李洪江

摘 要：安全進(jìn)洞是隧道施工的重點(diǎn)，對于濕陷性黃土隧道尤為重要，如何防止進(jìn)洞過程中的濕陷性黃土在富水條件下的滑塌，以及滑塌后的處理是該類工程的關(guān)鍵。結(jié)合固原至海原公路工程炸山嘴隧道進(jìn)洞段出現(xiàn)的兩次滑塌事故，通過系統(tǒng)分析工程地質(zhì)、水文、氣象和工程措施等因素，詳細(xì)闡述了濕陷性黃土地區(qū)富水地段因隧道進(jìn)洞導(dǎo)致滑塌的處理措施及施工技術(shù)，并提出了濕陷性黃土隧道富水地段安全進(jìn)洞的施工技術(shù)見解，可以為后續(xù)類似工程的安全施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：黃土隧道 進(jìn)洞 富水地段 滑塌 處理措施 施工體會

中圖分類號：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（c）-0037-03

目前，我國正在按既定目標(biāo)進(jìn)行著大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在大規(guī)模的建設(shè)中，交通工程的建設(shè)是重中之重，穿越黃土的公路、鐵路也隨之增多[1]。黃土有著很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性和水敏性，這使得其廣受工程師和學(xué)者的關(guān)注。當(dāng)隧道通過黃土地區(qū)時(shí)，黃土本身的軟弱特點(diǎn)極易引起巨大變形，加之隧道進(jìn)洞段埋深較淺，圍巖自穩(wěn)能力較差，如果受水影響其濕陷性將引起邊仰坡的滑動，甚至垮塌[2]。數(shù)據(jù)表明，大量的黃土隧道在施工中都發(fā)生了坍塌的事故，而且目前在黃土隧道設(shè)計(jì)與施工中還處于經(jīng)驗(yàn)階段[3]，因此，如何正確防止及處理黃土隧道滑塌，保證黃土隧道進(jìn)洞安全進(jìn)洞顯得尤為重要。

該文結(jié)合寧夏固原至西吉公路炸山嘴隧道的洞口段施工中出現(xiàn)的滑塌事故，對濕陷性黃土隧道富水段進(jìn)洞滑塌事故和處理技術(shù)進(jìn)行了分析。

1 工程概況

國道309線固原至西吉公路工程設(shè)計(jì)為一級公路，設(shè)計(jì)行車時(shí)速80 km/h，炸山嘴隧道（雙洞四車道）為分離式長隧道，隧道進(jìn)口位于固原市原州區(qū)中河鄉(xiāng)廟灣村，出口位于西吉縣偏城鄉(xiāng)偏城村附近。炸山嘴隧道設(shè)計(jì)的基本情況見表1。

根據(jù)固原市原州區(qū)固原氣象臺站多年氣象資料統(tǒng)計(jì)，其多年平均降水量389.7 mm。降水多集中在7、8、9三個(gè)月份，年蒸發(fā)量平均1 550 mm。年平均氣溫5.5 ℃左右，最低氣溫（1月）-30.4 ℃；最高氣溫（7月）34.5 ℃。每年11月至次年3月為冰凍期，最大凍土深度1.21 m。

隧址區(qū)為清水河水系，清水河是寧夏境內(nèi)直入黃河的第一大支流，發(fā)源于固原縣開城鄉(xiāng)黑刺溝腦，在中寧縣泉眼山匯入黃河，全長320 km，境內(nèi)流域面積1 351.1 km2，河源海拔2 489 m，河口1 190 m，河道平均比降1.49‰。流域內(nèi)多年平均降水量335 mm。隧址區(qū)進(jìn)口附近為大路溝河的源頭，為季節(jié)性河溝，豐水季節(jié)有細(xì)小流水，勘察期間未見地表水。出口3 km以外為店子洼河，該河為季節(jié)性河流，勘察期間有少量流水，水量為86.2～150 m3/d。

