坪田隧道洞口段变形成因分析与处治方法

2017年5月12日清晨，坪田隧道进□所在区域发

生强降雨，暴雨强度高，且持续时间较长。雨后例行巡 查时发现坪田隧道进□右洞洞□段二衬出现多道裂缝，裂 缝位置由拱顶向拱腰发展；二衬出现环向、斜向裂缝宽

和施工原因引起。常见的偏压隧道以地形、地质引起的偏 压隧道为主，偏压会引起洞□段边仰坡变形、衬砌开裂等 病害，对此国内外学者或工程师进行了大量的研究。二、 工程概况与工程地质条件1. 工程概况坪田隧道位于仁深高速公路仁（化）-新（丰）段,

度0.5 ~ 2mm ；仰拱回填面出现纵向裂缝，裂缝宽度 5 - 10mm,且呈不断发展趋势；斜井与正洞交叉□段拱 顶初支局部开裂，且有渗水现象；省道S244挡墙发育有 近2cm竖向裂缝（图1 ）。全长2811m,进口端地形陡峭，直接与大桥相接，上跨 S244省道。屮裂区? 坏裂区2. 地形地貌与地质条件（1 ）地形地貌。坪田隧道位于中低山地貌区，中线 高程201 ~ 603m,相对高差402mo隧道进□处于山前 斜坡地带，自然坡度约40-45° ,植被发育。（2 ）地层岩性与地质构造。上覆第四系坡积层，下

伏寒武系八寸群板岩、砂质板岩、变质石英砂岩、变质砂 岩。其中第四系覆盖层和强风化层垂直厚度约30m。进 □端受构造作用主要表现在受洞身多道断裂构造影响，地

桥S

R+iL

内地帀弟覺

曰二材灵缱层极破碎，层间软弱夹层发育。（3 ）地下水。地下水为表层坡积体的孔隙水和基岩 风化带内的裂隙水，水量受地形地貌、孔隙率、岩体裂隙 发育程度及季节影响，富水性不均。主要靠大气降水补给,

曆

0+011\\图1支护开裂平面位置示意图四、变形成因分析冲沟等低洼部位以地下水径流形式排泄，斜坡部位以裂隙 渗流形式或受地形切割排出地表。三、 洞口段变形与发展受地形条件，坪田隧道进洞采用斜井进洞，进入 正洞后分别向进、出□两个方向开挖，洞□段采用双侧壁

1. 地形地质是基础性因素隧道进□段地形陡峭，右线外侧为一自然冲沟，地势 左高右低，洞轴线至外侧冲沟底相对高差约50m,存在 一定的地形偏压。洞□段表层发育约9m的全风化残坡积 碎石土，下伏20m强风化变质砂岩，存在一定的地质偏 压。偏压的存在从一定程度上具备了岩土体侧向移动的基 础条件。导坑法。1. 开挖及初支开裂2017年5月10日坪田隧道进□左洞通过斜井由洞 内向洞口掘进施工，ZK279+261处掌子面出现塌方，塌 方范围为ZK279+263 ~ ZK279+259（±台阶初支已施工）, 塌方体积约160方。施工单位对掌子页进行了回填反压

封闭处理，并对塌腔泵送混凝土适当充填。2. 坡体被扰动是结构性因素因施工条件制约，直接从设计位置进洞存在困难，故 采用从外侧冲沟内施作斜井再反掘出洞的方法。由于斜井

2. 二次衬砌开裂与主洞间距较小且总体上呈斜交（夹角约34。）,开挖成 洞后对坡脚岩土体扰动和挖除，降低了坡体的稳定性和岩 土体强度，岩土体内部易产生裂缝。同时扇形区域与整个 山体分离造成扇形体相对孤立，易在此处形成应力集中。

技术应用中華建證斜井开挖对岩土体进行一次扰动后，正洞开挖的二次扰动 加剧了岩土体变形。岩土体结构的改变为坡体产生潜在的 贯通带创造了条件。—致性表现为坡体变形均朝向临空方向，差异性表现为洞

