)育有2條裂縫，最長(zhǎng)為70m，寬度為20cm～100cm。

圖1 高速公路隧道崩坡積堆積變形體位置

由圖1可知，崩坡積堆積變形體為潛在滑動(dòng)面。隧道出口段明洞基礎(chǔ)及進(jìn)尺30m內(nèi)，勘測(cè)發(fā)現(xiàn)隧道仰拱上方圍巖為全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，巖石已風(fēng)化為硬塑粉質(zhì)黏土狀。隧道仰拱下方為強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，裂隙發(fā)育，巖芯破碎，質(zhì)地軟弱，基底承載力為180kPa～200kPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)承載力（300kPa）要求。

高速公路隧道工程所處地區(qū)為降雨頻繁地區(qū)，暴雨時(shí)有發(fā)生。

2 富水崩坡積堆積體綜合治理方案制定

2.1 結(jié)構(gòu)分析

案述高速公路隧道富水崩坡積堆積體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 富水崩坡積堆積體結(jié)構(gòu)分析

取土后，山坡形成臨空面，斜坡自然支承力被持續(xù)削弱且坡體順坡向巖層產(chǎn)生卸除荷載作用。同時(shí)，風(fēng)化巖層沿著陡峭、傾斜角層產(chǎn)生拉裂，并向坡體下部出現(xiàn)位移，導(dǎo)致地表裂縫。當(dāng)暴雨發(fā)生時(shí)，上方山體匯集地表水源可沿著裂縫灌入巖土層，持續(xù)侵蝕軟弱夾層，加劇裂隙分散。后期在隧道施工擾動(dòng)下，富水崩坡積堆積變形體內(nèi)滑面極易進(jìn)一步貫通，最終導(dǎo)致洞頂失穩(wěn)。

2.2 方案對(duì)比

隧洞洞口段邊坡綜合防護(hù)可選擇延長(zhǎng)明洞再回填進(jìn)行坡前反壓的方案，也可選擇進(jìn)洞前對(duì)滑坡體進(jìn)行反壓的方案，不同方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1。

表1 隧洞洞口段邊坡綜合防護(hù)方案比選

由表1可知，方案2中，片石換填原材料為隧道支洞洞渣，就地取材，成本較低。同時(shí)片石換填可使路基結(jié)構(gòu)中的水全部排出，避免因土壤含水量過多而導(dǎo)致的路基下沉現(xiàn)象。片石換填可在短時(shí)間內(nèi)完成延長(zhǎng)路基的施工任務(wù)，規(guī)避隧道進(jìn)洞前滑坡體坡腳無反壓的安全風(fēng)險(xiǎn)，保障隧道安全快速進(jìn)洞。在隧道進(jìn)洞后，可及時(shí)對(duì)洞門口場(chǎng)地進(jìn)行硬化，并建設(shè)監(jiān)控室、值班室、應(yīng)急物資儲(chǔ)備室等功能性臨建房屋，延長(zhǎng)路基施工周期。同時(shí)在巖溶區(qū)進(jìn)行片石回填，并利用重力式橋臺(tái)代替肋板式橋臺(tái)，可保障橋梁結(jié)構(gòu)物及路基的安全，縮短滑坡體前橋梁結(jié)構(gòu)物施工周期，有效規(guī)避后期出現(xiàn)質(zhì)量安全的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

方案1雖然具有路基軟基處理量少的優(yōu)勢(shì)，但存在施工數(shù)量多、安全風(fēng)險(xiǎn)大、周期長(zhǎng)等問題。

可以選擇“進(jìn)洞前片石回填對(duì)滑坡體進(jìn)行反壓”的處理技術(shù)。

2.3 方案制定

傳統(tǒng)隧底加固方法多數(shù)無法落實(shí)全局最優(yōu)化設(shè)計(jì)，或偏于保守或存在安全風(fēng)險(xiǎn)，存在安全、經(jīng)濟(jì)、性能指標(biāo)模糊問題。因此，根據(jù)富水崩坡積堆積體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，可以從隧道洞口開挖前著手，貫徹全局優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，創(chuàng)新制定陽坡、左右側(cè)邊坡預(yù)加固方案、隧底加固以及洞口防排水處理方案。

