張 方，任 鵬，劉繼濱

(1.四川蜀業(yè)土筑工程有限公司，四川成都610031;2.四川省建筑科學研究院，四川成都610081;3.中鐵西南科學研究院有限公司，四川成都610031)

隨著我國經(jīng)濟建設的推進，中西部的運輸需求急劇增加。為了滿足中西地區(qū)的運輸需要，完善西部鐵路和高速公路網(wǎng)絡，提高改善鐵路和公路標準，高速鐵路和公路建設不斷向西部延伸。由于中西部地區(qū)復雜的地形和地質所決定，公路或鐵路線路往往要穿過地質不良的地段，因此就不可避免地要受到這些地質災害的影響。在滑坡地帶修建鐵路時，為避免因修建深路塹時大范圍的開挖對坡體產(chǎn)生的擾動，線路多選用隧道的方案。如已建成的京珠高速公路粵北段，正在建設或改建的西昌至攀枝花高速公路在線的米易段、317國道及318國道，已建成的南昆鐵路和內(nèi)昆鐵路，擬建的襄渝復線等都有不少路基或隧道經(jīng)過滑坡或較厚的坡積體上。滑坡隧道(指修建于滑坡中的隧道)存在著程度不同的病害，根據(jù)最近的統(tǒng)計資料，在已投入運營的5 336座鐵路隧道中，病害隧道有3 379座，占63.3%。如隧道整體移動、襯砌嚴重變形、開裂、剝落、掉塊、片幫乃至隧道發(fā)生坍塌，嚴重影響線路的正常運營。而對滑坡隧道病害的整治，有成功的經(jīng)驗，也有失敗的教訓。上述說明，人們目前對隧道地段滑坡加固技術、滑坡與隧道之間的相互作用機理、滑坡隧道的受力分布在認識上還存在著較大差距。

1 隧道段滑坡研究和處理設計技術現(xiàn)狀

(1)滑坡中的隧道借助現(xiàn)有滑坡加固和隧道支護經(jīng)驗，采用滑坡加固(如抗滑樁或錨拉樁)保證滑坡穩(wěn)定與隧道支護結構(如注漿與大小管棚或錨桿)設計分開的處理方式，多數(shù)工程取得了成功，積累了一些資料和經(jīng)驗，但建成的滑坡中的隧道均或多或少存在村砌開裂、剝落或滲漏水等現(xiàn)象。

(2)滑坡中的隧道設計與施工還停留在經(jīng)驗階段，對于隧道施工擾動對滑坡穩(wěn)定性的影響程度，滑坡變形滑動對隧道結構的作用機理還有待進一步深入研究，等等。

(3)滑坡中的隧道建設特別是厚度較大的巨型滑坡中隧道建設，能否采用隧道短進尺掘進的同時初次支護跟進或超前，二次全斷面支護及滑坡抗滑工程同時跟進的設計與施工技術是目前滑坡中隧道建設的發(fā)展方向，對于有關的理論問題也是亟待深入研究的。

(4)通過國內(nèi)外文獻資料查詢，目前國內(nèi)外在滑坡段(上部、中部或下部)修建路基的成功事例較多，對有關的技術和理論研究相對深入全面，但經(jīng)過滑坡地段修建隧道的成功事例相對較少，并且?guī)缀跏菓{經(jīng)驗進行設計和施工，沒有充分的理論依據(jù)。因此，如上所述建成的經(jīng)過滑坡的隧道或多或少都存在某些問題。

(5)目前憑經(jīng)驗在滑坡段修建鐵路隧道，都是將滑坡的治理與隧道的修建分離進行設計與施工，對于滑體厚度較大，存在多級滑面或滑面上陡下緩呈“躺椅”狀的滑坡。這樣做將會投入大量的資金。若將滑坡的治理與隧道支護結構的設計結合起來，特別是在保證滑坡內(nèi)隧道施工和運行安全前提下，對于具有有利結構的滑坡采用滑坡局部加固方式，充分利用滑坡下段其滑面平緩段的阻滑力或借鑒泥石流防治中的“跨越式”方式解決上述問題，將會大大節(jié)約資金。根據(jù)文獻檢索，目前尚無就有關問題進行研究或在實踐中采用的報導，應該說對于上述相關問題進行研究，建立相應的理論，積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，形成成套完整的技術，是今后交通和水利水電工程等地下工程的迫切任務和發(fā)展趨勢。

