摘要 文章主要对浅埋隧道穿越冲沟地形的进洞方案进行研究。由于设计水文、地勘资料与现场不符，通过对按原设计参数进洞失败及变更处治后仍不能安全进洞的原因分析，提出洞外采用明洞接长并回填，抵抗仰坡滑移，稳住边仰坡;洞内采用临时支撑、注浆固结围岩的措施，保证了隧道安全进洞，使浅埋段成功穿越冲沟地形。

关键词 浅埋;冲沟;洞口;隧道进洞;滑坡;冒顶;塌方

中图分类号 U445.4 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）09-0160-03

引言

冲沟地形是由软弱岩石、土壤在间断流水长期冲刷作用下或地质构造变化（地震或地层沉降）形成的相邻高差较大的沟谷地。[1]通常情况下，隧道在穿越各种冲沟段时，由于沟谷地地应力较集中，加上浅埋、偏压、围岩差等因素，往往在隧道施工时造成滑坡、塌方、冒顶等，使得隧道进洞困难[2]。

1 工程概况

蔡家坡隧道位于贵州省六枝特区下辖九龙街道蔡家坡至缸口寨一带，呈近东北—西南向展布。隧道设计为分离式+小净距隧道，出口端测设基线间距约20 m，双向四车道，设计行车速度80 km/h。左幅隧道长2 089.15 m，最大埋深约255.98 m。右幅隧道长2 045 m，最大埋深约266.509 m。隧道出口端浅埋段长度83 m，埋深0～25 m，见图1。

2 隧道出口端原设计

2.1 洞口段原地勘资料

2.1.1 地质情况

隧道出口段属缓坡地貌，地形坡角在15°～20°，覆盖层为粉质粘土及全风化泥岩，钻探揭露厚度分别为3.5 m及6.0 m，下伏基岩为中风化白云岩。洞口处围岩为软岩—较坚硬岩，岩体较破碎—较完整，结构面较发育，呈碎、裂状结构，属V级围岩。斜坡自然条件下较稳定，边坡开挖地层主要为中风化白云岩、泥岩等，表层有薄层粉质粘土。由赤平投影图分析，斜坡为反倾坡，层理面与J1、J2对于出口端开挖仰坡影响不大。

2.1.2 地下水

地下水以岩溶裂隙水、构造裂隙水为主，水量随大气降水量及节理裂隙变化而变化，岩体节理裂隙发育，围岩富水性不均一，透水性较弱。

2.2 洞口边、仰坡防护设计参数

出口端洞门形式采用端墙式。洞口开挖临时边、仰坡及暗挖工作坡面边坡加固采用锚、喷、挂网支护，支护参数采用以下参数。

边坡：三级坡坡率为1∶1，二级坡坡率为1∶0.75，一级坡率为1∶0.5，防护采用Φ6钢筋网（20×20 cm）+22砂浆锚杆（L=2.5 m、L=6.0 m，间距1.2×1.2 m，梅花形布置）+10 cm厚C20喷射混凝土锚喷支护。

仰坡：仰坡开挖坡率为1∶0.5，喷10 cm厚C20素混凝土，打设Φ22砂浆锚杆，间距1.0×1.0 m，锚杆长度为4.0 m，挂Φ6钢筋网，网格间距为20×20 cm。

3 施工过程遇到的问题

3.1 隧道长度调整

隧道出口端右幅浅埋段长83 m，埋深0～25 m，仰坡地质为红粘土。隧道进洞前，经现场实地勘查，因地方道路与主线K6+040通道桥桩基施工干扰，经变更，调整隧道长度。隧道右幅缩短20 m进洞，仰坡高度8 m。左幅缩短41 m进洞，洞门处埋深13 m。变更后，右幅浅埋段长63 m，埋深8～25 m;左幅浅埋段36 m，埋深13～25 m。

3.2 进洞失败

原进洞方案按照：测量放样→截水沟施工→边仰坡开挖及防护→施作套拱→施作长管棚→进洞施工→明洞施工、洞门施工顺序先组织右洞进洞，右洞掌子面掘进50 m后再组织左洞进洞。