2.3.1 預(yù)加固方案

預(yù)加固方案是根據(jù)案述隧道多次穿越斷層破碎帶，出口為斷崖式富水崩坡積堆積體且具有場(chǎng)地狹小、作業(yè)難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，創(chuàng)新利用雙排抗滑樁、陡坎削方、預(yù)應(yīng)力錨索框架梁、洞口減橋跨延長(zhǎng)路基反壓技術(shù)，預(yù)先對(duì)變形體進(jìn)行加固，提高變形體在隧道開挖期間的抗擾動(dòng)能力，從源頭規(guī)避洞頂土體失穩(wěn)。根據(jù)表1，創(chuàng)新引入橋梁減跨方式，利用重力式橋臺(tái)代替肋板式橋臺(tái)，配合洞渣換填、路基填筑，打造延長(zhǎng)路基段，預(yù)先反壓富水崩坡積堆積體[1]。

反壓后，在洞頂陡坡內(nèi)側(cè)約4.9～12.3m平臺(tái)處進(jìn)行預(yù)應(yīng)力抗滑樁施工（參數(shù)見表2和表3），為橋梁、隧道連接工程營(yíng)造安全環(huán)境。

表2 預(yù)應(yīng)力抗滑樁參數(shù)

表3 預(yù)應(yīng)力錨索張拉參數(shù)

在借助抗滑樁維持富水崩坡積堆積體穩(wěn)定狀態(tài)情況下，及時(shí)削方，降低人工取土引發(fā)的陡崖邊坡角，并利用錨索錨桿框架梁（參數(shù)見表4）防護(hù)技術(shù)，經(jīng)鋼管樁連系梁與抗滑樁連接成整體，穩(wěn)固隧洞頂部土體，避免邊坡上部土體被牽引。

表4 邊坡錨索錨桿框架梁作業(yè)參數(shù)

2.3.2 洞口防排水處理方案

洞口防排水處理方案根據(jù)案述高速公路工程雨水充沛特點(diǎn)，創(chuàng)新整合地表水與地下水排水與集水工藝。與傳統(tǒng)防排水方式相比，案述工程擬采用垂直集水井、降水井與深部水平截排水溝排水隧洞相結(jié)合的體系（參數(shù)見表5），以此打造立體排水網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)富水崩坡積堆積體治水效果。

表5 防排水施工參數(shù)

根據(jù)表5，打造立體排水網(wǎng)絡(luò)，有效減少地表、地下水對(duì)高速公路隧道堆積變形體的影響。

2.3.3 隧底加固方案

隧底加固是富水崩坡積堆積體治理的重要內(nèi)容，現(xiàn)有富水崩坡積堆積體所在隧道底部軟弱，外緣向內(nèi)翹起，路面開裂且仰拱受力不均，存在隆起趨勢(shì)[2]。綜合考慮地下水軟化圍巖基底、圍巖內(nèi)親水礦物遇水膨脹、隧道開挖應(yīng)力鑿除松動(dòng)區(qū)、設(shè)計(jì)施工缺陷等因素，可以利用隧道洞口圍巖與隧道底部聯(lián)合加固技術(shù)，從源頭解決案述隧洞軟弱底部存在的變形問題，保證隧道順利開挖。

聯(lián)合加固技術(shù)為鋼花管注漿、盲溝排水、井點(diǎn)降水，可以在加固隧道基礎(chǔ)的同時(shí)，為隧道后期運(yùn)營(yíng)提供穩(wěn)固環(huán)境。鋼花管注漿選擇水泥水玻璃雙液漿注漿加固，注漿參數(shù)見表6。

表6 隧底注漿加固參數(shù)

3 富水崩坡積堆積體綜合治理及進(jìn)洞技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)

3.1 防排水要點(diǎn)

深部水平截排水溝建設(shè)、垂直集水井、降水井是富水崩坡積堆積體防排水的重點(diǎn)，也是高速公路隧道軟弱圍巖防治的要點(diǎn)之一[3]。技術(shù)人員應(yīng)注重在錨桿錨索框架梁下一級(jí)橫梁下部設(shè)置仰斜式排水孔，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 仰斜式排水孔結(jié)構(gòu)