2 關于隧道地段滑坡加固技術的研究

隧道地段的病害大多由于滑坡引起。在高等級公路、鐵路迅速發(fā)展的今天日益常見。如何根據(jù)具體情況，合理選擇滑坡治理方案就顯得尤為重要?；率侵冈谝欢ǖ牡匦蔚刭|條件下，由于自然和人為的各種因素影響，山坡不穩(wěn)定，土體或巖體在重力作用下，沿著一定作用面(帶)作整體的、緩慢的、間歇性的滑動現(xiàn)象。它是山區(qū)鐵路、公路的主要病害之一，對山區(qū)鐵路、公路建設和交通設施危害極大。通?；碌闹卫泶胧┌〒跬翂?、抗滑樁、錨桿、錨索、土釘及柔性防護系統(tǒng)等。其中，擋土墻、錨桿一般適用于淺層小型滑坡，滑坡推力不大;土釘墻與柔性防護系統(tǒng)則在滑坡目前尚比較穩(wěn)定、以預防為主的狀態(tài)下較為適用;對地質條件惡劣、滑坡推力較大的滑坡，一般用抗滑樁或錨索，有時候甚至需要把兩者結合起來考慮。通過國內(nèi)外文獻檢索，僅見個別滑坡隧道工點進出口設置了抗滑支擋工程，例如［1］～［9］:

(1)贛龍鐵路馬蹄徑隧道，隧道通過地段位剝蝕低山區(qū)，地面相對高差150 m，植被極為發(fā)育。由于降雨雨量充沛，導致隧道圍巖飽水軟化，遂將一段改為路基。路基開挖后引起隧道正面仰坡上部巖土體牽引式滑動。采用削坡減載、隧道正面仰坡上部采用預應力錨索、路塹邊坡采用抗滑樁明洞相結合的方法綜合整治。

(2)任胡嶺隧道進口處節(jié)理很發(fā)育，圍巖完整性、穩(wěn)定性差，開挖易發(fā)生坍塌、掉塊。在隧道施工中出現(xiàn)了冒頂、地表沉陷、山體開裂、滑坡等災害。在洞外的治理采用粘土填塞裂隙并在地表開裂5 m處修截水溝來阻止地表水進入滑坡體，設置抗滑樁;在洞內(nèi)的治理采用超前大管棚結合超前小管棚支護，洞底注漿以提高地基承載力和抗滑能力，及時進行二次襯砌的施工并對襯砌背后注漿。

(3)位于南昆線的犀牛塘隧道，全長389 m，最大埋深50 m，地形起伏較大，自然坡度20°～40°，坡面植被良好。隧道通過處多揉皺及次級小斷裂，巖層產(chǎn)狀多變，節(jié)理發(fā)育。整治方案最終采用超前小導管注漿和鋼架聯(lián)合支護方案與深路塹方案結合處理。

(4)相田二號隧道山體滑坡及隧道襯砌病害工點，位于南昆鐵路威舍至紅果段威箐至魯番區(qū)間，全長260 m，其中隧道長度190 m。隧道最大埋深25 m，兩側地面橫坡35°～40°，基巖裸露。山坡坡面均被墾為旱地，植被稀疏。隧道山體滑坡整治采用地面裂縫夯填，滑體內(nèi)增設排水溝，抗滑樁加固，清方減載，地面砂漿錨桿和坡面檔護綜合整治。隧道襯砌病害整治對損壞襯砌全部予以拆除，并采用鋼筋混凝土加強襯砌替換。

(5)堡子梁隧道位于寶中線，全長1 904 m，單線曲墻式，隧道埋深65～120 m。隧道通過古滑坡后緣下部。古滑坡長約580 m，寬約700 m，滑面在土石分界處。該段大部分以砂巖及灰綠色泥巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層破碎，風化嚴重，有裂隙水滲流，局部水量較大。堡子梁滑坡整治采用邁式系統(tǒng)注漿錨桿和深孔壓漿加固襯砌變形及圍巖的治理方法。

(6)楚大高速公路九頓坡隧道系云南省重點工程，隧道全長3 190 m，工程地處滇西高原山區(qū)，九頓坡隧道進口位于坡腳為40°山體斜坡上，距谷底為45 m，距坡頂92 m，原為古滑坡體。由于在山坡上開施工便道，造成原古滑坡體的復活。整治采取在滑體內(nèi)設置排水系統(tǒng)并清方減載。

