尖坡岭隧道地质灾害成因探讨及处理措施

韩雪冬

中电建建筑集团有限公司

尖坡岭隧道地质灾害成因探讨及处理措施

韩雪冬

中电建建筑集团有限公司

介绍渝怀铁路尖坡岭隧道进口段边坡滑移、坍方冒顶等地质灾害发生的详细过程和处理方案及施工过程，简要分析了成因，对浅埋偏压隧道的设计和施工有一定的警示和借鉴作用。

隧道；浅埋；偏压；边坡滑移；坍方冒顶

1 概述

1.1 地形、地质及水文情况

渝怀铁路尖坡岭隧道进口位于贵州省铜仁市小江河左岸，傍山修建，偏压严重，山体为低山斜坡地貌，洞口坡面下陡上缓，最小埋深2米。隧道边坡垦为梯田，并有一条农灌沟从隧道顶部与线路方向斜交通过。洞口段覆盖第四系碎石土坡积层和崩塌堆积层(Q4dl+col)，厚度为22米左右，表层为零星砂粘土，植被不发育。洞身下伏基岩为早寒武系页岩(∈1p)，风化严重，经历多次地质构造运动，岩体极其破碎，薄层状，厚5～25cm，粉砂质，钙质胶结，岩层产状平缓，局部稍有扭曲，张开节理发育，三组节理(节N44°W/84°SW﹑节N55°E/77°NW﹑节N49°E/4°NW)将岩体切割成块状，极易楔形掉块和坍塌。全隧地下水较发育，地下水为第四系孔隙水及基岩裂隙水，受大气降水补给，全隧道涌水量为1300m3/d。

1.2 设计支护情况

尖坡岭隧道进口线路左侧DK522+604～+630段采用三排φ75钢管桩地表注浆加固，共41根，注浆孔深度为挡墙或明洞基础下2.0m。DK522+630～+651段右拱部及边墙外2m采用φ42钢花管进行地表注浆加固，@=1.0m梅花形布置。DK522+610～+665段隧底以下1～4m设φ42小导管注浆加固地层，@=0.8m梅花形布置，最外排注浆孔与垂线成30°。

2 地质灾害发生过程

该隧道于2001年5月26日开工，于2001年6月23日完成DK522+604～+630段钢管桩加固及地表排水和防护，6月20日～25日施工DK522+630～+651地表小导管注浆加固地层。2001年6月25日，隧道进口DK522+645～+680段原始地表在无任何迹象的情况下坡体开裂坍滑，坡面上形成3条较大的裂缝和错台，错台高度最高为0.8m，最大缝宽为0.3m，裂缝最长达66m。

边坡滑移发生后，施工单位采用了以下五条措施确保施工安全：①加强边仰坡加固；②洞内加强支护；③分部开挖﹑控制进尺﹑预留核心土；④及时施工仰拱成环；⑤紧跟衬砌，以尽最大努力保护边坡及洞室稳定。2001年9月3日开始明洞土石方的开挖，开挖前对边仰坡进行锚网喷加固，支护参数为：φ22砂浆锚杆，L=1.5m或3.0m，@=1.0m(梅花形布置)；钢筋网，φ8@=25cm；喷射C20混凝土，δ=10cm。同时为确保隧道挂齿进洞，对洞脸部分加强支护，支护参数为：Φ42超前小导管，在隧道拱部开挖轮廓线外20cm﹑50cm﹑100cm处设置3环，每环40根，L=5.0m，@=0.3m，用水泥：砂：水=1：1：3的水泥砂浆注浆固结围岩；φ22砂浆锚杆，在超前小导管外设置3排，L=4.5m，@=1.0m(梅花形布置)；钢筋网，φ8@=25cm；喷射C20混凝土，δ=10cm。DK522+610～+620段明洞采用明挖法施工，DK522+620～+630段明洞采用先挖竖井灌注托梁拱圈混凝土后暗挖通过下部。

2001年9月15日隧道挂齿进洞，进洞后采用台阶法施工，上部开挖采用人力环挖，预留核心土，每次进尺0.5米；DK522+ 630～+750段采用I18a工字钢架代替原设计格栅钢架，间距由0.8m/榀改为0.5m/榀，其它初期支护按原设计施工。下部开挖采用分台阶左右侧交替进行，并及时架设边墙C﹑D单元工字钢架；每进尺2～3米转换为开挖仰拱，安设仰拱工字钢架成环，灌注仰拱﹑填充混凝土；仰拱﹑填充混凝土达到强度后，每3.0～4.5m及时灌注拱﹑墙混凝土。

