摘 要 襄十高速公路襄武段梅子沟双联拱隧道位于风化破碎的变质岩岩体中，其出口段穿越厚度10~20m的滑坡地层，滑坡带为破碎岩体夹杂泥层，局部充水，有空洞。论文根据对滑坡体的稳定性分析，总结分析了施工中采取的方法和监测措施。通过近一年的监测说明，隧道施工过程没有对滑坡带产生不良影响，联拱隧道顺利穿越滑坡地层。
关键词 双联拱隧道滑坡处理措施
湖北襄（樊）十（堰）高速公路梅子沟隧道是一条地质条件复杂、施工难度大的双联拱隧道。隧道最大跨度为24m，高跨比为0.38，为大跨、扁平隧道。隧道围岩为片理和节理均十分发育的风化片岩与辉绿岩。隧道出口段穿越厚度10~20m的滑坡地层，滑坡带为破碎岩体并夹杂泥层，局部充水，有空洞。该滑坡曾在20世纪80年代有过滑动，目前处于平衡状态。该段的工程地质条件对大跨度双联拱隧道施工难度较大。
由于地形条件及公路线路的影响，隧道线路无法避开滑体，故在施工中要求采用相应措施，以保证施工期间与施工后隧道不产生大的变形以及滑体不产生新的滑动。
1. 滑坡体稳定性分析
1）滑坡工程地质概况
该隧道出口段由于滑坡体的存在，围岩稳定性极差，易坍塌，成洞困难，并且雨天会有大量地表水顺裂隙渗入洞口，给施工增加难度，因而施工前必须对滑体进行稳定性分析，以评估隧道施工对滑坡体的影响。
该滑坡地貌特征明显，呈上陡（45º），中缓（21º）下部又稍陡（38º）之上小下大“安乐椅”式地形，在滑体上形成两级台阶、两级平台，滑体两侧见浅切沟槽，滑体前缘及两侧有多处泉眼，滑坡后壁及后缘特征明显，滑坡前缘羽状裂隙十分发育。
滑体长为95m，宽42m，滑体约4万m3，如图1和图2所示。
滑体主要为变辉绿岩，在中部及前缘有绢云钠长片岩，片理产状与周边明显不同，滑带为碎石土，最大厚度为16m（滑带土），上部以辉绿岩碎块为主，下部以片岩碎块为主，碎石含量约占60%~70%，另含30%~40%的黄色亚粘土，该碎石土的成因为滑体与滑体机械破碎后，雨水沿滑床大量渗入风化形成。该碎石土浅层震探显示Vp=2.5km/s，其抗剪性能较弱。
由于该隧道区段内受各种内、外营力的影响，隧道段岩体裂隙十分发育，主要发育有255º∠85º、245º∠55º、20º∠55º及350º∠20º四组裂隙，延伸达数十米，隙面平直光滑，一般间距10~300cm不等。在雨水和人为作用（其下缘修建316国道）的诱发因素下形成滑坡（梅子沟滑坡）。
滑坡后，坡体上缘出现了明显的位错缝，位错最大处落差达1.2m。
图1 梅子沟隧道滑坡平面图 图2 滑面穿越隧道断面图
2）滑坡稳定性计算结果与评价
本文现场取样滑坡体的物理力学参数（见表1）采用剩余推力法（Push法）计算滑坡推力和稳定性，得出以下结论：
（1）在天然状态下，梅子沟滑坡稳定性系数为1.22，滑坡整体处于稳定状态。
（2）当出现暴雨时，梅子沟滑坡稳定性系数为1.18，滑坡整体处于基本稳定状态。
（3）当出现暴雨且叠加地震力（或施工爆破振动过大）时，梅子沟滑坡稳定性系数变为1.04，滑坡体将处于临界状态，并极有可能发生失稳破坏。
滑坡稳定性计算参数表 表1
计算结果表明：梅子沟滑坡目前整体处于稳定状态，结合现场调研，实际观察到的现象也证明是如此。但如果隧道选址不当，或施工中出现过大的扰动（如爆破过大振动作用）及隧道临空面的出现，滑坡的稳定性会逐渐降低，滑坡体极有可能再次发生失稳破坏。因而，要求在隧道设计与施工中采取有力的措施，方能提高滑体的稳定性系数，以避免失稳的发生。
2. 隧道设计与施工采取的措施分析
1）选线与设计时确定合理的工程地址
虽然梅子沟隧道完全避开滑坡带不现实，但选择较合理的工程地址还是可能的。
