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摘要：本文结合沪昆客运专线田家山隧道实体工程，对滑坡段超浅埋隧道施工病害及其加固技术进行了分析研究。研究发现：滑坡段超浅埋隧道施工病害有：路线中线产生贯通的“一字形”张拉裂缝；边仰坡后缘及导向墙上方开裂，产生错动横向裂纹，并危及下方隧道洞门施工。针对滑坡段超浅埋隧道出现的施工病害，可采用护拱施工方案和放坡明挖施工方案对其进行处治和施工。放坡明挖方案的增加投资额较护拱方案的高；但放坡明挖方案弃砟增量较护拱方案多，且放坡明挖方案占地面积较大。因此在选用上述施工处治方案时，应综合考虑隧道实际情况，合理选择施工处治方案。
关键词：滑坡段；超浅埋隧道；施工病害；加固技术
1.引言
随着铁路交通的不断发展，山区铁路隧道的数量不断增多，山区铁路隧道施工过程中出现的病害也越来越多，这些病害与山体斜坡出现滑坡密切相关[1~7]。针对这些施工病害，国内外许多学者都对其进行了分析研究。王崇讯[8]结合西汉线沙窝隧道实体工程，较系统的研究了隧道口滑坡的影响因素，认为滑坡带含水量增加导致滑坡体抗滑力减小、隧道口开挖和爆破是导致隧道病害产生的主要原因；吴红刚等[9]将隧道-滑坡体系分为了平行体系、正交体系和斜交体系三类，并结合典型实体工程分别对其进行了受力模式和变形破坏特征分析，得到了三类隧道-滑坡体系相互作用规律；王迎超等[10]采用理论分析的方法，考虑不同本构关系的隧道围岩组合，分析了降雨诱发浅埋隧道松散围岩塌方机制，揭示了雨水入渗作用下浅埋隧道塌方机理；韩桂武等[11]结合三十里铺隧道的现场测试成果，研究了浅埋黄土隧道围岩和衬砌的受力变形特征，为隧道支护的优化设计提供了依据；高虎军[12]、马明军[13]分别结合张花高速公路刘家院子隧道和乌荣高速恒山隧道实体工程，介绍了在隧道施工过程中采用抗滑桩处理隧道滑坡技术，实际情况表明该方法实用有效，可保证隧道衬砌结构安全；许淑珍等[14]结合青兰高速青皮塔隧道实体工程，介绍了纵环向注浆联合支护施工技术处理隧道滑坡体技术，该法可有效控制围岩及洞体结构稳定性。
超浅埋隧道由于其埋深较浅，隧道结构受上方岩土体的影响较大，滑坡产生时，岩土体滑移运动对隧道结构的影响更加明显。因此，本文结合沪昆客运专线田家山隧道实体工程，对滑坡段超浅埋隧道施工病害及其加固技术进行分析研究。
2.工程概况
2.1 隧道场区水文地质情况
田家山隧道DK394+235～DK394+778，正线长543m（其中进口18m明洞，出口5m明洞，洞身25m明洞，暗洞长453m）。隧道全长位于直线上，隧道内纵坡为4.5‰的单面上坡。根据区域地质资料、地质调查结果和钻探揭露，该隧道区覆盖土层为第四系全新统残坡积层（Q4el+dl），下伏基岩为白垩系下统（K1）泥岩、砂岩、砂质泥岩、泥质砂岩，其中，泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩具膨胀性，遇水易软化、崩解，工程性能差。泥岩自由膨胀率3％～40％，砂质泥岩自由膨胀率4％～54％，泥质砂岩自由膨胀率4％～39％。场区白垩系下统（K1）岩层为单斜构造，倾向小里程方向。场地岩层产状为136°∠21°、160°∠20°，产状变化不大，岩体风化裂隙较发育，岩体较破碎～较完整。该隧道区无地表水，地下水为少量基岩裂隙水，受大气降水和地下水径流补给；勘察期间，在钻孔内测得场地地下水稳定水位埋深介于9.00m～24.10m，标高介于295.94m～319.96m，洞身大部地段位于地下水位以上。
2.2 隧道设计概况