2001年11月13日早上8时，隧道DK522+637～+640段拱部临时支护已施作的网喷混凝土掉块，工字钢架发出清脆的声音；8时20分，DK522+637～+639段左侧4榀(每0.5m一榀)C单元(1.92m)﹑D单元(4.27m)工字钢架开始变形，并迅速发展；8时30分，此4榀工字钢架C单元﹑D单元向隧道中线侧倾斜，左侧边墙出现了小坍方，从而引起DK522+636～+657段拱部﹑边墙于8时35分突然坍塌。坍体堵塞了已开挖的洞身，并在山坡上形成一个大的坍方漏斗，漏斗上口长约21m，最宽处达15m。

3 地质灾害成因分析

3.1 边坡滑移成因分析

边坡滑移发生时虽已按施工设计图基本完成地表排水及防护处理，完成了钢管桩地表注浆加固措施，但洞口尚未开挖，对山体没有任何扰动。经分析认为，造成边坡滑移的原因是：该处覆盖第四系碎石土坡积层，厚达25m左右，且植被不发育，土体松散破碎，极不稳定；在坡体坍滑发生之前的5﹑6月份间，该隧道所在地曾连续降雨，雨水丰富，地表水下渗；钢管桩地表注浆施工后，形成了隔水墙，改变了原来地下水的排泄通路，在土体内形成了新的软弱面；加之此处地表坡度较陡，坡体不能自然稳定，造成了此次边坡滑移。从该隧道后来开挖揭示的情况，旱季时地下水较少，但雨季因雨水影响，地表水下渗，导致隧道基岩裂隙水很大。

3.2 坍方冒顶成因分析

根据现场踏勘，结合坍塌过程进行分析认为：虽然施工采取了以加密的I18a工字钢架取代格栅钢架等支护措施，但因该隧道进口处于浅埋偏压地段，地面横坡较陡，围岩为含水饱和状碎石角砾土，破碎松散，渗水严重，且因前次的边坡滑移，土体内存在着软弱滑动面，自稳能力极差，加之侧压力过大，左边墙工字钢架失稳坍塌，引起拱部坍塌并牵引右边墙工字钢架坍塌，形成了此次坍方冒顶。

4 地质灾害整治工程措施

4.1 坍方冒顶整治施工方案

经设计﹑监理﹑施工三方会商，形成坍方冒顶整治施工方案如下：

① 洞口端洞内坍穴附近用浆砌片石做1米厚或喷20cm厚混凝土止浆墙(只能施作靠洞门端)；

② 从地表对坍穴进行分层回填夯实，回填高度暂按靠山侧坍穴壁高度的一半计，并保证坍穴内的施工安全；

③ 坍穴内地表注浆加固开挖轮廓线外的周边围岩；

④ 地表分层夯实回填坍穴至原地面，采用粘土厚0.5米进行封顶夯实；

⑤ 洞内重新采用φ42小导管支护：拱部﹑边墙支护采用φ42小导管超前支护，并加强边墙拱部的锚网喷支护，喷混凝土厚度20cm，钢架采用I18a工字钢架，0.5米一榀，全环布置；

⑥ 径向锚杆改为径向小导管注浆施作。

⑦ 开挖并清除洞内坍体，及时施作钢筋混凝土衬砌；

⑧ 隧道开挖采用短台阶开挖，上台阶设临时仰拱加强。

4.2 坍方冒顶治理施工过程

2001年12月18日，尖坡岭隧道进口恢复施工，进行DK522+ 636～+657段坍方治理。

一﹑坍穴回填及地表加固(DK522+636～+657段)

首先洞口端洞内坍穴采用C20喷射混凝土作止浆墙，喷射混凝土厚20cm，待喷射混凝土止浆墙终凝后，从地表对坍穴进行分层夯实回填，回填高度为靠山侧坍穴壁高度的一半，分层厚度0.3m一层，人工夯实，分层填筑的同时，泼撒水泥砂浆液，水泥砂浆液配合比为水泥：砂：水=1：1：3。在坍穴内侧采用φ100钢管桩注浆加固靠山侧边坡围岩。钢管桩在靠山侧施工两排，布置在左边墙外0.5m和1.5m，横向间距为1.0m，深度为15.2m(边墙基础以下2m)，以抵抗强大的侧压力；φ100钢管桩采用潜孔钻机钻孔，尽量干钻，并保证了钻孔深度﹑孔口堵塞长度和堵塞质量，注浆压力不小于1.0Mpa；水泥砂浆液配合比为水泥：砂：水=1：1：3。