首先，根据隧道整体位置选址，隧道尽量靠近滑体上缘，以减少滑体对隧道顶部和侧部的下滑压力。其次，根据双联拱隧道的结构特征，尽量将隧道置于滑体与基岩体之间，同时发挥双联拱隧道结构的抗滑作用，以减少隧道的整体变形。故将梅子沟隧道所受荷载最大的结构—中隔墙位置和承受侧压一侧的隧道仰拱坐落于承载能力较高的基岩上（见图2）。这种布置，除能较大程度上抵消滑体的侧压作用，在一定程度上还起到抗滑作用，减少了加固费用。
2）超前预加固
为了提高滑坡体的稳定性，在隧道开挖前，对局部滑体进行了预加固措施。
本工程主要采用的是管棚预注浆固结法，并根据“新奥法”的思想，辅以其它加固措施如：带有格栅拱架的复合式衬砌结构、小导管注浆加固及WTD注浆锚杆等措施。
管棚预注浆固结法是隧道工程浅埋暗挖时采用的一种超前支护技术，沿拟开挖隧道弧线上预先钻设的厚壁钢管具有临时超前支护作用，端支承的“梁”能承受松散下坠岩块的压力，防止破碎岩土层坍塌和地表下沉。梅子沟隧道采用长管棚（40m）将滑体与基岩体连结起来，并形成一个拱形承载结构，通过复合式衬砌结构，将滑体的上覆力及侧压力传至隧道底板内，形成了良好的承载与抗滑结构体。
管棚钢管沿开挖轮廓线布置，采用直径Φ108mm，节长3m或6m的无缝钢管，钢管环向间距为50cm，仰角1.5º~3.0º，节头搭距不小于1.0m。钢管内灌以水泥浆与水玻璃（浓度为35波美度）体积比为1:0.5、水泥浆水灰比为1:1的水泥2水玻璃液。并在开挖过程中对钢管内侧加焊间距为0.15m 的Φ25mm环向钢筋，以确保管棚的整体性。
本工程结合滑坡地层破碎及管棚长度大的现实，在管棚钻进过程中为防止出现管棚偏斜特将原管棚设计仰角1.0º沿开挖轮廓线不同部位改为1.5º~3.0º，并将设计孔置上移1.5~2.0cm，有效地解决了长管棚施工普遍存在的管棚下垂入侵隧道设计轮廓线的施工难题。同时由于滑坡地段处粘土及糜棱块岩夹层的存在造成岩土体性质的不均一，也极有可能使管棚偏移设计方向，为有效解决这一施工难题，本工程采用边注浆固结破碎体边钻进的成孔方法，较好地改善了岩土体性质不均一的特性，为管棚沿设计方向顺利钻进提供了有利的保障。隧道掘进至滑坡地段时对局部采用小导管注浆及WTD注浆锚杆加固措施也是卓有成效的。采用WTD注浆锚杆，提高了隧道围岩的粘结力，有效地改良了滑坡地层，尤其在隧道侧墙与中墙下部承力岩体中，采用注浆锚杆，提高了复合式支护结构的承载能力。
3）合理的分步开挖工序
研究证明：不同的施工工序对隧道围岩体的应力场及位移场的分布有着关键的作用。为尽可能地减小由于不合理的施工工序施加于围岩体过大或分布不合理的荷载，本工程在施工中，制订了合理的分步开挖———三导坑开挖与加固方法（见图3），并严格控制不当的施工操作方法，特别是爆破对滑坡地层的影响，主要工序是：中隔墙导洞开挖、衬砌!中隔墙浇注→防水板铺设→右侧导洞开挖、支护、衬砌!左侧导洞开挖、支护、衬砌→右侧隧道主洞台阶开挖、支护、衬砌→左侧隧道台阶开挖、支护、衬砌。
为了更好的反映开挖过程有限元方法模拟主应力场和位移场的分布，对上述施工过程采用弹塑性有限元方法模拟分析。图4、图5为施工工序中变形与应力最大的工况。图示所知，滑带与隧道相交的区域应力最为集中，但应力还未对支护结构产生影响，说明隧道的位置与支护结构的参数选择合理，有效的阻止了隧道的整体变形。设计采用的三导坑开挖法是合理的。
位移模拟显示，出口处隧道的拱顶沉降在该处2cm左右，周边的收敛值约为1cm。这说明，在施工前与施工中对隧道围岩进行加固很有必要，可防止围岩发生过大变形。
图3 三导坑开挖与加固（图中数字表示开挖顺序）
