城市建筑ｌ岩土・基础工程Ｉ ＵＲＢＡＮＩＳＭ ＡＮＤ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｉ ＧＲＯＵＮＤ ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ 软弱围岩隧道洞口段失稳机制分析与处置技术研究 Ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｉｓｐｏｓａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｗｅａｋ Ｒｏｃｋ Ｔｕｎｎｅｌ Ｐｏｒｔａｌ Ｓｅｃｔｉｏｎ ■孙佳●Ｓｕｎ Ｊｉａ 【摘要】近年来，随着社会经济与公路建设的发展，隧道 建设也逐步增多，有很多隧道的洞口围岩均是软弱围岩， 结构较为松散，其整体性相对比较差，最终导致在 施工开挖中，出现了围岩失稳问题。鉴于此，根据 程的研究和分析可知，因隧道浅埋，处于一种偏压 的状态中，再加上该隧道围岩的性质相对比较差， 由于受到偏压或者浅埋等一系列地质方面因素的干扰与影 该隧道失稳情况，我们借助于数值的方式来对围岩 响，使得在隧道洞口施工中容易出现滑塌，因此本文提出 失稳原因进行分析。 了以下解决方案。 １．分析模型与参数 在本次分析中，分析模型的范围主要如下：沿 【关键词】隧道洞口段软弱围岩失稳机制处置技术 着隧道的轴线方向取大约７２ ｍ，其中隧道右侧的横 坡是根据实际地形情况，在左侧取洞泾五倍，大约 ＩＡｂｓｔｒａｃｔｌ Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ， ｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｏｃｉａｌ ｅｃ－ 是６５ｍ，而下边界则取洞泾三倍，大约为４０ｍ。在 ｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｈｉｇｈｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｈａｓ 该模型中，不管是左右，还是前后边界，均施加相 ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｐｏｒｔｌａ ｓｅｃｔｉｏｎ ｓｕｒｒｏｕ－ 应的法向约束，且在底部边界也施予了相应的约束。 ｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋｓ ｉｓ ｗｅａｋ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋｓ．Ｄｕｅ ｔ０ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ 本次模型的单元共为６３５１９个，节点共为２３ｌ１３个。 ａｎｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆａｃｔ０ｒｓ ｏｆ ｂｉｓａ ｏｒ ｓｈａｌｌ－ 隧道的宽度为ｌ３．７ｍ，高９ｍ。考虑到在实际施工中 ｏｗ ｂｕｒｉｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆｔｕｎｎｅｌ ｐｏｒｔｌａ ｉｓ ｌｉｋｅｌｙ ｔｏ ｓｌｕｍｐ． 应用了中空型的注浆锚杆，在模型分析中，锚杆则 Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ． 借助于加固区域围岩参数的提升来模拟。并提升加 固区的重度、内摩擦角、弹性模量以及粘聚力等， ＩＫｅｙｗｏｒｄｓ】ｔｕｎｎｅｌ，ｐｏｒｔａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｗｅａｋ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ，ｉｎ－ 对泊松比予以降低。在数值模拟上，首先根据该隧 ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｄｉｓｐｏｓａｌ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 道设计开挖的方案对于施工全过程实施围岩稳定性 的分析 接着对该隧道所采用的ＣＤＲ法开挖方案予 前言 以优化，并实施讨论。 因隧道洞口段位置的围岩，其风化较为严重， ２．洞口段失稳机制分析 造成其岩性相对比较软弱。再加上受到外界环境的 利用数值分析法，获得支护结构以及隧道围岩 影响，很容易使隧道洞口段出现坍塌或者滑坡等相 的塑性区分布以及位移场分布等，通过所得到的这 关灾害。本文就以某工程为例，借助于ＦＬＡＣ软件来 些结果来对围岩稳定性实施评价。从显示结果来看， 进行三维仿真地质模型的构建，通过数值来分析与 隧道深埋侧拱腰周围会出现相应的塑性，所得这一 研究该洞口段失稳机制，同时按照研究的结果提出 结果和施工现场仰坡滑塌的实际位置相接近，同时 相关处置技术。 