(7)翅膀溝隧道全長1 721 m，位于陜北黃土高原梁峁溝谷區(qū)，沖溝發(fā)育，植被稀疏，地形起伏較大，隧道通過大山溝、翅膀溝兩個淺埋段，隧道出露地層主要為新黃土、老黃土、紅黏土。地下水發(fā)育。整治方案總體按整治黃土古滑坡方案進行，洞身處用注漿錨桿加固，地表陷穴、裂縫處全部夯填表面鋪砌漿砌片石，并設截水溝。

(8)漳龍高速公路某隧道全長2 600 m，右線進口開挖100 m后，隧道洞口段至標高730 m位置山坡地表發(fā)育裂縫，最大裂縫寬達10～20 cm，洞頂發(fā)育多條裂縫山體向下唯一沉降，最大位置達15 cm，洞內(nèi)初期支護開裂、下沉，厚度達40～50 cm的仰拱左側也放聲開裂?；麦w已基本形成，并處于蠕動變形階段。為徹底治理滑坡采取了環(huán)形截水溝攔截地表水、鉆水平孔排水、高雅注漿并設置抗滑樁相結合的綜合治理措施。

(9)試刀山隧道為合肥－蕪湖段一高速公路隧道，全長1 125 m，分左右2個分體式洞室。本次滑坡發(fā)生在左洞口處的山坡上，距洞口約40 m。治理采取在滑坡體周圍做好排水設施，坡腳采用抗滑樁和擋墻，在滑坡體內(nèi)減載刷坡并做好山坡坡面防護。

在南昆線、既有襄渝在線，還有很多隧道位于滑坡體中的現(xiàn)象，如旗桿溝隧道、狗磨灣隧道、趙家壩隧道、竹嶺隧道等均部分位于滑坡體中，均采用抗滑支檔處理，目前隧道或多或少存在襯砌開裂、剝落、滲漏水等病害。一般的加固支擋模式如圖1:

圖1 一般加固支擋模式示意

由上述實例可見對滑坡隧道的加固支擋的基本方案如下。

(1)在滑坡體內(nèi)增設排水溝，在滑坡體外設截水溝;

(2)對隧道采取抗滑支檔措施，保證滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài);

(3)隧道采用注漿與鋼管(錨桿)超前支護。

圖2 新型滑坡隧道加固技術示意

通過對文獻的查找發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)對滑坡隧道的治理都是采取先對滑坡治理后，在對隧道的病害進行處理。這樣并未考慮隧道除作為交通設施外，也能作為抗滑結構。從經(jīng)濟指標上考慮，若滑體厚度較厚則抗滑樁的費用將投入很大，施工難度也隨之增大很多。所以針對這種情況提出一種新型滑坡隧道加固技術。通過錨桿或錨索使隧道充分發(fā)揮出它既作為支擋圍巖保持其穩(wěn)定又可作為抗滑結構發(fā)揮其抗滑作用(如圖2所示)，回避滑坡主體推力。這樣不論從經(jīng)濟指標還是從施工的難易程度來說，都比一般的加固技術優(yōu)越。目前國內(nèi)外還未有此項研究的報導，所以有必要對此進行系統(tǒng)全面的研究。

3 關于滑坡作用與隧道變形的研究

3.1 隧道開挖后長期蠕變導致坡體變形

當隧道橫穿滑坡體，在隧道開挖過程中坡體變形迅速且有塌方，即使隧道完成后內(nèi)部襯砌也時有開裂。這類坡體病害多是因隧道開挖引起周圍巖土向隧道錯動，導致坡體變形，誘發(fā)潛在滑坡。例如寶天鐵路K105隧道地處秦嶺山系，彎曲型渭河河谷地貌，長827 m，變形山體上緣標高1 249 m，渭河常水位860 m，相對高差達389 m，坡體由變質片巖組成，坡度為40°～50°，頂部較緩 20°～25°，向河谷傾斜，上覆黃土。由于隧道位于松弛巖體中，加之隧道施工質量低劣，1952年竣工時拱部和邊墻即出現(xiàn)有多處裂紋，1983年以后隧道內(nèi)裂縫不斷產(chǎn)生，發(fā)展至今裂縫已達80多條，最長的達幾十米，寬30 mm，局部拱圈向河側錯移，最終錯距達30 mm。經(jīng)勘查該段坡體中存在向河傾20～25°的緩坡斷層及層間錯動帶，加之前緣受渭河沖刷，導致山體不斷向線路滑移，嚴重威脅行車安全，是潛在滑坡的蠕動變形［10］。