當(dāng)布置降水井時(shí)，根據(jù)案述高速公路隧道地下水埋藏深、洞口邊坡遇水無自穩(wěn)定能力的特點(diǎn)，技術(shù)人員可以根據(jù)圖4布置降水井。期間動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)場(chǎng)區(qū)、沿線地下水變化，確保作業(yè)期間排水持續(xù)。

3.2 隧道底部加固要點(diǎn)

鋼花管注漿、盲溝排水、井點(diǎn)降水是隧道底部加固主要技術(shù)，技術(shù)應(yīng)用情況直接影響隧道底部加固效果。鋼花管質(zhì)量要求見表7。

表7 鋼花管質(zhì)量要求

在鋼花管注漿施工期間，技術(shù)人員應(yīng)利用數(shù)控技術(shù)，規(guī)范加工鋼花管，保證輸入管孔精度達(dá)到±0.1mm。同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)文件配置漿液，記錄配置數(shù)據(jù)[4]。

盲溝排水、井點(diǎn)降水主要是借助高速公路隧道已有盲溝、井點(diǎn)排出積水，避免地下水或地表水影響隧底加固效果[5]。

3.3 變形體防護(hù)要點(diǎn)

洞口減橋跨延長(zhǎng)路基反壓是原有延長(zhǎng)明洞反壓措施的升級(jí)，可以提前治理滑坡體，為隧道進(jìn)洞前提供良好的地質(zhì)條件[6]。根據(jù)案述高速公路隧道上方富水崩坡積堆積體多含高含水飽和軟弱黏土的特點(diǎn)，技術(shù)人員須先放線標(biāo)記軟基范圍，在陡坎削方的基礎(chǔ)上，沿軟基范圍引出取土水塘積水，將換填開挖交界位置處理為向內(nèi)傾斜4%的臺(tái)階，沿臺(tái)階逐段處理。

4 富水崩坡積堆積體綜合治理及進(jìn)洞技術(shù)實(shí)施效果

根據(jù)富水崩坡積堆積體非均質(zhì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)體的特點(diǎn)，利用室內(nèi)巖土物理力學(xué)試驗(yàn)方法，從隧道出口段明洞以及進(jìn)洞后30m基底位置，取直徑50mm±2mm、高100mm±2mm的無裂紋試樣，對(duì)其進(jìn)行直接剪切、單軸壓縮試驗(yàn)[7]。具體試驗(yàn)操作根據(jù)《巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)規(guī)程》（DZ/T 0276.1—2015）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。同時(shí)監(jiān)測(cè)施工期間孔口堆積體變形速率（最大值），得出治理前后富水崩坡積堆積體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（均值）、內(nèi)摩擦角（均值）、黏聚力（均值）以及變形數(shù)據(jù)，見表8。

由表8可知，治理后，高速公路隧道富水崩坡積堆積體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角、黏聚力顯著增加，均符合設(shè)計(jì)要求。變形速率顯著下降，表明綜合應(yīng)用防排水、隧道底部加固、邊坡預(yù)加固技術(shù)，可以有效提高富水崩坡積堆積體的穩(wěn)定性，保障高速公路隧道施工作業(yè)安全推進(jìn)。

表8 治理前后富水崩坡積堆積體監(jiān)測(cè)參數(shù)

圖4 降水井立面示意圖

5 結(jié)語

綜上所述，富水崩坡積治理是隧道施工作業(yè)的難題，單一堆積體治理技術(shù)無法保證治理效果。因此，在富水圍巖的不利情況下，應(yīng)從防控降水誘發(fā)滑坡著手，創(chuàng)新應(yīng)用綜合防排水方案。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)滑坡體特點(diǎn)，技術(shù)人員可以綜合應(yīng)用盲溝排水、鋼花管注漿技術(shù)，加固隧道底部。在這個(gè)基礎(chǔ)上，技術(shù)人員可以利用洞口減橋跨延長(zhǎng)路基反壓技術(shù)和防滑樁等技術(shù)，控制圍巖變形，在降低隧道洞口堆積變形體滑坡事故發(fā)生率的同時(shí)，為建設(shè)環(huán)保、安全的隧道工程提供技術(shù)支持。