(74)宜万线隧道洞口滑坍分析与治理(铁道工程学报1121).doc

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1、宜万线隧道洞口滑坍分析与治理张民庆1,2，黄鸿健2，苗德海3，田四明3(1.中铁隧道集团科研所,河南 洛阳 471009;2.宜万铁路建设总指挥部,湖北 恩施 445000;3. 铁道第四勘察设计院,湖北 武汉 430063)摘要：研究目的：宜万线全线共有隧道159座，洞口150处，施工过程中有9处洞口发生了滑坍，通过对滑坍原因分析和滑坍治理，为类似工程提供借鉴。研究方法：介绍了9处洞口的滑坍情况，对滑坍原因进行分类，并根据地质情况进行滑坍治理。研究结果：隧道洞口滑坍与地质原因、设计原因、施工原因有关，对滑坍治理应根据地质条件采取不同的治理方案。研究结论：隧道洞口发生滑坍除地质原因外，勘察资料

2、不准确和不能及时进行方案完善是设计的主要原因，未按设计施工、未及时提出变更、施工方法不当、监控量测不及时是施工的主要原因。针对隧道洞口滑坍，应对洞口段进行有效的治理，当软弱不良地层厚度不大于5m时，可采取加强锚网喷防护；当大于5m、小于10m时，应采取钢管桩注浆加固；当大于10m时，应增设抗滑桩，以取得稳妥的治理效果。同时，应及时施做明洞、洞门，以及洞口段的二次衬砌。关键词：宜万铁路；隧道洞口；滑坍；治理作者简介: 张民庆(1970 )，男，河南孟县人，高级工程师，从事隧道及地下工程监控量测、注浆防水的科研、设计和施工。地址：湖北省恩施市东风大道503号宜万总指，邮编445000，电子信箱zs

3、kzmq888，电话：13972436278Analyse and treatment of the sloughing in Yichang-Wanzhou railway tunnel portalZHANG Ming-qing1、2,HUANG Hong-jian2,MIAO De-hai3,TIAN Si-ming3(1.Science and Technology Research Institute under China Railway Tunnel group o.Ltd.,Henan Unirersity,Luoyang 471009,China;2.Yiwang const

4、ruction headquarters of the managing of works of the railway ministry, Hubei University,Enshi 445000,China;3.The fourth survey & design institute of china railway,Hubei University,Wuhan 430063,China.)Abstract: Research purposes: Yichang-Wanzhou railway have 159 tunnels and 150 tunnel portals, 9 tunn

5、el portals happen sloughing in the construction. Give the use to the similar construction through analyse the sloughing reason and treatment.Research methods: Introduce the 9 tunnel portals sloughing, sort the sloughing reason, treatment the sloughing according to the geology.Research results: The s

6、loughing of the tunnel portal is relate to the geology and design and construction. Sloughing treatment is different according to the different geology.Research conclusions: The sloughing of the tunnel portal is not only relate to the geology reason , but also the unfaithful reconnaissance and not t

7、imely changing project is the primary design reasons. Not construct according to the design and not timely advance changing project and false construction method and not timely monitoring is the primary construction reasons. For taking the good treatment effect to the sloughing of the tunnel portal,

8、 take the anchor bolt and steel gridding and spurt concrete if the thickness of the soft rock less and equal than 5 meters, take the steel-pipe pile and grouting if the thickness of the soft rock greater than 5 meters and less than 10 meters, take the anti-slide pile if the thickness of the soft roc

9、k greater than 10 meters, At the same time, It is necessary to timely build the tunnel outside of the tunnel and tunnel gate and lining of the segment of the tunnel gate.Key words: Yichang-Wanzhou railway ; tunnel portal; sloughing; treatment80 概述一般来说，隧道工程洞口位置岩层破碎、松散，风化严重1，地形和地质条件极不稳定，同时，洞口段往往也是软硬岩层