又如貴昆線二梯巖隧道，出口段長138 m，修建在崩坡積物中，線路山側較陡約70°，高超過170 m，由灰?guī)r夾泥巖組成，崩坡積層以下為頁巖夾砂巖。1965年5月隧道頂拱外移，明洞內(nèi)邊墻及拱部變形嚴重，地面呈環(huán)狀裂縫，線路河側由蠕動擠壓過渡到微動階段，為老堆積層滑坡?；w物質以崩坡積灰?guī)r塊、砂礫石及灰?guī)r碎石為主;滑床為泥質頁巖與砂巖互層，具有隔水、匯水性質;滑帶依附于基巖頂面的風化殘積層及堆積層中沉積間隔面，為數(shù)厘米厚的黏土夾層，傾向坡外20°～25°且可見滑痕。該老滑體因隧道挖空而引起巖體松動，造成局部位移、坍塌，隧道襯砌內(nèi)埋設的土壓力盒證明是由于偏壓造成拱部變形，而且山側起拱線向隧道凈空位移，老滑體側巖土向線路滑移，表明偏壓蠕動已轉化為滑動狀態(tài)［11］。

3.2 在既有隧道旁開挖新隧道而誘發(fā)坡體變形

在既有滑坡體中再開挖隧道，尤其是原坡體為老滑坡體時，則可能導致老滑坡復活;反過來，滑坡復活又促使新老隧道變形加劇。例如襄渝線柴家坡隧道穿越老滑坡，由于在隧道靠河側開挖新隧道而引起老滑坡蠕動，變形破壞加劇。該隧道埋深35 m，其河側尚存長300 m、厚15～35 m的滑坡堆積體，山側殘存有長約250 m、厚超過40 m的滑體。該滑坡滑帶為砂黏土層，向河傾10°～15°。老隧道施工時曾產(chǎn)生大量坍方、支撐木折斷等現(xiàn)象，建成后經(jīng)過十余年的反復變形，整治后穩(wěn)定近10年。1994年在老隧道外側(靠河側)25 m處開挖新隧道，即將貫通時老隧道再度發(fā)生嚴重變形。變形部位集中于左拱腰至拱頂一帶，以縱向開裂、掉塊為主，同時新隧道也出現(xiàn)嚴重坍方，襯砌開裂錯位。由于滑動帶距隧道拱頂很近，且圍巖破碎、地下水發(fā)育，加之隧道處于滑坡后緣陡緩交界處，滑坡推力在此應力集中，造成隧道襯砌變形、開裂。經(jīng)過地質斷面數(shù)值分析，結果表明老隧道開挖后山側側向應力釋放，滑帶剪應力增大，坡體后部表面產(chǎn)生拉裂破壞，下部近滑帶部位產(chǎn)生剪切破壞。新隧道開挖后，山側水平應力再度釋放，滑帶剪應力增大，主滑段發(fā)生剪切破壞。隧道靠山側老滑帶以上坡體出現(xiàn)明顯位移(3～5 mm)，后部下錯、中部沿滑面滑移、前部在隧道頂有反翹擠出趨勢。而老滑帶以下和隧道靠河側滑體僅表現(xiàn)為朝向隧道的松弛變形。通過計算發(fā)現(xiàn)新隧道開挖后會出現(xiàn)像老隧道開挖后導致在隧道部位集中更大的破壞應力［12］。

又如位于成昆鐵路在線的東榮河1號隧道(老隧道)，自20世紀70年代以來一直處于正常狀態(tài)，但1991年7月的一場大雨后，隧道開始出現(xiàn)病害并不斷發(fā)展。主要現(xiàn)象為:(1)進口段襯砌嚴重變形開裂，拱部擠壓破碎、掉塊;(2)靠山側的左邊墻破裂嚴重，并向河側傾斜;(3)隧道中間地段的軌道明顯向河側方向移動，移距達0.5～1.5 m，軌道明顯彎成弧形。由于病害屢治不止，為保障線路的正常運營，于1993年在距老隧道約60 m處又修建了東榮河2號隧道(新隧道)，但該隧道在施工期間即開始發(fā)生病害。其特點是:變形開裂主要集中在拱部，以縱裂為主，且左拱較右拱嚴重，有剝落和掉塊現(xiàn)象;進口段、中間段較出口嚴重。地質勘察結果表明，該隧道處在一個具有3層滑動面的滑坡中。圖3所示為進口段的工程地質圖(其中最下面虛線所示為推測的滑動面的形狀)，降雨造成滑動面強度的降低導致坡體的下滑，應是隧道發(fā)生病害的重要原因。