田家山隧道采用从两端洞口掘进，洞身 DK394+593~DK394+673为洞身超浅埋段，其中 DK394+625~DK394+650拱部结构出露地面。 DK394+625~DK394+650段设置段设计为25m路堑偏压式明洞衬砌，明挖法施工。DK394+593~DK394+625和DK394+650~DK394+673采用暗挖施工，采用Ⅴ级围岩Ⅴc型复合式衬砌，施工方法采用三台阶临时仰拱法（大拱脚台阶法），DK394+625和DK394+650明暗分界处分别设置一排大管棚，长30mDK394+595~DK394+625段拱部150m范围设一排长30mφ108大管棚超前支护，环向间距0.4m。 DK394+650~DK394+680段拱部150范围设一排长30mφ108大管棚超前支护，环向间距0.4m。
明洞永久边仰坡采用浆砌片石孔窗护坡，并植草绿化。
明洞口临时边仰坡需根据地质情况采用喷锚支护防护，支护参数为：锚杆采用φ22砂浆锚杆，L-4.0m，间距1.5×1.5m，梅花型布置；喷混凝土采用15cm厚C25网喷混凝土，钢筋网采用φ8钢筋，网格间距25×25cm。
3.滑坡段超浅埋隧道施工病害及其成因
3.1 施工情况
2011年9月开始，DK394+625～+650段明洞段开挖施工，10月上旬，大里程DK394+650一侧的导向墙、边仰坡以及DK394+625～+650明洞段右侧山体发生变形、出现裂缝，对地表进行初步处理后，仍逐步发展。10月下旬，小里程DK394+625一侧的导向墙、边仰坡也出现裂缝，同时，DK394+650一侧以及明洞右侧山体变形裂缝发展至50cm以上，明洞段施工暂停。截止暂停时，明洞段开挖已经达到拱脚高度，临时边坡进行了锚喷防护，大里程方向仅完成导向墙，小里程方向暗洞开挖12m。
3.2 出现的问题
隧道现已施工开挖，明洞施工便道已修筑完成，交通状况较好。2011年10月1日施工单位进行安全巡检时发现在路线中线里程DK394+654，高程约320.8m处产生一条贯通的“一字形”张拉裂缝，长约48m，宽约0.1～0.5m。2011年9月21日至28日开挖支护DK394+650边仰坡并浇筑完成DK394+650导向墙。2011年9月30日芷江降雨，引发边仰坡上部填土层垮塌、下沉，导致边仰坡后缘及导向墙上方开裂，产生错动横向裂纹，并危及下方隧道洞门施工及便道行车安全。
3.3 病害产生的原因
1）该段落存在山体滑移的客观地质条件。
一方面，该段隧道存在较明显偏压，部分地段地表有2～5.5m厚的人工堆积土层，填土结构和厚度分布不均匀，未完全自重固结，整体较为松散。同时，岩层产状与开挖面形成不利组合；另外，该隧道位于波州盆地边沿处，出露地层为白垩系底部地层，为内陆湖泊边沿坡洪积而成的岩层。因特殊的沉积环境及成岩环境，具有以下特征：
（1）成岩特征：斜交层理发育，成层性差，为泥岩、砂质泥岩、泥质粉细砂岩互层，夹较多孤石。含砾石特征非常明显，成岩性较差，抗压及抗剪强度较差。泥岩具弱膨胀性。
（2）岩层暴露地表的表现行为特征：泥岩、砂质泥岩吸水或浸泡微裂隙发育，暴晒分解，搅动成泥，具有弱膨胀性。全风化层及强风化层中存在孤石，与围岩脱离，现场可见此特征明显。
2）在地层条件变化的情况下，施工中未能及时采用妥善的工程措施，工程施工改变了原有地貌与自然稳定状态，形成了以边仰坡下缘为底界的临空面，改变了原有应力状态；开挖扰动、爆破震动，使坡体岩、土体受振动而松弛；加之9月下旬至10月初发生连续降雨，地表水下渗，进一步软化了坡体地层，诱发了坡体下沉、滑移。
4.滑坡段超浅埋隧道施工病害加固技术
根据病害情况及该隧道场区工程地质情况，提出了护拱和放坡明挖两种方案进行比选。
4.1 护拱方案
1）明洞段范围调整