10、交界的地方，因此，隧道施工后，破坏了山体原有的平衡状态，随着应力释放与重新分布，往往容易引起洞口段地表滑坡、坡面崩塌、偏压等。当隧道洞口发生滑坍后，不但影响施工进度，造成处理费用增加，同时，也会对洞口的周边环境产生较大的破坏，因此，隧道洞口段的设计和施工十分重要。宜万铁路东起宜昌东站，西至万州站，是我国铁路路网“八纵八横”主骨架之一。宜万铁路线全长377km，线全长288km，全线共设计隧道159座，洞门150处。1 隧道洞口滑坍、开裂统计1.1 隧道洞口滑坍、开裂统计宜万铁路隧道施工过程中，据统计，共有9处隧道洞口发生了滑坍、开裂，数量占隧道洞口总数量的6%。统计结果如表1。表1 宜万铁路隧

11、道洞口滑坍统计表Table 1 Statistics of the sloughing of the Yichang-Wanzhou railway tunnel portal序号隧道名称洞口滑坍开裂情况处理措施1堡镇隧道进口2004年7月20日，地表连降暴雨。24日，隧道天沟下方46m处的自然边坡上出现两条24cm的沉降裂缝。29日，发生严重滑坍。监测滑坍体最大沉降87.9cm，最大水平位移78.4cm。(1)地表垂直注浆。(2)延长明洞。(3)翼墙式洞门变更为柱式端墙洞门。2关口垭1#隧道进口2005年3月11日，隧道上半断面开挖3m时，洞口出现滑坍，沿滑坍边线外3.8m处地表出现三条宽4

12、6cm裂缝，10m范围内地表出现多道龟裂，左、右侧已喷锚防护的边坡出现4mm裂缝，滑坍量约50m3。(1)沿隧道顶边线进行刷坡及锚网喷防护。(2)滑坍段变更为明洞。(3)对开裂段采取垂直注浆加固。(4)采取大管棚预支护后进洞。3关口垭1#隧道出口2005年3月17日，隧道上半断面开挖65m时，洞口左侧出现表层滑坍。(1)对局部滑坍重新进行锚网喷防护。(2)完善洞顶排水系统。4野三关隧道出口2005年5月15日，地表连降大雨，隧道仰坡依次发生三次规模较大的土体滑坍，至16日，滑坍量达8000m3。滑坍造成洞口库房被冲垮，拌合站被损坏，电力系统被砸断，洞口被封堵。天沟上方出现多条裂缝，缝宽1020

13、cm，缝长2030m，山上便道处裂缝长约70m，宽0.21m，深0.51.2m。(1)在仰坡上部安全距离外5m施做钢管注浆群桩。(2)对坍体顶部进行刷坡及锚网喷防护。(4)在钢管群桩与滑坍线之间增设抗滑桩。5周家湾隧道出口2005年2月12日，隧道上半断面开挖100m时，洞口左侧出现滑坍，洞口被堵塞，长3m、厚0.3m临时防护拱被压跨，滑坍量约2500m3。(1)完善洞顶排水系统。(2)对滑坍面锚网喷防护。(4)及时进行明洞、洞门，以及洞口段二次衬砌的施作。6大山岭隧道进口2005年4月9日，地表突降暴雨，洞口地面及临时空压机房出现开裂。多次暴雨后，开裂加剧，隧道右侧边坡出现大量滑裂，洞口段初

14、期支护开裂。(1)拆除隧道左侧临时住房。(2)对洞口弃碴转移。(3)对裂缝采用粘土嵌缝。(4)增设抗滑桩。7打子坪隧道进口2005年3月2日，隧道上半断面开挖32m(级围岩)时，洞口左侧仰坡及山体出现开裂，裂缝4条，长1.722m、宽34mm。洞口山体沿裂缝出现错台，错台最大35cm，最大开裂17cm，开裂山体层厚36m。3月8日，山体错台加大至82cm。(1)对洞口增设支撑。(2)对洞口段上部扰动土体进行卸载。(3)地表垂直注浆。(4)增设抗滑桩。8广成山隧道进口2004年9月16日，隧道上半断面开挖67m时，地表以洞口为中心60m范围内出现滑坍、开裂，洞内距洞口18m、28m处出现两道环向