3.2.1 右洞洞口施工情况

由于左幅缩短41 m，前期先开挖左幅缩短段落的路基边坡。因此，隧道进洞先施工右幅。右洞上导坑掘进13 m时，仰坡喷射混凝土沿截水沟附近出现多条环向裂缝，宽度1～2 cm，洞内上导坑靠近洞门位置初支左、右边墙喷射混凝土出现“鼓胀”现象，隆起高度约3 cm。将仰坡环向裂缝封闭后上导坑继续掘进，在上导坑掘进20 m时，仰坡截水沟附近环向裂缝加剧，且截水沟后方坡体也出现多条环向裂缝，裂缝宽度5～10 cm。右幅洞顶上方冲沟区域形成浅层小型滑坡。

经参建各方开会讨论后形成变更处治方案如下：

（1）刷坡减载，即在浅层重力式滑坡区域按照2级边坡进行刷坡减载，边坡坡率1∶1.25，每级边坡高度控制在6 m以内。

（2）仰坡立即施作3×3 m的排水孔，长度6 m，仰角8°～12°，内径Φ70 mm。

（3）地表注漿，沿纵向每隔1 m打设一排4.5 m Φ42×4注浆钢花管。共打设10排;每排的注浆管打设范围沿纵向长度为20 m，钢花管横向间距为1 m。

3.2.2 左洞洞口施工情况

右洞仰坡处治过程中左幅路基边坡已开挖完成，左洞开始进洞。在左洞上导坑开挖至36 m，仰拱施作完成8 m时（右洞掌子面停工），因工区连降大雨，土体处于饱水状态，左洞距洞口10 m处发生冒顶，塌陷区域约7×8 m，左、右洞洞内初支均变形并侵限，拱顶有黄泥水流出;右洞仰坡经加固处治后再次开裂，环向裂缝增多，开裂范围纵向发展至30 m处，裂缝宽度5～30 cm，仰坡滑坡呈加剧状态，隧道出口端双洞进洞均失败。

3.3 地质补勘

因洞口段开挖揭露地质情况与设计地勘有较大出入，组织地质补勘。洞口段实际地形地貌及地质情况：

隧道出口端右幅洞口上方为缓斜坡地貌，地形坡角15°～20°。右幅位于一缓倾冲沟内（见图2），具备汇水条件，覆盖层为可塑状红粘土，钻探揭露厚度为28 m，下伏基岩为强—中风化白云岩。左幅洞口端上方属陡坡地貌，地形坡度在40°～50°，地表覆盖层为可塑状红粘土，钻探揭露厚度为14 m，下伏基岩为中风化白云岩，钻孔记录见表1。设计地勘资料和实际情况不符，即浅埋段洞身围岩均位于红粘土层内。

4 调整进洞方案

（1）进洞失败原因分析。该段水文、地质环境与设计地勘情况存在差异，边仰坡防护参数不足。右幅位于冲沟内且埋深浅，处于沟谷地应力密集地带。冲沟地形隧道开挖，洞内、地表出现了明显的纵向效应，即随着隧道向前掘进，洞内初支变形、地表开裂、沉陷加大[3]。

现场边仰坡段为红粘土，隧道长度经变更后缩短20 m，增大了仰坡坡角，破坏了仰坡平衡状态。仰坡开挖后下滑趋势加大，经加固后未能有效固坡，洞顶上方后缘裂隙变形较大，且后期变形逐渐扩散，雨水渗入地表覆土使其自重增加，覆土间的粘聚力下降，加上洞内施工扰动，导致地表开裂沉陷、冒顶。

（2）调整思路。隧道仰坡地层为红粘土，锚索框架梁防护方式不适宜，受场地所限，抗滑桩无法布设。因此，仅靠加固仰坡隧道仍然无法进洞，所以采取明洞接长回填反压的方式抵抗仰坡坡体下滑力，尽量减小隧道穿越冲沟地形洞内、地表的纵向效应，保证隧道安全进洞。具体处治方案如下：

4.1 仰坡处治

（1）及时封闭坡面裂缝，防止地表水沿裂缝下渗。先采取人工对坡面裂缝进行凿孔，防止内部脱空现象，再对裂缝进行封闭施工，局部裂缝较大处采用泵送混凝土进行封闭。

（2）左洞上方冒顶处采用泵送混凝土进行封闭。

（3）裂缝较大处，增设地表钢花管注浆，采用Φ42钢花管对地表加固处理，钢花管按照1.2 m×2.0 m的间距梅花形布设，每根长4.0 m，壁厚3.5 mm。

4.2 右洞明洞接长

（1）右洞采用明洞接长（20 m），并进行回填，回填高度6 m，起到对右洞仰坡及两侧边坡压脚的作用，防止仰坡土体失稳下滑。回填后仰坡高度2 m，右洞左侧边坡高度4 m，右侧边坡基本填平。