原设计明洞范围DK394+625～DK394+650，长度25m。因DK394+650处导向墙已开裂损坏，明洞段大里程方向明暗分界里程调整为DK394+658，明洞长度增加8m。
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2）明洞段工程措施调整
（1）DK394+658处仰坡增加钻孔桩
DK394+658明暗分界处仰坡正面增加4根φ1.25m钻孔桩，4根钻孔桩与导向墙同时浇筑，钻孔桩与导向墙采用C35钢筋混凝土，用于稳固仰坡正面及导向墙的稳定；施做φ108长管棚，长度仍按原设计30m；DK394+625和DK394+658明暗分界处临时仰坡正面采用C25网喷混凝土及φ50注浆小导管联合防护，具体参数：喷混凝土采用15cm厚C25网喷混凝土，钢筋网采用φ8钢筋，网格间距25×25cm；采用φ!50壁厚5mm注浆小导管，长度5.0m，间距1.5×1.5m，梅花型布置。
（2）增加护拱措施
DK394+625~DK394+658段，共33m明洞，采用护拱防护下暗做的方式进行施工，护拱下设φ1.25m钻孔桩基础，以保持护拱结构的稳定。
护拱下至明洞结构基底以上裸露的桩间岩土采用喷锚支护进行防护，支护参数为：锚杆采用φ22砂浆锚杆，L-4.0m，间距1.5×1.5m，梅花型布置；喷混凝土采用15cm厚C25网喷混凝土，钢筋网采用!8钢筋，网格间距25×25cm。
明洞结构施做前应有不少于15cm的预留变形量，施工中应考虑，本图未显示预留变形量的影响。
明洞结构外设防水层，具体详见通用图《长昆客专施（长玉段）隧通07A》，防水层施做前，应用C25喷混凝土抹平后进行防水层的铺设，施工中应保证明洞结构与护拱、钻孔桩或边坡临空面之间紧密接触以利结构的安全。
（3）明洞段临时边坡防护措施
临时边坡坡率：粉质黏土、素填土及砂质泥岩（W4）1：1.5，砂质泥岩（W3）1：1.25，砂质泥岩（W2）1：1。临时边坡按每8m设置一平台，平台宽度2m，开挖时自上而下开挖，边开挖边防护，临时边坡采用喷锚支护防护，支护参数为：锚杆采用φ22砂浆锚杆，L-4.0m，间距1.5×1.5m，梅花型布置；喷混凝土采用15cm厚C25网喷混凝土，钢筋网采用φ8钢筋，网格间距25×25cm。
对该段右侧已开裂边坡采用φ50小导管注浆加固，以保证护拱施工期间右侧边坡的稳定，横向注浆范围为距离线路左线右侧13m~29m范围内，注浆参数：φ50小导管，L-5.0m，间距2.0m，梅花型布置，浆液为1：1水泥浆液。
（4）明洞永久边仰坡防护措施
永久边坡坡率：粉质黏土、素填土及砂质泥岩（W4）1：1.75，砂质泥岩（W3）1：1.5，边坡防护采用骨架护坡防护。
3）增加DK394+595～DK394+620段锚固桩措施
本隧道洞身明洞小里程端暗洞偏压明显，部分段落拱肩覆土较浅，为确保施工及运营安全，DK394+595～DK394+620段左侧设锚固桩6根，桩截面尺寸2.0×2.5m，桩长19m，锚固桩距离衬砌外缘6m，锚固桩采用C35钢筋混凝土现浇。
4）增加地表及洞内注浆加固措施
DK394+605～DK394+625、DK394+658～DK394+673段拱部及以上为人工堆积体，采用地表注浆加固地层，确保施工安全。并且该段变更调整为双侧壁导坑法施工，具体工程数量详见工程数量表。
地表注浆范围为：距离隧道初期支护外缘左右侧各3m3m，注浆参数：φ50小导管，间距2.0m，梅花型布置，浆液为1：1水泥浆液。
5）占地调整
DK394+605~DK394+680段，共75m，永久占地范围为线路左线左侧45m至线路左线右侧50m，共占地10.7亩，占地类型为果林。
6）地表截排水系统
开挖线外5~10m设截水天沟，天沟长242m，施工前应首先重新施作好地表截排水系统。
