隧道洞口段变形处理方案探讨

摘要：隧道洞口浅埋偏压段支护及仰坡变形是隧道施工中的一种常见病害，关系隧道的整体稳定性及安全施工。以某隧道洞口段施工过程中出现的变形病害为工程实例，就变形处理方案进行简单探讨，为类似隧道工程提供参考。

关键词：洞口；浅埋；变形；处理

中图分类号：U45 文献标识码： A

工程概况

该隧道采用左、右线分离式布设，其中左线隧道长度2160m，右线长度2170m，线间距约30m，隧道最大埋深130m，最小埋深2m。

隧道位于勘察区属构造剥蚀丘陵区，地形起伏较大，坡度较平缓，部分地段由于风化、崩塌，形成陡坡、陡坎。地表植被十分发育，自然坡度15～40°，局部为40～55°，高程100～290m之间。区内最高标高为285.3m，最低标高为107.3m，相对高差178.00m。隧道走向与山脊走向近于垂直。

隧道进口位于一近东西向斜坡上，根据钻探揭露上覆粉质黏土层厚15.65～19.10m，微风化灰岩厚度14.33m，斜坡自然坡度15～40°, 岩层产状56°∠38° 斜坡临空面方位75°，与路线走向呈20°小角度斜交。见图1；隧道进口ZK20+125～ZK20+440、YK20+100～YK20+440，顶板厚0.0～47. m，岩性为中-微风化灰岩，岩体破碎～较完整，岩质较硬，节理裂隙发育，岩溶发育隐晶质结构，中-厚层状构造。局部夹有强风化团块，裂隙发育，受构造影响，岩体较破碎。围岩纵波速度Vp= 500-3720m/s，围岩分级为Ⅴ级，岩溶地段，钻探揭露溶洞以黏土充填，有突水突泥可能，洞身开挖后很难形成承载拱，处理不当可能出现地表下沉甚至引起大体积坍塌及冒顶。

图1 隧道进口地形图

现场变形情况及原因分析

2.1现场变形情况

（1）左幅ZK20+148处右侧边墙及拱腰附件出现竖向裂缝，长约3m，缝宽约5～10mm，如图2所示；洞内ZK20+145～155段，左右边墙中部各出现一条水平方向裂缝，缝长约 5米，缝宽3～6mm；洞顶地仰坡出现多处裂缝，裂缝长度约3～8m，缝宽4～11mm，如图3所示，地表喷射混凝土多处鼓起，高度约2～9cm，如图4所示；洞顶截水沟侧壁多处出现贯通裂缝，缝宽1～3cm,局部下错1～3cm，如图5所示。

图2 进口左幅洞口ZK20+148竖向裂缝 图3 进口左幅地表仰坡开裂

图4 进口左幅地表喷射混凝土鼓起图5 进口左幅截水沟开裂

（2）进口右幅YK20+120处左侧边墙出现竖向裂缝，缝长约1.5米，缝宽3～5mm，如图6所示；右幅套拱顶出现沿隧道轴向裂缝，长约2米，缝宽2～4mm，如图7所示；洞顶仰坡多处出现裂缝，长度不一，缝宽约3～7mm，如图8所示；右幅地表截水沟整体下沉明显，沟身边沿多处喷射混凝土鼓起约2～5cm，如图9所示。