隧址區(qū)為六盤山北脈，地貌單元屬侵蝕剝蝕中低山區(qū)，山脊高程在2 000～2 200 m左右，相對高差100～200 m，山脈呈南北走向，地勢總體趨向呈北西高、南東低。洞身地形中部高，兩出口地段地形較低，地形起伏較大，海拔高程2 000.50～2 180.00 m，相對高差約180 m。

地下水主要受地質(zhì)構(gòu)造、地貌、巖性、氣候和古地理等條件的控制和影響，可分為第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水。出口左側(cè)有泉水出露，流量為1.6～3.3 m3/d，所有鉆孔中均有地下水，且隧道標(biāo)高低于穩(wěn)定水位，因此，在隧道施工時(shí)可能有地下水涌出。隧址區(qū)位于中溫帶干旱區(qū)大陸性季風(fēng)氣候，降雨量少蒸發(fā)強(qiáng)烈，其涌水量應(yīng)該不大。但是在雨季，特別是連續(xù)降雨時(shí)段，因持續(xù)降水，隧道內(nèi)可能會出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，特別在隧道進(jìn)出口和隧道ZK25+220～500、YK25+223～503段可能會呈股狀流出。

左線ZK25+950～ZK26+004，右線YK25+908～YK25+972屬于隧道出口淺埋段，圍巖等級Ⅴ級偏弱，穿越地層為第四系新黃土和下第三系始新統(tǒng)清水營組（E3q）泥巖、砂質(zhì)泥巖，新黃土具自重濕陷性，巖體屬半成巖的極軟巖，巖性呈散體狀。

2 隧道進(jìn)洞過程

2.1 原設(shè)計(jì)施工情況分析

炸山嘴隧道首先施工左洞，洞口仰坡設(shè)計(jì)坡率為1∶0.75，且仰坡開挖土體表層為濕陷性黃土，且存在出水點(diǎn)，為保證土體穩(wěn)定，在施工隧道出口段邊仰坡時(shí)，將坡率減緩為1∶1，具體施工過程為：首先施做截水溝，截水溝至坡頂開挖線5.0 m，布設(shè)沉降觀測點(diǎn)，以備開挖時(shí)同步進(jìn)行觀測，然后進(jìn)行仰坡開挖，施做砂漿錨桿及噴錨。仰坡開挖至洞頂標(biāo)高位置時(shí)（下挖高度8 m），洞頂出現(xiàn)一滲水夾層，隨后出現(xiàn)明顯滲水，施工過程中出現(xiàn)局部滑塌，滑塌深度4 m。

根據(jù)現(xiàn)場滑坡的情況，對坡體坡率再次進(jìn)行減緩處理，坡率更改為1∶1.5，坡體分兩級開挖，增設(shè)2 m平臺，并嚴(yán)格按照逐級開挖逐級支護(hù)的要求及時(shí)進(jìn)行錨噴支護(hù)。隨后該地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)5天降雨，坡體因滲水及連續(xù)降雨的影響，在仰坡施工至套拱頂1.5 m處時(shí)，坡體發(fā)生嚴(yán)重滑塌，滑動坡面開口線位于一級平臺位置，距設(shè)計(jì)套拱頂垂直高度9.0 m（軸線樁號ZK25+975），如圖1所示。事后對土樣進(jìn)行檢測，實(shí)測該滑動面土質(zhì)含水率為20%～23%。