现场桩后土石上发生了较为明显垮塌。从模拟结果 一、工程实例概述 来看，因该隧道的围岩结构比较松散，因此该隧道 该隧道左幅的长度为１ ５３０ ｍ，其进口段的长度 和山内侧相靠近的这一仰坡在一定程度上会出范围 为１３５ ｍ。隧道为浅埋，其埋深在０～３８ｍ范围内， 较大的水平位移以及临空面位移，其位移情况和施 隧道围岩性质是碎石土、薄层状的强风化板岩与全 工现场滑塌位置大致一样 风化板岩。由于受到洞口周围断层的影响，其岩体 引起隧道洞口发生滑坡的主要原因有外界降 节理、风化裂隙以及片理呈级发育，其中很大一部 雨、地质地形以及施工扰动等。本文所介绍的这一 隙为张开形状，胶结较差。且在地表能见岩体 隧道，由于其开挖的方式为机械开挖，因此施工扰 被风化裂隙以及节理切割成为了２～２０ ｃｍ的碎石 动相对比较少。从数值分析的结果来看，该隧道出 状，结构较为松散，偏压较为严重，根据Ⅵ级围岩 现滑塌的原因为该隧道洞口段自身围岩的属性比较 来予设计。基于该隧道自身地形条件与地质情况， 差。相对于其他位置而言，在开挖时，容易使拱顶 在施工过程中采取了抗滑桩以及超前大管棚等一系 靠近山侧的仰坡出现较大位移，同时在围岩的左右 列预加固措施。同时在进口段的开挖过程中，借助 拱腰侧还会产生大范围塑性区。再加上该隧道所在 于ＣＲＤ法的应用来予以施工。尽管在施工过程中已 地区的雨水比较充沛，容易使上述这些区域出现裂 经采取了上述这些方式，但是在该隧道左幅开挖进 缝，导致大气降水的渗入。随着雨水的渗入，首先 洞还未到１０ ｍ以后就产生了大面积仰坡开裂，并且 会使围岩内摩擦角以及粘聚力受到严重的影响。并 局部还出现了失稳滑塌现象。在洞内初期所设的支 且还会使围岩重度不断增大，最终使围岩的性质受 护、竖向临时支撑与混凝土导向墙均在不同程度上， 到影响，导致围岩下滑力比抗滑力大，继而造成围 都出现了掉块与裂缝。 岩与喷层出现浅层滑塌，使得支护出现较大变形问 二、软弱围岩隧道洞口段失稳机制的分析 题。此外，从数值结果以及现场的实际情况来看， 在本次研究中，首先对该隧道构建了相应的三 浅层中的回填土同样也会出现屈服垮塌现象。因此， 维仿真地质模型，模拟的结果和现场所出现的问题 下滑力就无法借助于其传到抗滑桩。导致抗滑桩的 一致。本文所介绍的这一隧道，其所处地层是碎石 受力也比较小，最终滑体就会沿着仰坡的这一方向 土、薄层桩强风化层板岩与全风化板岩。在施工过 滑出。 程中，尽管已设置了相应的长管棚来实施超前支护， 三、处置技术分析 且又借助于ＣＲＤ方法来施工。但是因该隧道围岩的 基于上述内容，根据该隧道工程项目施工全过 １８５ 当隧道在开挖以后，在其左右拱腰的上部位置会产 生相应的较大塑性区。并且和山内侧相靠近的这一 仰坡，还会出现临空面位移以及水平位移。从现场 的监测结果来看，抗滑桩所受应力并不是很大，且 该隧道并没有出现整体滑动趋势。鉴于此，在现场 施工中采取以下处置方式。第一，对于已开挖隧道 采取袋装土石回填的方式，以确保围岩不会出现更 大变形。因在本工程中，边坡并没有出现整体滑动 趋势，因此在处理中只需对仰坡实施处理。基于 １：１．２５坡比，对变形部分实施刷坡，通过注浆钢化 管、喷射混凝土以及挂网来予以防护。第二，为确 保进洞得以顺利地进行，对超前支护刚度予以了强 化，并重做套拱，于拱部位置处增设相应的双层大 管棚。第三，增加偏压明洞，将其作为洞口段的衬 砌，并实施回填，同时根据数值模拟的情况对开挖 实施优化，其开挖方案为先右上、接着左上、最后 再右下和左下 用该方案来实施开挖工作，可使隧 道周围围岩应力得到降低，继而确保围岩的稳定性。 通过上述这些处置方式的实施，除了可确保进洞得 以顺利地进行以外，同时也确保了后续工作正常、 安全的进行。 四、结语 综上所述，通过软目目围岩隧道洞口段失稳机制 的分析和处置技术的研究可知，导致软弱围岩隧道 洞口段失稳的一个重要因素就是围岩自身性质较 差 对此，在施工过程中，为确保围岩的稳定性， 应适当提升围岩的整体性与强度，施予相应的坡体 加固。而在偏压问题的处置上，则可借助于支挡结 构的应用。同时并进行回填，以此有效地解决这一 问题。此外，对于浅埋偏压的隧道，在开挖过程中， 应事先进行浅埋侧上部位置的开挖，接着再对深埋 侧上部实施开挖。待其拱部成型以后，再按照所制 定的开挖流程来予以开挖。从而确保施工质量，以 免使隧道结构受到影响或者干扰。 参考文献 ［１］姜同虎，霍三胜，叶飞等，浅埋软弱破碎围岩隧道 进洞施工技术研究［Ｊ］．现代隧道技术，２０１１． ［２］潘超，冯仲齐，刘彤等．软弱破碎围岩隧道洞口段 大变形处治数值模拟［Ｊ］．广西大学学报：自然科学 版，２０１２． ［３３李春生．佛岭隧道洞口浅埋软弱围岩段施工方法 研究［Ｄ］．北京交通大学，２００９． ［４］刘小军，张永兴，高世军等．软弱围岩隧道洞口段 失稳机制分析与处置技术［Ｊ］．岩土力学，２０１２． ［５］苏惠，贾良，严松宏等．隧道洞口段结构地震响应 分析［Ｊ］．水利与建筑工程学报，２０１０． （作者单位：中交隧道工程局有限公司．北京 １０００８８）