4.2 放坡明挖方案
1）明洞段范围调整
因DK394+650处导向墙已开裂损坏，明暗分界里程调整为DK394+658，明洞长度增加8m。
2）明洞段工程措施调整
（1）明暗分界处工程措施调整
DK394+625、DK394+658处仰坡正面分别增加4根2.0×2.5m锚固桩，锚固桩顶与导向墙之间三角形区域采用混凝土浇筑，用于稳固仰坡正面及导向墙稳定；因现场仅施工了导向墙，长管棚并未施工，φ108长管棚长度仍按原设计30m；临时仰坡正面及桩间防护采用C25网喷混凝土及φ50注浆小导管联合防护，具体参数：喷混凝土采用15cm厚C25网喷混凝土，钢筋网采用φ8钢筋，网格间距25×25cm；采用φ50壁厚5mm注浆小导管，长度5.0m，间距1.5×1.5m，梅花型布置。
（2）明洞段临时边坡防护措施
临时边坡坡率：粉质黏土1：1.5，砂质泥岩（W3）1：1.25，砂质泥岩（W2）1：1。临时边坡按每8m设置一平台，平台宽度2m，开挖时自上而下开挖，边开挖边防护，临时边坡采用喷锚支护防护，支护参数为：锚杆采用φ22砂浆锚杆，L-4.0m，间距1.5×1.5m，梅花型布置；喷混凝土采用15cm厚C25网喷混凝土，钢筋网采用φ8钢筋，网格间距25×25cm。
（3）明洞永久边仰坡防护措施
永久边坡坡率：素填土、粉质黏土1：1.75；砂质泥岩（W3）1：1.5；边坡防护采用骨架护坡防护。
3）增加DK394+590～DK394+615段锚固桩措施
本隧道洞身明洞进出口偏压明显，部分段落拱肩覆土较浅，为确保施工安全，DK394+590～ DK394+615段左侧设锚固桩6根，桩截面尺寸2.0×2.5m，桩长19m，锚固桩距离衬砌外缘6m，锚固桩采用C35钢筋混凝土现浇。
4）增加地表注浆加固措施
DK394+605～DK394+625、DK394+658～DK394+673段拱部及以上为人工堆积体，采用地表注浆加固地层，确保施工安全，地表注浆范围为：距离隧道初期支护外缘左右侧各3m，注浆参数：φ50小导管，间距2.0m，梅花型布置，浆液为1：1水泥浆液，并且该段变更为双侧壁导坑法施工。
5）地表截排水系统
开挖线外5~10m设截水天沟，天沟长242m，施工前应首先重新施作好地表截排水系统。
通过对上述两种方案进行比较分析发现：放坡明挖方案的增加投资额为护拱方案的80.02%；但放坡明挖方案弃砟增加约0.5m3，而护拱弃砟减少约0.3m3，且放坡明挖方案占地面积较大。
综合分析田家山隧道各因素认为：护拱方案施工安全，占地面积小，推荐护拱方案。
5.结论
（1）滑坡段超浅埋隧道施工病害有：路线中线产生贯通的“一字形”张拉裂缝；边仰坡后缘及导向墙上方开裂，产生错动横向裂纹，并危及下方隧道洞门施工。造成这些病害的原因为：超浅埋隧道上方填土结构和厚度分布不均匀，未完全自重固结，整体较为松散；隧道场区岩层产状与开挖面形成不利组合；地表水下渗及施工不合理的开挖。
（2）针对滑坡段超浅埋隧道出现的施工病害，可采用护拱施工方案和放坡明挖施工方案对其进行处治和施工。放坡明挖方案的增加投资额较护拱方案的高；但放坡明挖方案弃砟增量较护拱方案多，且放坡明挖方案占地面积较大。因此在选用上述施工处治方案时，应综合考虑隧道实际情况，合理选择施工处治方案。
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论文作者:张成来
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/25
标签：隧道论文; 泥岩论文; 病害论文; 滑坡论文; 间距论文; 挖方论文; 地表论文; 《基层建设》2016年10期论文;