□桥下边坡朝向河侧临空方向，斜井段山体朝自河侧临空

3.大气降水是诱发因素受施工开挖多次扰动以及左洞塌方影响，洞身及坡体 的岩土体在应力重分布过程中不可避免地出现一定的应变

方向，斜井段山体朝自然冲沟向，也可反映出隧道洞口山 体整体仍以浅层变形为主，治理效果较为明显。松动、变形，甚至出现裂缝，在5月12日持续强降水的 情况下，雨水入渗岩土体，一方面受水饱和增大荷载，另 —方面雨水入渗弱化岩土体力学指标，受偏压作用导致坡 体变形。在水的作用下，诱发岩土体内部发生相对位移并 形成贯通带，进而对支护结构产生剪切作用。当结构强度 不足以抵抗外力作用时产生破坏，形成洞内衬砌开裂。五、处治方法1. 应急处治洞内加固：一是采用I22bl字钢架在正洞内加固初 支和二衬；二是在原初支基础上再用1181字钢架加固斜 井内支护；三是在正洞仰拱出现裂缝段落注浆加固底板。图2地表监测位移趋势图坡体加固：根据坡体变形情况、地质补勘以及反演分

析后，推测变形范围和程度，采用钢花管在坡体上分段注 浆加固岩土体。2. 永久加固对洞外边坡1#段布置抗滑桩，抗滑桩施工采用机 械成孔工艺，尽量避免爆破震动减少对山体的再次扰

动。2#段、3#段注浆钢花管顶部设置冠梁连成整体，冠 梁增设锚索穿过潜在滑动面。利用坪田隧道进口左洞洞 □未施工二衬的段落，对边墙至洞身起拱线范围采用

图3深部位移监测点布置平面图地表典型监测点时间-垂向位移累积曲线076mmx5mm无缝钢管进行洞周围岩径向注浆加虱 左洞左侧壁钢花管长度15m,右侧壁18 - 20m,采用

二次劈裂注浆工艺。3. 治理效果分析在地表设置监测点，连续监测洞□段边坡位移。根据 监测数据分析，坪田隧道进□段山体目前整基本稳定，局 部稳定性较差。山体主要以浅表碎石土层变形为主(图2、 图3、图4)。(1 )从深层变形监测情况来看，主要表现为浅碎石 土变形为主，多为北西向，位移量一般小于5mm,变形 量值小，且较稳定；斜井附近山体在埋深6~12m范围存 在一定变形现象，位移量大者约10mm,降雨期间变形

增加相对明显六、结语通过对坪田隧道偏压引起衬砌病害和处治方法的分

(2 )从地表变形监测情况来看，水平向变形量均小 于10mm,竖向沉降变形均小于5mm,且在测点初始安

装完成数日后，各地表测点变形基本均趋于稳定；同时测 点变形方向较一致，均朝向临空方变形，表现为洞□桥下 边坡均朝向临空河侧方，斜井段坡体主要朝向自然冲沟方析，有以下结论供类似工程参考(1 )对存在地质偏压的洞□段，应先处理偏压后再

行开挖进洞，保证在开挖扰动时岩土体的稳定性；(2) 尽量减少对岩土体的多次扰动，特别是在两个

方向都存在临空面的情况下，不得已需采用斜井进洞时，

(3)从S244省道挡墙变形监测情况来看，挡墙裂 缝变形量均小于1mm,变形量较小且较稳定；挡墙位移 沉降变形小于6mm,未见明显发展，位移方向北西向，

分析其主要是受后部浅表碎石土挤压变形为主，变形方向

要经充分论证，预先采取相应措施稳定坡体，如事先做抗 滑桩处理(3) 水是影响岩土体强度的重要外因，施工前应做

好地表防排水处理，防止地表水下渗至岩土体出现软化松 动的情况。(作者单位：广东省南粤交通投资建设有限公司)与后部山体地表一致通过多种监测手段成果分析，从监测数据曲线上看， 具有变形量较小且变形较稳定的特点；从变形方向上看，