富水崩坡积堆积体综合治理与进洞技术探讨

汤泽民

（中铁城建集团有限公司投资分公司，湖南 长沙 410208）

在隧道建设过程中，隧道洞身多次穿越富水断层破碎带的情况频繁发生，多数穿越富水断层出口为陡峭断崖式堆积体，失稳风险极大，而隧道施工对边坡扰动易引发堆积体内滑面贯通，脱离极限平衡状态。富水断层出口堆积体的失稳问题，不仅会影响隧道正常进洞，还会对隧道工程安全造成极大威胁。目前关于富水崩坡积堆积体的治理进洞技术研究尚不完善，鉴于富水崩坡积堆积体地质状况独特，创新应用新技术工艺非常必要。因此，探讨富水崩坡积堆积体综合治理与进洞技术具有重要的现实意义。

1 富水崩坡积堆积体综合治理背景

某小净距上下行分离双向六车道高速公路隧道全长4298m，主洞建筑界限净宽为14.75m，净高为5.0m。隧道所处场地地貌为低山，冲沟发育，冲沟内大部分山坡地表基岩裸露。隧道位于山体南侧，进口位于倾向东的山体陡坡下部，出口位于倾向西南山体斜坡坡脚。隧道左右两洞门与等高线近似正交，轴线地面高程为402m。其中左洞门位置山坡坡度较陡，洞门下方、上方坡度分别为41°、57°。右洞洞口上方存在一圆弧形崩坡积堆积变形体（如图1所示），变形体面积约为10000m2。变形体因长期人工取土处于极限平衡状态。当前上坡沿等高线发育有2条裂缝，最长为70m，宽度为20cm～100cm。

图1 高速公路隧道崩坡积堆积变形体位置

由图1可知，崩坡积堆积变形体为潜在滑动面。隧道出口段明洞基础及进尺30m内，勘测发现隧道仰拱上方围岩为全风化粉砂质泥岩，岩石已风化为硬塑粉质黏土状。隧道仰拱下方为强风化粉砂质泥岩，裂隙发育，岩芯破碎，质地软弱，基底承载力为180kPa～200kPa，远小于设计承载力（300kPa）要求。

高速公路隧道工程所处地区为降雨频繁地区，暴雨时有发生。

2 富水崩坡积堆积体综合治理方案制定

2.1 结构分析

案述高速公路隧道富水崩坡积堆积体结构如图2所示。

图2 富水崩坡积堆积体结构分析

取土后，山坡形成临空面，斜坡自然支承力被持续削弱且坡体顺坡向岩层产生卸除荷载作用。同时，风化岩层沿着陡峭、倾斜角层产生拉裂，并向坡体下部出现位移，导致地表裂缝。当暴雨发生时，上方山体汇集地表水源可沿着裂缝灌入岩土层，持续侵蚀软弱夹层，加剧裂隙分散。后期在隧道施工扰动下，富水崩坡积堆积变形体内滑面极易进一步贯通，最终导致洞顶失稳。

2.2 方案对比

隧洞洞口段边坡综合防护可选择延长明洞再回填进行坡前反压的方案，也可选择进洞前对滑坡体进行反压的方案，不同方案优缺点对比见表1。

表1 隧洞洞口段边坡综合防护方案比选

由表1可知，方案2中，片石换填原材料为隧道支洞洞渣，就地取材，成本较低。同时片石换填可使路基结构中的水全部排出，避免因土壤含水量过多而导致的路基下沉现象。片石换填可在短时间内完成延长路基的施工任务，规避隧道进洞前滑坡体坡脚无反压的安全风险，保障隧道安全快速进洞。在隧道进洞后，可及时对洞门口场地进行硬化，并建设监控室、值班室、应急物资储备室等功能性临建房屋，延长路基施工周期。同时在岩溶区进行片石回填，并利用重力式桥台代替肋板式桥台，可保障桥梁结构物及路基的安全，缩短滑坡体前桥梁结构物施工周期，有效规避后期出现质量安全的运营风险。

方案1虽然具有路基软基处理量少的优势，但存在施工数量多、安全风险大、周期长等问题。

可以选择“进洞前片石回填对滑坡体进行反压”的处理技术。

2.3 方案制定

传统隧底加固方法多数无法落实全局最优化设计，或偏于保守或存在安全风险，存在安全、经济、性能指标模糊问题。因此，根据富水崩坡积堆积体结构分析结果，可以从隧道洞口开挖前着手，贯彻全局优化设计理念，创新制定阳坡、左右侧边坡预加固方案、隧底加固以及洞口防排水处理方案。

2.3.1 预加固方案

预加固方案是根据案述隧道多次穿越断层破碎带，出口为断崖式富水崩坡积堆积体且具有场地狭小、作业难度大、安全风险高的特点，创新利用双排抗滑桩、陡坎削方、预应力锚索框架梁、洞口减桥跨延长路基反压技术，预先对变形体进行加固，提高变形体在隧道开挖期间的抗扰动能力，从源头规避洞顶土体失稳。根据表1，创新引入桥梁减跨方式，利用重力式桥台代替肋板式桥台，配合洞渣换填、路基填筑，打造延长路基段，预先反压富水崩坡积堆积体[1]。