15、裂纹。(1)对开裂段施作支撑。(2)延长明洞，在洞口坡脚处堆砂袋。(3)对地表开裂段垂直注浆加固。(4)增设抗滑桩。(5)及时施作洞口段二次衬砌。9梁槽隧道出口2004年3月15日，按设计对洞口采取措施后进行隧道开挖，随之，洞口出现滑坡开裂。(1)加强地表锚网喷防护。(2)增设抗滑桩。1.2 隧道洞口滑坍、开裂相关图片 (a)堡镇隧道进口 (b)关口垭1#隧道出口 (c)野三关隧道出口 (d)周家湾隧道出口 (e)大山岭隧道进口 (f)打子坪隧道进口(g)广成山隧道进口图1 宜万铁路隧道洞口滑坍图片Fig.1 Photograph of the sloughing of the Yichang

16、-Wanzhou railway tunnel portal2 原因分析造成隧道洞口滑坍的原因有客观因素和主观因素。根据国外研究资料，并结合国内施工水平现状，应该说，主观因素是造成洞口滑坍的主要原因，因此，针对隧道洞口滑坍，应该更多地从设计，以及施工管理和施工技术上查原因、找不足。分析宜万铁路9处隧道洞口滑坍，其中，堡镇隧道进口、野三关隧道出口、打子坪隧道进口、广成山隧道进口、梁槽隧道出口共5处隧道洞口滑坍与设计有关，占55.5%。所有洞口滑坍均与施工有关，占100%。宜万线隧道洞口滑坍原因分析见表2。表2 宜万线隧道洞口滑坍原因分析表Table 2 Analyse of the slough

17、ing reasons of the Yichang-Wanzhou railway tunnel portal类 别原 因表 现 形 式地质原因(1)地质条件差围岩软弱、破碎，节理发育。(2)地表降雨地表降雨软化破碎围岩，降低其自稳能力。设计原因(1)勘察资料不准确设计的地质勘察资料与实际地质资料不符(2)变更不及时地质条件不符时，未能及时进行变更设计。施工原因(1)未按设计或未严格按设计施工未按设计或未严格按设计进行边仰坡防护未按设计对洞口段采用大管棚超前支护有明洞时，未按要求采取“先明洞、后进洞”的施工原则。未按设计要求尽快完成洞口工程(2)未及时提出变更现场实际地质与设计不符时，未及时

18、提出变更，仍按原设计实施。(3)施工方法不当对级围岩洞口段采取长台阶开挖，造成长时间支护结构不能闭合，变形量大。一次落底长度过长，造成沉降变形量大。在洞口大量弃碴，造成堆积加载。为施工方便，在隧道洞口大范围扩建便道，下切坡脚。(4)监控量测不及时未按规范要求进行地表监控量测，不能及时信息反馈、指导施工。3 滑坍治理3.1 洞口段范围根据工程活动影响，隧道施工会引起12D埋深范围内的地表产生较大的沉降变形，因此，应对该范围进行有效的处理，否则，将会造成该段落的地表滑坍、开裂，甚至形成较大规模的滑坡。因而，一般将12D埋深（D为隧道直径）范围作为隧道工程洞口段范围2，如图2所示。图2 隧道洞口段F

19、ig.2 Segment of the tunnel gate3.2 洞口滑坍治理工程实例(1)锚网喷防护【实例1】关口垭1#隧道出口洞口滑坍处理工程概况：关口垭1#隧道进口里程DK101+386，出口里程DK101+822，全长436m。隧道出口设计为强风化页岩，设计仰坡采取锚网喷防护，锚杆采用3m22砂浆锚杆，间距1.5m1.5m；钢筋网网格间距20cm20cm；喷射C20混凝土，厚10cm。进洞加固措施为3.5m长超前锚杆，纵向间距2.4m/环。滑坍过程：2005年3月17日1:30，隧道出口上半断面进洞开挖65m后，洞口左侧出现表层滑坍。见照片1-b。原因分析：施工中未按设计要求做好锚

20、网喷防护，长台阶法施工，从而导致洞口滑坍。治理措施：对局部滑坍重新进行锚喷网防护。完善洞顶排水系统。进行下台阶施工，并及时进行洞口段二次衬砌。【实例2】周家湾隧道出口洞口滑坍处理工程概况：周家湾隧道进口里程DK248+576，出口里程DK249+720，全长1144m。隧道出口地质条件为：表层覆盖粉质黏土夹碎石，厚01m，其下为泥质粉细砂岩及页岩互层，强弱风化，节理、裂隙较发育，岩层较破碎。洞口DK208+712+720段设计为明洞。滑坍过程：2005年2月12日，隧道出口上半断面施工至DK249+620，洞口左侧出现级顺层滑塌，塌落体长约20m，洞口被堵塞，长3m、厚0.3m临时护拱被压跨，