2.2 第一次滑塌處理方案及效果分析

事故發(fā)生后，施工單位聯(lián)合業(yè)主迅速成立了隧道專家組，經(jīng)過現(xiàn)場勘察，確定如下處理方案。

（1）清除坍塌體，明洞延長14 m，暗洞洞口加強(qiáng)段長度不變，V級圍巖加強(qiáng)段減短14 m。

（2）仰坡面開挖坡比由1∶1放緩至1∶1.25，這樣既保證了坡體穩(wěn)定，又清除了坍塌體，同時(shí)又保證了坡頂原小路的安全。

（3）坡面采用鋼管樁加強(qiáng)，以確保仰坡的穩(wěn)定。

施工期間項(xiàng)目部同步開始變形監(jiān)控量測工作，加強(qiáng)了對洞口地表沉降進(jìn)行觀測。現(xiàn)場根據(jù)處理方案恢復(fù)施工，先后完成了右洞出口段邊仰坡施工、導(dǎo)向墻及大管棚施工。然而在左洞出口段仰坡施工完成后，右洞地表和左洞地表測點(diǎn)分別出現(xiàn)了10.33 mm和9.31 mm的日沉降值突變，導(dǎo)致左洞平臺和右洞開挖邊界處出現(xiàn)細(xì)小裂縫，同時(shí)伴隨仰坡破面滲水的出現(xiàn)。隨后施工單位采用水泥漿液灌縫、表面砂漿封堵等措施對裂縫進(jìn)行了緊急封閉處理。

次日凌晨，隧道左洞左側(cè)ZK25+976～ZK26+004明洞范圍邊坡發(fā)生突然滑塌，主要滑塌范圍為右洞中心至左洞左側(cè)邊仰坡位置，右洞仰坡開挖線處已封閉處理的砂漿鼓起并開裂。距左洞開挖邊線13 m處裂縫擴(kuò)大，裂縫寬度最大達(dá)到10 cm，最大深度2.6 m，但無錯(cuò)臺。左洞中央隔離帶產(chǎn)生一條縱向滑移面，該滑移面內(nèi)肉眼可觀測到有泥質(zhì)充填，并且表面光滑，已可觀測到有滑動形成的錯(cuò)裂縫。待滑移穩(wěn)定后，右洞出現(xiàn)明顯滲水，每天滲水量約7方。經(jīng)實(shí)地測量，最終滑移開口線距導(dǎo)向墻位置44 m，寬度90 m，深度26 m（至上述滑動面），塌體頂部距洞頂20 m。

2.3 第二次滑塌處理方案及效果分析

經(jīng)現(xiàn)場專家會議詳細(xì)討論后，為了保證坡體的穩(wěn)定，決定對滑塌體處理遵循先加固再處理的原則。整個(gè)處理方案按施工順序分7部分。

（1）左線滑塌體大里程端采用改良土回填作為反壓體（須設(shè)洞口核心反壓體），右線實(shí)施護(hù)拱（5 m）后按原設(shè)計(jì)進(jìn)洞。

（2）左線滑塌體分臺階進(jìn)行碾壓或強(qiáng)夯處理。

（3）左右線滑塌體小里程端未滑塌部分陡立壁面進(jìn)行削坡（緩坡）處理。

（4）對左線滑塌體前后進(jìn)行地表注漿固結(jié)。

（5）施工左線導(dǎo)向墻及超前長管棚，小里程10 m左右并輔以超前小導(dǎo)管，加強(qiáng)超前支護(hù)，大管棚結(jié)束采用小角度雙層超前小導(dǎo)管。