图4 梅子沟隧道穿越滑体主应力场 图5 梅子沟隧道穿越滑体应力等值线图
4）辅助措施
隧道开挖前，对隧道上部坡面的滑层进行注浆加固与锚喷网加固处理，同时，为防止地表水渗入，在滑体上部设置两条排水沟，表面开裂区用混凝土封闭。为防止滑带对中隔墙产生破坏，中导施工时对底部进行高压注浆处理，局部破碎段采用锚杆与高压注浆加固。出口埋深很浅处地段采用明洞方案，使滑坡体得到很好的控制，对隧道的施工没造成影响。
3. 监控量测
为了了解隧道施工过程中受力与变形情况，我们在施工中对隧道拱顶下沉与地表下沉以及中隔墙受力进行严密监控，根据信息化施工原则，对监测结果及时反馈并修正设计与施工方法。
在现场埋设了压力盒与光弹应变片以检测围岩的受力变化情况。图6为其中两个压力盒受力变化曲线图。255号正好埋于滑体与隧道相交的侧壁处，251号位于中隔墙上部与围岩接触处。由图看出，施工过程中，压力逐渐增大，尔后趋于稳定，说明超前预加固措施得当，有效地保证了隧道受力的合理性。
为了了解监测梅子沟隧道出口处地表沉降变形，在隧道出口上部滑体表面布设了18个测点，采用水准仪进行监测。现选取沉降量最大的测点9的沉降曲线（图7）作为参考，其余测点变形曲线与之相似，只是沉降量偏小。从监测统计资料显示：梅子沟出口段地表最大总下沉量为62mm，最大水平位移量为59mm，总位移量为85.6mm。梅子沟隧道于2002年1月28日由出口开始右侧主洞开挖，至2002年2月18日累进30m后停止，量测结果显示地表下沉、水平位移在1月28日至2月10日均有所增大，尤其隧道中部靠近右洞部位（测点8、测点9）最大下沉量达15mm，下沉速率为0.75mm/日，以后趋于稳定。
图6 隧道压力盒反映压力变化曲线图
从上面地表测量结果可以看出，地表下沉量是较大的，但这种现象是否是施工引起滑体的再次滑动呢？我们通过对滑体作了全范围勘察与长时间的监测，得出结论是地表下沉是由于隧道的存在与施工因素造成了隧道上部松散滑体的密实引起，滑坡体未出现再次下滑。
从变形监测曲线可以看出，收敛、拱顶沉降与施工工序有密切的关系。在开挖中导洞、两个侧导洞及先后开挖的两个主洞共四个开挖工序阶段，地表下沉与围岩变形速率明显加大，而在中隔墙及主洞初期支护后，地表下沉与围岩变形速率又明显减小。这说明合理的开挖工序对围岩的稳定十分重要，针对梅子沟隧道出口段采用的施工方案是合理的。
图7 收敛监测曲线 图8 梅子沟隧道地表最大沉降曲线图
4. 结论
通过近一年的监测表明，隧道施工没有对滑坡体产生不良影响，施工后隧道没有发生大的变形与沉降，说明双联拱隧道已顺利穿越该滑坡地层，同时得出以下结论：
（1）高速公路双联拱隧道穿越滑坡地层，只要隧道地址选择合理，可以有效地控制滑体对隧道的影响。本工程将隧道位置布置在滑坡上缘滑体与稳定岩体交界处是合理而可行的。
（2）虽然梅子沟隧道出口段由于滑坡体的存在，围岩稳定性极差，易坍塌，成洞困难，但通过理论和实践表明：合理的开挖工序可有效地改善隧道围岩体的应力场及位移场的分布形态，保证施工的顺利进行。同时，通过有限元模拟的结果和现场多项试验证明三导坑掘进开挖与加固方法是合理的。
（3）实践证明：在滑坡体中开挖隧道，长管棚注浆预加固支护，加上对滑体与滑带进行注浆预加固，可有效保证岩体稳定，防止围岩松弛、坍塌，有效地控制了地表下沉，改善了衬砌的受力特性，提高了隧道的长期稳定性。
（4）梅子沟双联拱隧道成功穿越滑坡地段可以为其它类似工程的设计与施工提供有益的借鉴和参考。
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