21、塌方量约2500m3。见照片1-d。原因分析：为拓展施工场地，施工便道时切割山体较多，由此产生了较高临空面。施工中未按设计要求先施作明洞和洞门，致使山体开挖后临空面长时间暴露。长台阶开挖。治理措施：立即完善隧道洞顶及滑坍体上方排水系统。在滑坍体上方设变形观测点，密切监测山体变形趋势。对已暴露的滑坍面采用锚网喷防护，锚杆采用25自进式锚杆，梅花型布置，间距1.3m1.3m，长35m，网喷后实施低压注浆。施做DK208+712+720段明洞及洞门，以及洞口段二次衬砌。(2)地表钢管桩（自进式锚杆）垂直注浆加固【实例3】堡镇隧道出口洞口滑坍处理工程概况：堡镇隧道为双洞单线隧道，左线长11.563km

22、，里程为DK70+161DK81+724；右线长11.595km，里程为YDK70+182YDK81+777。左线为线，直接开挖成洞；右线为线，采取平导先行、扩挖成洞。堡镇隧道进口洞口设计地质为砂粘性夹碎石土残积体与强风化页岩，采取刷坡及锚网喷后进洞。滑坍过程：2004年7月20日，地表连降暴雨。24日，隧道进口左线已施工的天沟下方46m处的自然边坡上出现两条24cm的沉降裂缝，见图片1-a。出现滑坍后，立即在裂缝两侧布设地表沉降观测点。29日，观测到地表滑坍严重。滑坍体最大沉降87.9cm，最大水平位移78.4cm。如图3。(a)地表测点下沉曲线 (b)地表测点沉降槽曲线图3 地表测点变形曲

23、线Fig.3 Curve of the distortion of the surface above the tunnel原因分析：原设计洞口地表砂粘性夹碎石土残积体覆盖层薄，洞口主要地质条件为强风化页岩。施工刷坡及补勘表明，洞口段位于坡残积体上，残积体平均厚度6m左右，下伏强风化页岩，节理发育、破碎，实际地质与勘察地质不符合。施工中未及时进行监控量测，致使出现大规模滑坍后才加强监控量测。治理措施：根据地形条件和地质资料，对左、右线洞口边仰坡进行地表注浆加固。如图4，左线加固范围横向为线路中线左右两侧各10m，纵向自洞口向出口方向加固长度18m，加固深度1.513m（隧道顶部注浆孔深度至拱部

24、位置，两侧注浆孔深度至内轨顶面）；右线加固范围横向为线路中线左、右两侧各10m，纵向自洞口向出口方向加固长度15m，加固深度1.515m（隧道顶部注浆孔深度至拱部位置，两侧注浆孔深度至内轨顶面）。注浆管采用32自进式中空注浆锚杆（周边设溢浆孔）。注浆管布置后，在地表采取网喷C20混凝土10cm，钢筋网与注浆管连接成整体。注浆材料采用普通水泥单液浆，水灰比为0.5:1。设计浆液扩散半径1m，注浆孔间距1.5m，注浆终压23MPa。左线洞口由原DK70+161向外延长2m，右线洞口由原DK70+182向外延长4m，采用套拱施工。取消原设计左右线两侧翼墙，将原设计的相互分离的翼墙式洞门变更为柱式端墙

25、洞门，左右线间沿线路方向用C20片石混凝土挡土墙将两洞门端墙连成一体。治理后如图片5。图4 堡镇隧道出口洞口滑坍治理方案(单位cm)Fig.4 Treatment project of the sloughing of the BaoZhen tunnel exit portal (unit centimeter) 图5 堡镇隧道出口滑坍治理后图片Fig.5 Photograph of the treatment of sloughing of the BaoZhen tunnel exit portal(3)增设抗滑桩【实例4】大山岭隧道进口洞口滑坍处理工程概况：大山岭隧道进口里程DK387