（6）采用加強(qiáng)型襯砌（大格柵+型鋼拱），以明洞暗進(jìn)的方式進(jìn)洞。

（7）施作洞門鋼筋混凝土端墻。

同時(shí)因滑塌時(shí)當(dāng)?shù)亟涤觐l繁，且降雨量較大，為防止降雨雨水沖刷及浸泡造成二次坍塌，需對坍塌斷面及坍塌體進(jìn)行了覆蓋。在清除滑塌體表面錨桿、鋼筋網(wǎng)及雜物后，對滑塌體進(jìn)行強(qiáng)夯碾壓處理。碾壓完畢后對左洞明洞段回填10%水泥土處理，進(jìn)行分層碾壓，碾壓厚度不大于30 cm，回填土與開挖結(jié)合部位采用臺階法處理，如此分層回填直至設(shè)計(jì)高度。對滑塌體開口線陡坎位置進(jìn)行邊坡處理，用挖掘機(jī)將坡面開挖成坡率為1∶2的邊坡，分兩級開挖，中間設(shè)15寬平臺，開挖1級坡時(shí)對坡面進(jìn)網(wǎng)噴防護(hù)。然后對左洞劃塌體進(jìn)行地表注漿處理，注漿孔采用梅花型布置。然后施做左洞導(dǎo)向墻，施工前在洞頂平臺布置沉降觀測點(diǎn)，進(jìn)行沉降觀測，導(dǎo)向墻向小里程傾斜，坡度為1∶0.1，長度2 m，厚度1 m，采用C30混凝土。導(dǎo)向墻內(nèi)設(shè)4榀型鋼加強(qiáng)；右線導(dǎo)向墻未破壞，大管棚也已施作，按原設(shè)計(jì)進(jìn)行。導(dǎo)向墻施做完成后，采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工。

采用上述處理措施后，施工過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，左右洞地表沉降均趨于穩(wěn)定，洞口周邊亦未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫。表明炸山嘴隧道滑塌事故達(dá)到了處理的預(yù)期效果，恢復(fù)了正常施工。

3 結(jié)論與建議

黃土隧道進(jìn)洞施工時(shí)，雖大多會采取一定的超前支護(hù)措施，但遇到降水頻繁或富水地層時(shí)仍有可能出現(xiàn)較大的初期支護(hù)沉降變形，甚至滑塌[4]。通過分析該工程發(fā)生的兩次滑塌事故，并及時(shí)實(shí)施相應(yīng)的處治措施，保證了工程的安全進(jìn)洞。從中可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)。

（1）即使地勘顯示隧道涌水量較少，黃土隧道施工仍需高度重視潛在滑坡體裂縫的注漿封堵處理，同時(shí)配合完善排水系統(tǒng)，防止因突發(fā)降雨，造成洞室涌水現(xiàn)象，對施工安全產(chǎn)生巨大威脅。

（2）黃土隧道邊仰坡本身自穩(wěn)能力較差，加之洞口施工，不可避免地會形成陡坎斜坡面，破壞自然坡角，形成潛在滑移面，極易產(chǎn)生滑塌。因此，對高邊坡進(jìn)行網(wǎng)噴加固，使其形成一個(gè)相對穩(wěn)定的整體是很有必要的，同時(shí)若條件允許可配合抗滑樁對洞口段進(jìn)行加固。

（3）在施工場地和條件允許的情況下，黃土隧道進(jìn)洞應(yīng)遵循“早進(jìn)洞晚出洞”的原則[5]，適當(dāng)延長明洞長度，起到鎖定洞口的作用，減小進(jìn)洞風(fēng)險(xiǎn)。

（4）超前管棚注漿支護(hù)對于隧道進(jìn)口施工具有重要作用，但黃土隧道進(jìn)洞時(shí)管棚施工應(yīng)盡量避開雨天，防止管棚與土體間出現(xiàn)大量空洞，影響施工質(zhì)量。

（5）重視監(jiān)控量測，隧道進(jìn)洞時(shí)需提前布置監(jiān)測點(diǎn)，一旦數(shù)據(jù)發(fā)生異常應(yīng)及時(shí)分析原因并暫停施工，防止安全事故發(fā)生。

（6）施工過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況結(jié)合監(jiān)控量測數(shù)據(jù)對設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方案不斷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，做到動態(tài)設(shè)計(jì)，可及時(shí)有效地遏制險(xiǎn)情的進(jìn)一步擴(kuò)大。

（7）出現(xiàn)坍塌情況時(shí)，對滑塌體采用就地夯實(shí)并回填改良土體的方式較清除坍塌體更為合理有效。同時(shí)對未滑塌部分陡壁應(yīng)及時(shí)進(jìn)行削坡處理，并采用網(wǎng)噴防護(hù)。

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