坍塌顺序说明：

1，侧压力过大，左侧C﹑D单元变形；

2，D单元倒塌；

3，拱部A﹑B单元坍塌；

4，受拱部A﹑B单元牵引，右侧C﹑D单元倒塌和上部土体滑坍。

施工φ100钢管桩的同时，采用φ42小导管地表注浆加固开挖轮廓线外的周边围岩，小导管长4.5～9.0m，纵横向间距0.8m梅花形布置，以进一步固结围岩，达到地层加固的作用。φ42小导管采用风钻顶进，用电动注浆机压注水泥浆液，注浆压力根据现场试验而定，但不小于0.5Mpa。水泥砂浆液配合比为水泥：砂：水=1：1：3；坍穴内地表注浆施工完后，分层夯实回填坍穴至原地面，地表采用厚0.5m粘土进行封顶并夯实，防止地表水下渗。

二﹑洞内开挖及衬砌施工(DK522+636～+657段)

2002年1月5日开始坍方段洞内土石方开挖及衬砌施工。

施工时采用分部开挖土石方，临时仰拱加强。开挖前拱部采用φ42超前小导管注浆加强支护，拱部超前小导管长3.5m，环向间距为0.2m(原设计为0.4m)，纵向间距1.2m，按大小外插角交叉布置(大外插角30°～45°，小外插角3°左右)。

注浆完成后，人工环挖拱部土石方，预留核心土，每次进尺0.5m，拱部径向锚杆改为φ42小导管注浆，长3.0m，纵横向间距均为1.0m梅花形布置；挂设钢筋网，规格环筋为φ10，纵筋为φ6，网格间距20cm×20cm，面积比为100%；及时架设拱部A﹑B单元工字钢架，0.5m一榀，每侧各打两根锁脚锚杆，长3.0m，并在拱脚处采用I18a工字钢设置临时仰拱，防止工字钢架因侧压力过大变形；拱部喷射C20混凝土厚20cm，面积比为100%。

拱部每开挖3～4.5m左右后，转换为开挖中部土石方。开挖前边墙采用φ42超前小导管注浆，小导管长3.5m，外插角30°，纵向间距1.6m，环向间距1.0m；边墙增设φ42径向小导管并注浆，长3.0m，环纵向间距均为1.0m；增设挂网钢筋，横向采用φ10钢筋，纵向采用φ6钢筋，网格间距20cm×20cm，面积比为100%；及时安设边墙C单元工字钢架，与拱部A﹑B单元工字钢架连接为整体，每侧各打一根锁脚锚杆，长3.0m，并在C﹑D单元接头处安设I18a工字钢临时仰拱加强；边墙喷射C20混凝土厚20cm，面积比为100%；转换为开挖下部土石方时，初期支护与中部相同，及时安设D单元工字钢架和仰拱工字钢架，并连接成环；每开挖3～4.5m灌注仰拱﹑填充混凝土，紧跟衬砌。DK522+636～+657坍方段施工顺序及步骤说明见表2。

5 结语

1，对于洞口段为浅埋偏压且围岩较为松散的隧道，在设计时要贯彻“早进洞，晚出洞”的原则，以减少开挖对于围岩的扰动，降低滑坡及坍塌的风险性。

2，对于存在偏压的隧道，设计时要加强对于偏压侧边坡的地质勘探，搞清楚是否存在滑坡的风险，并在设计时采取相应的措施，比如采用抗滑桩等。

3，偏压隧道边墙围岩顺层滑动牵引带动拱部坍塌是一种不容忽视的地质灾害形式，现在土质隧道在进口段常采用大管棚的超前支护形式，这种形式对于拱部松散垮塌围岩有较好的支撑作用，但是对于边墙围岩的顺层滑动作用不大。

4，浅埋偏压隧道在施工时要贯彻“短进尺﹑弱爆破﹑强支护﹑勤量测”的原则，宁可施工时慢一点﹑稳一点，因为一旦坍塌，处理花费的时间和成本将带来很大的损失。