26、+690，出口里程DK389+371，全长3681m。隧道进口位于堆积体上，堆积物为山坡崩积的长石砂岩块石土夹粉质粘土、粉土，松散中密，块石大小不一，厚度411m。堆积体下部为J2s泥质粉砂岩与长石砂岩不等厚互层，紫红青灰色，厚层状，强弱风化，节理较发育，岩体较完整。为保证洞口安全稳定，设计采取如下措施：隧道洞口DK385+690+715段设计为级围岩，采取“超前大管棚+超前小导管”支护，采用I16钢架（1榀/0.5m）支撑。对DK385+678+699堆积体段采取小导管垂直注浆加固，加固深度5m，以提高基底承载力，避免洞口堆积体滑移。滑坍过程：2005年4月9日，地表突降暴雨，洞口地面及临时

27、空压机房出现开裂。随后多次暴雨后，洞口地面、临时空压机房，以及隧道左侧临时住房开裂加剧，隧道右侧边坡出现大量滑裂，洞口段初期支护开裂。见图1-e。原因分析：施工未按设计进行洞口段超前大管棚支护和基底注浆加固。隧道弃碴堆积于洞口外堆积体上，在洞口堆积体上建造临时住房，停放大型机械，从而造成堆积体加载，致使堆积体滑移。治理措施：拆除临时住房。对洞口弃碴进行转移。对裂缝采用粘土嵌缝。在隧道进口里程DK385+685附近平行于陡崖方向（与线路中线交角72）沿边道挡墙隧道两侧各布置6根（一排）C20钢筋混凝土抗滑桩，桩间距6m，桩径2m2.5m，桩长18m，桩顶埋设于路肩下1m。如图6。图6 大山岭隧道

28、出口洞口滑坍治理Fig.6 Treatment project of the sloughing of the DaShanLing tunnel exit portal【实例5】打子坪隧道进口洞口滑坍处理工程概况：打子坪隧道进口里程DK390+020，出口里程DK392+413，全长2393m，。隧道进口地质以下沙溪庙组（J2xs）紫红色泥质粉砂岩为主，夹灰黄色中厚层细粒长石砂岩，岩石软弱，但岩体较完整，岩层产状17056。洞口仰坡设计采取锚网喷防护。锚杆采用22砂浆锚杆，长5m，梅花型布置，布设间距1.5m1.5m；网格采用8钢筋，网格间距20cm20cm；喷射C20混凝土，厚10cm。滑

29、坍过程：2005年3月2日，上半断面开挖32m后停止掘进，随后，对洞口进行场地清理，准备进行下半断面施工。2005年3月3日10:00，洞口左侧仰坡及山体出现开裂，从仰坡顶边缘向大里程方向4.5m宽范围内地表出现4条裂缝：1#裂缝与线路平行，长1.7m、宽3mm；2#裂缝与线路垂直，长3.4m、宽4mm；3#裂缝与线路呈40夹角，长1.4m、宽4mm；4#裂缝开裂滑移下挫量较大，此裂缝走向与线路前进方向夹角120，从DK390+032左侧约3.7m起往左延伸22m。洞口山体沿此裂缝有不同程度下沉，最大错台35cm，最大开裂17cm，开裂山体层厚36m。隧道DK390+025处初期支护出现长5.

30、3m、宽3mm环向裂缝。随后，现场立即采取洞口反压、洞内加固措施。至3月8日，山体沿4#裂缝滑移下挫量达82cm，隧道内初期支护环向裂缝增加至3条，其中DK390+027处出现全环贯通裂缝，缝宽3mm。见图1-f。原因分析：打子坪隧道进口位于狭长的山脊上，基岩为泥岩、泥质粉砂岩等软岩为主，易风化，顺坡倾斜，倾角56，节理较发育，有三组。洞门及仰坡过陡，施工开挖形成切割层面的临空面，导致顺层滑移。施工便道和临时驻地在残坡积层中下部，施工后下切坡脚。实际开挖揭示洞口山坡表层为黏土夹碎块石，棕黄色，硬塑，层厚38m，下伏J2xs紫红色泥质粉砂岩，强风化弱风化，破碎，岩层产状1451705056。治理