图6 进口右幅YK20+120处裂缝图7 进口右幅套拱拱顶处裂缝

图8 进口右幅洞顶仰坡裂缝图9 进口右幅洞顶截水沟下沉

2.2变形产生的原因

2.2.1监控量测数据分析

图10左幅ZK20+152地表沉降最大点变化曲线图11左幅ZK20+130地表沉降最大点变化曲线

左幅ZK20+152地表沉降最大点位于隧道中心线偏左位置，累计沉降量达108mm，前期沉降速率最大达到7.6mm/d,处于明显变位状态；右幅YK20+130地表沉降最大点位于隧道中心线处，累计沉降量71mm，最大沉降速率5.1mm/d，处于明显变位状态。洞内拱顶沉降情况：左幅ZK20+148拱顶累计下沉45mm,最大沉降速率，5.2mm/d，变形明显；右幅YK20+123拱顶累计下沉68mm,最大沉降速率6.5mm/d，变形明显。从监控量测数据变化情况可以看出，右幅隧道洞口明暗交界处岩体变形明显，与现场发现右洞套拱拱顶处出现纵向裂缝相吻合。洞内周边收敛情况：左幅ZK20+148断面累计收敛23mm,最大收敛速率1.5mm/d，右幅YK20+123断面累计收敛21mm,最大收敛速率1.8mm/d，从监控数据可以看出周边收敛量不大，在允许范围之内。所以洞口段初支及地表裂缝是由于不均匀沉降引起的。

2.2.2 变形产生的原因

在隧道施工中，由于各种因素的影响，洞口段的变形直接影响了施工过程中隧道的整体稳定性。一般初衬及地表变形主要是由于衬砌的设计、施工不适应围岩的地质条件而引起的、说明隧道中有些部位的受力状态比设计预期更为不利。因此，分析隧道变形特征及产生的原因至关重要，便于做出合理的整治措施。

2.2.2.1地质及环境因素

洞口浅埋段主要以粉质粘土为主，遇水呈塑性变形，埋深较小2～10m，坡度平缓15～30°，覆盖层较薄，结构松散，隧道开挖后产生临空面，地表下沉较大且难以形成承载拱，产生裂缝；地下水丰富，开挖过程中失水较多，隧道初支成型后存在较多渗水点，围岩失水固结也会造成地表不均匀沉降开裂。岩体在地下水长期侵蚀下极易软化，使得围岩松弛、强度降低，承载力较小，不足以承载隧道衬砌结构，使其不均匀沉降，且随着时间的推移，在初期支护衬砌结构受力大和最薄弱的地段产生裂缝。且由洞口地形图（图1）不难看出左洞左侧存在偏压问题，ZK20+152断面左侧点沉降量比右侧明显要大，点位整体向左侧偏移3～5cm,所以偏压也是左洞变形较大主要原因之一。

2.2.2.2施工设计原因

仰拱未能及时施作，按照设计要求洞口段采用上下台阶开挖预留核心土法，台阶长度控制在10～15m。所以在隧道开挖支护过程中，上台阶长度小于10m前，仰拱未能及时跟进，初支不能及时闭合成环。洞口段围岩复杂，工序整体循环时间较长，仰拱施作周期较长，不能及时跟进，也是引起造成沉降过大的原因。

变形处理方案

本隧道在开挖过程中充分考虑到洞口变形问题，预留变形量控制在15～20cm,左右幅洞内初支变形均未侵入二轮廓线。所以此次变形处理方案不需要对初支进行换拱，只进行洞内及地表加固，左幅偏压处理，控制隧道沉降即可。

3.1 洞内加固方案

在拱顶及地表沉降速率过大进行预警之后停止掌子面掘进，主要采取以下措施：（1）喷锚封闭掌子面，利用洞碴对掌子面进行反压回填处理，防止掌子面垮塌，造成二次病害。（2）在上台阶处拱角处左右两侧各增加2根￠42*3.5mm锁脚小导管，长3.5m，加工成钢花管注浆；施作10m临时仰拱,仰拱采用I18工字钢，间距50cm,与初支钢拱架焊接，并喷射26cm厚C25喷射混凝土，使隧道初支闭合成环；（3）临时仰拱上采用￠42*3.5mm钢花管对洞内基础进行注浆加固处理，钢花管梅花型布置1.0m*1.0m，管长6m可以伸长到隧道设计基底轮廓线以下1m处,对基础进行注浆加固，防止地下水渗漏，提高基础承载力。如图11所示。注浆参数：水泥浆水灰比1:1，注浆压力0.5～1.0MPa，终压2 MPa。注浆完成2小时后，检查每个管内浆液是否饱满，未达到要求的必须进行2次注浆。