反压后，在洞顶陡坡内侧约4.9～12.3m平台处进行预应力抗滑桩施工（参数见表2和表3），为桥梁、隧道连接工程营造安全环境。

表2 预应力抗滑桩参数

表3 预应力锚索张拉参数

在借助抗滑桩维持富水崩坡积堆积体稳定状态情况下，及时削方，降低人工取土引发的陡崖边坡角，并利用锚索锚杆框架梁（参数见表4）防护技术，经钢管桩连系梁与抗滑桩连接成整体，稳固隧洞顶部土体，避免边坡上部土体被牵引。

表4 边坡锚索锚杆框架梁作业参数

2.3.2 洞口防排水处理方案

洞口防排水处理方案根据案述高速公路工程雨水充沛特点，创新整合地表水与地下水排水与集水工艺。与传统防排水方式相比，案述工程拟采用垂直集水井、降水井与深部水平截排水沟排水隧洞相结合的体系（参数见表5），以此打造立体排水网络，加强富水崩坡积堆积体治水效果。

表5 防排水施工参数

根据表5，打造立体排水网络，有效减少地表、地下水对高速公路隧道堆积变形体的影响。

2.3.3 隧底加固方案

隧底加固是富水崩坡积堆积体治理的重要内容，现有富水崩坡积堆积体所在隧道底部软弱，外缘向内翘起，路面开裂且仰拱受力不均，存在隆起趋势[2]。综合考虑地下水软化围岩基底、围岩内亲水矿物遇水膨胀、隧道开挖应力凿除松动区、设计施工缺陷等因素，可以利用隧道洞口围岩与隧道底部联合加固技术，从源头解决案述隧洞软弱底部存在的变形问题，保证隧道顺利开挖。

联合加固技术为钢花管注浆、盲沟排水、井点降水，可以在加固隧道基础的同时，为隧道后期运营提供稳固环境。钢花管注浆选择水泥水玻璃双液浆注浆加固，注浆参数见表6。

表6 隧底注浆加固参数

3 富水崩坡积堆积体综合治理及进洞技术实施要点

3.1 防排水要点

深部水平截排水沟建设、垂直集水井、降水井是富水崩坡积堆积体防排水的重点，也是高速公路隧道软弱围岩防治的要点之一[3]。技术人员应注重在锚杆锚索框架梁下一级横梁下部设置仰斜式排水孔，结构如图3所示。

图3 仰斜式排水孔结构

当布置降水井时，根据案述高速公路隧道地下水埋藏深、洞口边坡遇水无自稳定能力的特点，技术人员可以根据图4布置降水井。期间动态监测场区、沿线地下水变化，确保作业期间排水持续。

3.2 隧道底部加固要点

钢花管注浆、盲沟排水、井点降水是隧道底部加固主要技术，技术应用情况直接影响隧道底部加固效果。钢花管质量要求见表7。

表7 钢花管质量要求

在钢花管注浆施工期间，技术人员应利用数控技术，规范加工钢花管，保证输入管孔精度达到±0.1mm。同时根据设计文件配置浆液，记录配置数据[4]。

盲沟排水、井点降水主要是借助高速公路隧道已有盲沟、井点排出积水，避免地下水或地表水影响隧底加固效果[5]。

3.3 变形体防护要点

洞口减桥跨延长路基反压是原有延长明洞反压措施的升级，可以提前治理滑坡体，为隧道进洞前提供良好的地质条件[6]。根据案述高速公路隧道上方富水崩坡积堆积体多含高含水饱和软弱黏土的特点，技术人员须先放线标记软基范围，在陡坎削方的基础上，沿软基范围引出取土水塘积水，将换填开挖交界位置处理为向内倾斜4%的台阶，沿台阶逐段处理。

4 富水崩坡积堆积体综合治理及进洞技术实施效果

根据富水崩坡积堆积体非均质地质结构体的特点，利用室内岩土物理力学试验方法，从隧道出口段明洞以及进洞后30m基底位置，取直径50mm±2mm、高100mm±2mm的无裂纹试样，对其进行直接剪切、单轴压缩试验[7]。具体试验操作根据《岩石物理力学性质试验规程》（DZ/T 0276.1—2015）的相关规定进行。同时监测施工期间孔口堆积体变形速率（最大值），得出治理前后富水崩坡积堆积体无侧限抗压强度（均值）、内摩擦角（均值）、黏聚力（均值）以及变形数据，见表8。

由表8可知，治理后，高速公路隧道富水崩坡积堆积体的无侧限抗压强度、内摩擦角、黏聚力显著增加，均符合设计要求。变形速率显著下降，表明综合应用防排水、隧道底部加固、边坡预加固技术，可以有效提高富水崩坡积堆积体的稳定性，保障高速公路隧道施工作业安全推进。

表8 治理前后富水崩坡积堆积体监测参数

图4 降水井立面示意图

5 结语

综上所述，富水崩坡积治理是隧道施工作业的难题，单一堆积体治理技术无法保证治理效果。因此，在富水围岩的不利情况下，应从防控降水诱发滑坡着手，创新应用综合防排水方案。针对现场滑坡体特点，技术人员可以综合应用盲沟排水、钢花管注浆技术，加固隧道底部。在这个基础上，技术人员可以利用洞口减桥跨延长路基反压技术和防滑桩等技术，控制围岩变形，在降低隧道洞口堆积变形体滑坡事故发生率的同时，为建设环保、安全的隧道工程提供技术支持。