31、措施：采用槽钢在洞口两侧边墙各加一道斜向支撑，以减少纵向应力引起的初期支护环向裂缝的进一步扩大。对洞口段上部的扰动土体进行卸载，以设计标高处的洞口坡脚为起点，洞层面与地表的交线再向外扩展6m为卸载仰坡边界线，从洞口顶以上2m处向卸载边界线刷坡，作为卸载底面线。采用小导管对洞口至DK390+060范围进行垂直注浆加固。在隧道进口右侧隧道加固范围外侧50m，沿临时便道布设7根C20钢筋混凝土抗滑桩，桩长14m，间距6m，桩径1.5m1.5m，桩顶高出临时便道6m，锚固深度8m。桩间设片石混凝土挡墙，墙高8m，基础埋深2m，墙背设砂夹碎石通长反滤层及泄水孔。为保证上部边坡稳定，在挡墙背后设浆砌片石回

32、填，沿坡面设置3条宽1m、厚1m的M5浆砌片石肋，间距12m，坡顶滑塌陡坎处设拱形骨架镶边护坡，宽1m、厚1m，石肋应埋设至稳定地层中深度1m。调整洞门结构设计，将翼墙由纵向调整为横向，并加厚尺寸，洞门立柱考虑加粗加深。如图7。(a)平面图 (b)纵剖面图图7 打子坪隧道进口洞口滑坍治理方案图Fig.6 Treatment project of the sloughing of the DaZhiPing tunnel inlet portal【实例6】广成山隧道进口洞口滑坍处理工程概况：广成山隧道全长5353m，进口为低山区，表层为Q4碎石土，松散，稍湿，厚度012m，隧道穿越T2b泥质灰岩

33、夹页岩，薄中厚层状，弱风化，岩层褶曲发育，岩层中发育两组节理，一组为21575，间距0.5m，另一组为32020，延长大于3m。进口右侧1520m处为一滑坡体，滑体主轴长20m，宽40m，滑体成分为粉质粘土夹碎石，厚24m，目前已稳定。隧道进口端47m设计为级围岩。滑坍过程：2004年9月16日，隧道进口上半断面开挖至DK407+056，下半断面开挖至DK407+027，洞内DK407+017处右侧拱部至拱脚出现环向裂缝，缝宽4mm，DK407+027处左侧自拱部向下出现2.6m长环向裂缝，缝宽5mm。在隧道地表以洞口为中心60m范围内出现滑落、开裂，对应DK407+032+048段斜向裂缝宽

34、3cm。见图1-g。原因分析：隧道洞口右侧为滑坡体，洞口段地质条件差，工程施工以及地表降雨引起洞口段的突然滑移。滑移方向向洞口右侧滑坡体方向。治理措施：立即停止洞内施工，封闭掌子面。对洞内裂缝段采用I20钢架扇形支撑，纵向间距1.5m。接长明洞3m，在洞口坡脚处堆砂袋形成反压，增大抗滑力。对地表DK407+025+040段线路中线左、右侧各15m范围内采用25自进式锚杆注浆加固，自进式锚杆自地表到拱部开挖轮廓线及边墙脚以下3m范围内垂直设置，梅花型布设，间距2m2m。在地表DK407+000左侧6.5m、12.5m，右侧6.5m、12.5m、18.5m处设置5根C20钢筋混凝土抗滑桩，桩截面2

35、m2.5m，桩长18m。对洞口段DK406+985DK407+025段进行二次衬砌。4 结论通过对宜万铁路隧道洞口施工中发生的9处洞口滑坍、开裂进行原因分析和施工治理，得到如下结论：(1)隧道洞口发生滑坍除地质原因外，应积极从设计和施工原因进行剖析。分析认为：勘察资料不准确和不能及时进行方案完善是设计的主要原因，未按设计施工、未及时提出变更、施工方法不当、监控量测不及时是施工的主要原因。(2)针对隧道洞口滑坍，应对洞口段进行有效的治理。当软弱不良地层厚度不大于5m时，可采取加强锚网喷防护；当大于5m、小于10m时，应采取钢管桩（自进式锚杆）注浆加固；当大于10m时，应增设抗滑桩，以取得稳妥的治理效果。同时，应及时施做明洞、洞门，以及洞口段的二次衬砌工作。参考文献1公路隧道设计规范.北京:人民交通出版社,2004年2关宝树.隧道工程设计要点集.北京:人民交通出版社,2003年3中铁隧道集团技术专家委员会.隧道防坍技术.洛阳:2004年