（2）明洞回填。明洞衬砌混凝土强度达到75%以上时进行明洞回填，回填前进行防水处理，并在洞顶回填土表面夯填50 cm厚粘土隔水层，砂砾做透水层，采用人工分层夯实，要求压实度不小于90%，施工时注意对称回填，两侧回填的土面高差不得大于50 cm。人工夯实回填至拱顶以上1 m，方可采用小型机械分层夯实。

4.3 初期支护加固

（1）右洞掌子面及左洞冒頂涌泥端采用洞渣回填反压，洞内初支变形段落采用临时钢支撑支护。临时支撑采用18工字钢，间距为60 cm，支撑底部采用钢板支垫，支撑于两侧拱腰位置，显倒八字形支撑，纵向间距与初支型钢间距一致，并与原初支工字钢焊接成整体。

（2）径向小导管注浆加固。采用Φ42钢花管对土质围岩进行径向注浆加固处理，按照1.2 m×2.0 m（环向×纵向）的间距梅花形布设，钢花管长4.0 m，壁厚3.5 mm。

（3）初期支护钢架拆换。出口明洞接长并回填反压及暗洞土质围岩范围采用径向小导管注浆加固后方可进行洞内初支变形侵限段落处治，初支换拱逐榀进行。在需换拱的钢拱架接头处增加4根Φ42（长度4.5 m）锁脚锚管加强锁脚。

4.4 二衬施工

初期支护采用临时支撑加固，土质围岩注浆固结后，及时跟进仰拱及仰拱填充，出口端洞口施作二模二次衬砌对洞口进行锁口。洞内初支侵限段落完成换拱后，紧跟二次衬砌浇筑。

4.5 施工期间监控量测

（1）洞内布点观测。施工前，在洞内初期支护钢拱架上布设拱顶下沉观测点及净空收敛观测点，每5 m一个断面进行布设，对初支侵限较大处，增设绝对位移监测点，尤其是连接钢板处和墙角处。

（2）洞外布点观测。洞顶原地表，每5 m一个断面布设位移观测点，观测点位移容许值为ΔX≤1.25 cm、预警值为ΔX≤1.5 cm。

（3）观测频率。观测频率为每天2次，降雨期间每天3次，直至浅埋段二次衬砌施工完毕。

5 结论与建议

（1）结论：该文依托六安高速蔡家坡隧道，对浅埋隧道穿越冲沟地形进洞方案进行阐述。原洞口段水文、地质情况与现场不符，洞口开挖防护设计参数不足，导致双洞进洞失败。关键原因是仰坡在经过仰坡坡角增大、仰坡开挖以及左右洞洞身开挖之后，多次造成扰动，加上暴雨季节地下水下渗，导致仰坡形成浅层滑坡，隧道无法进洞。在采用明洞接长回填反压，对仰坡及洞口边坡起到压脚作用，抵抗仰坡继续下滑;同时对洞内初支进行临时加固、围岩进行注浆固结;地表对裂缝、冒顶处进行封闭处理，防止地表水继续下渗的方式，保证了隧道双洞实现安全进洞。

（2）建议：位于冲沟地形、埋深浅、土质围岩条件下的隧道，仰坡坡体通常处于临界平衡状态，仰坡及洞身开挖易造成仰坡失稳，切忌盲目缩短隧道长度，增大仰坡高度及角度。建议隧道进洞采用零开挖或者接长明洞再回填暗挖掘进的方式，尽可能少扰动仰坡坡体。

参考文献

[1]雷浩. 冲沟地形浅埋土质隧道开挖纵向效应特征研究[D]. 西安：西安理工大学， 2018.

[2]关宝树. 隧道力学概论[M]. 成都：西南交通大学出版社， 1993.

[3]赵继伟， 高杨. 长大隧道穿越冲沟超浅埋段地表注浆加固技术[J]. 工程建设与设计， 2021（3）： 170-171+174.

收稿日期：2022-02-15

作者简介：王国丰（1979—），男，硕士，高级工程师，从事隧道施工技术研究工作。