圖3 工程地質圖

通過數(shù)值分析得出，由于老隧道的開挖，原本處于穩(wěn)定的坡體發(fā)生變形和滑動，同時帶動處于其中的隧道產(chǎn)生位移，隧道向河側平移0.51 m，且向河側傾斜。這與現(xiàn)場觀測的一致。新隧道開挖后，坡體進一步變形，由于滑面穿過新隧道，故下滑體的滑動導致了新隧道向河側明顯傾斜，而且隧道本身的變形較大。由于新隧道的開挖，導致老隧道向河側平移0.1 m，這是因為新隧道的開挖導致坡體的變形，進而影響到老隧道。此外，新隧道所受荷載及內(nèi)力遠高于老隧道［13］～［16］。

所以由上述二例可知，從整體看，在病害坡體地段開挖隧道常導致圍巖松弛、老滑坡復活，進而又對隧道襯砌產(chǎn)生更大的偏壓和破壞作用。

4 結束語

滑坡隧道無論對它的加固技術，還是對滑坡與隧道間相互作用的研究，尚不多見。對其的加固技術基本上采用抗滑樁、錨索等常用手段，并未考慮到隧道自身也可以作為抗滑結構。對于埋深較大的滑坡體采用常規(guī)手段費用將投入很大，施工難度也會增大。對滑坡與隧道間相互作用的研究也只停留在對個別的工點進行有限元數(shù)值分析，并未對其進行系統(tǒng)的分析?；屡c隧道間的相互作用機理一直是滑坡隧道的核心問題之一。隨著山區(qū)公路、鐵路的加大投入，這些問題都迫切需要解決。

［1］譚紅.贛龍鐵路馬蹄徑隧道滑坡分析與整治［J］.巖土工程界，2003，6(11):63－65

［2］曲學兵.任胡嶺隧道進口山體滑坡的治理［J］.巖土工程界，2003，6(10):62－64

［3］孟軍芬，陳建.犀牛塘隧道出口滑坡的綜合整治［J］.鐵道建筑技術，1997(3):46－48

［4］喻渝.相田二號隧道山體滑坡及隧道襯砌病害整治［J］.鐵道標準設計，1996(1)

［5］聶龍學，湯國起，彭文范.堡子梁隧道頂部古滑坡地質災害整治工藝方法［J］.探礦工程，1997(1):13－16

［6］葉小兵.楚大高速公路九頓坡隧道洞口仰坡滑坡監(jiān)測與治理［J］.建筑技術，2003(12):61

［7］牛天武.翅膀溝隧道滑坡整治施工技術［J］.西部探礦工程，2005(2):189－190

［8］許志樟.譚龍高速公路某隧道右線進口滑坡加固治理［J］.探礦工程，2000(增刊):69－76

［9］浦玉炳，楊昌道，熊根林.試刀山隧道洞口山體滑坡分析與治理［J］.合肥工業(yè)大學學報(自然科學版)，2002，25(4):549－553

［10］李文軍，馬惠民，曹玉立.斜坡病害與隧道變形問題初議［J］.中國地質災害與防治學報，1995(1):78－80

［11］徐邦棟.二梯巖隧道出口滑坡整治［C］∥滑坡文集(第二集).北京:人民鐵道出版社，1979

［12］王安福，馬慧民.襄渝線柴家坡隧道變形機理的數(shù)值模擬分析［C］∥蘭州滑坡泥石流學術研討會文集.蘭州:蘭州大學出版社，1998

［13］毛堅強，周德培.滑坡－隧道相互作用受力變形規(guī)律的研究［J］.西南交通大學學報，2002，37(4):371－375

［14］毛堅強，張魯新.滑坡隧道受力及變形規(guī)律的研究［J］.廣東公路交通，1998(S1):68－71

［15］成昆鐵路技術總結委員會.線路、地質及路基(第二冊)成昆鐵路［M］.北京:人民鐵道出版社，1979

［16］車石軒.防止滑坡的工程措施［C］∥滑坡文集(第七集).北京:中國鐵道出版社，1990