李沿宗，鄒 翀，李 達

(中鐵隧道勘測設計研究院，河南 洛陽 471009)

0 引言

滑坡已成為工程建設特別是高山峽谷地區(qū)隧道洞口施工所面臨的一種常見的地質災害，對施工期工程場區(qū)施工生產和人員安全是一種嚴重威脅。目前，工程研究人員對滑坡的預測預警已進行了部分分析總結和初步研究，如白成亮等［1］對我國滑坡災害監(jiān)測預報研究現狀進行了總結;李旭［2］對三峽庫區(qū)四方碑滑坡預報判據進行了研究;劉東燕等［3］就極端降雨誘發(fā)滑坡災害危險性模糊綜合評判進行了分析和總結;文輝輝等［4］對監(jiān)控量測在隧道洞口滑坡預報中的應用進行了實例分析;文獻［5－6］就滑坡預報與預警判據進行了初步研究;李聰等［7］基于實例推理系統對滑坡預警判據進行了研究。雖然這些研究成果為特定項目的滑坡地質災害預報預警提供了較好地指導，但由于各工程水文地質環(huán)境有著較大差異，這些研究并未形成有效統一的可推廣成果，滑坡地質災害的準確預測預警仍然是工程界的一項難題。某隧道洞口滑坡體由于處于峽谷地區(qū)，該區(qū)域峽谷切割極深，地質構造復雜，不良地質發(fā)育，滑坡方量大，潛在危害大，一旦發(fā)生滑坡，將極大威脅工程場區(qū)人員及設備安全，因此，有必要針對該隧道洞口滑坡地質災害預測預警進行分析和研究，避免滑坡前因未及時預警造成的災難后果。

1 工程概況

該隧道全長16.2 km，其地形溝谷縱橫，地形起伏大，地面高程1 600～3 255 m，洞口位于龍?zhí)翜希c龍?zhí)链髽蛳噙B，自然橫坡25～60°，局部為陡壁，植被較差，屬越嶺隧道。該隧道洞口區(qū)屬于峽谷地貌，峽谷切割極深，地質構造復雜，巖體破碎，不良地質發(fā)育，洞口滑坡平面上呈扇形，軸線與線路平角約12°，距左線約96 m，滑坡前緣寬約210 m，滑坡厚15～35 m，約63萬m3，滑坡體平面位置及主軸剖面示意圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 隧道洞口滑坡體平面示意圖Fig.1 Plane sketch of landslide near tunnel portal

圖2 隧道洞口滑坡平行主軸剖面圖Fig.2 Profile of landslide near tunnel portal

2 滑坡預警與響應級別的劃分

結合本工程實際情況，把本工程施工期滑坡地質災害預警與響應級別劃分為3級，即3級預警——警示(黃色)、2 級預警——警戒(橙色)、1 級預警——警報(紅色)。

1)3級預警(黃色):表明滑坡地質災害處于勻速變速階段，應引起預警預報相關工作人員的注意;

2)2級預警(橙色):表明滑坡地質災害進入加速變形階段，表示滑坡變形發(fā)展很快，且累計變形或抗滑樁體內力較大，出現滑坡的可能性大，應及時對現場人員進行警戒;

3)1級預警(紅色):滑坡進入臨滑階段，各種前兆特征顯著，在數小時或數天內發(fā)生大規(guī)?；碌目赡苄院艽?，應及時撤離相關人員。

3 滑坡地質災害預警判據的分析

3.1 滑坡預警判據的確定原則

根據本工程現場實際需要和工程環(huán)境，建立滑坡預警判據的基本原則。

1)簡便可操作性。建立判據的對象應存在臨界值或極限值，使判據具有尺度和標準，并在現場實際操作中簡便快捷，以便能快速預警和響應。

2)易于監(jiān)測。建立判據的對象應在現場易于監(jiān)測，如位移、土壓力等適合作為判據建立對象，而如應力、地震等不易監(jiān)測的因素不宜作為判據。

3.2 地表位移預警判據分析

滑坡預報的方法或手段有許多，變形監(jiān)測是其中一項重要內容，大量滑坡實例的監(jiān)測數據表明:在重力作用下，滑坡巖土體的變形演化具有3階段演化特征;第1階段——初始蠕變階段;第2階段——勻速變形階段;第3階段——加速變形階段。依據不同變形階段的資料可做出相應的滑坡預報，并進行相應的工程措施。

根據以往部分滑坡案例統計結果，得到滑坡發(fā)生前臨界變形速率為0.1 ～1 000 mm/d，差別很大［8］。從目前該隧道洞口滑坡體地表測點監(jiān)測結果來看，最大累計水平變形為47.9 mm，變形速率最大為4.5 mm/d，且目前變形已趨于穩(wěn)定，并未發(fā)生滑坡地質災害，因此，根據該隧道洞口邊坡地質環(huán)境和邊坡監(jiān)測結果，結合以往的大量滑坡實例，并參考滑坡體變形的3階段演化特征，取該工程滑坡體地表位移速率5 mm/d且累計位移50 mm，作為開始進行滑坡預警的臨界值;取累計位移的2倍作為2級預警閥值、變形速率的2倍和累計位移的3倍作為1級預警的閥值，進而得到該隧道洞口滑坡地質災害地表變形預警判據，如表1所示。

表1 地表變形預警判據Table 1 Warning criterion of ground surface deformation

3.3 抗滑樁頂位移預警判據分析

抗滑樁頂位移容許值按照懸臂構件容許的最大擾度進行計算確定，懸臂端荷載按最大容許均布荷載來考慮，則樁頂最大容許位移計算公式為

式中:q0為抗滑樁最大容許橫向荷載;l為抗滑樁滑面線以上長度;E為抗滑樁的彈性模量;I為抗滑樁截面慣性矩。根據設計，抗滑樁身采用C35混凝土(彈性模量為31.5 kN/mm2)進行澆筑，豎向主筋主要采用HRB335鋼筋(彈性模量為200 kN/mm2)，根據等效換算公式把鋼筋彈性模量換算到混凝土里，得出等效彈性模量計算公式為

抗滑樁最大容許均布荷載用樁體最大橫向內力來計算，樁體最大容許橫向內力應小于或等于樁基礎的橫向容許承載力［9］，其計算公式為:

式中:Kh為在水平方向的換算系數，根據巖層構造，可采用0.5～1;η為折減系數，根據巖層的裂縫、風化及軟化程度，可采用0.3～0.45;Rc為巖石單軸抗壓極限強度，kPa。

根據現場預警要求，主要選擇某隧道洞口邊坡12#抗滑樁進行樁頂位移預警，因此主要計算12#抗滑樁樁頂容許位移。根據設計資料提供的參數，通過計算得出，抗滑樁樁頂最大容許橫向位移為216 mm，相關計算參數及計算結果如表2所示。

不考慮地基對樁體容許擾度的影響，根據鋼筋混凝土結構懸臂構件容許擾度要求［10］，本工程中，抗滑樁容許擾度s=(l/300)×2=(15/300)×2=0.1 m。因此，結合本工程現場實際情況，抗滑樁頂位移預警判據的確定如表3所示。

表2 抗滑樁樁頂容許位移計算表Table 2 Allowable displacement of top of anti-slide pile

表3 抗滑樁樁頂位移預警判據Table 3 Warning criterion of displacement of top of anti-slide pile

3.4 抗滑樁體內力預警判據分析

抗滑樁的穩(wěn)定性主要通過橫向受力來判斷，抗滑樁滑面線以下地層為巖層時，樁的最大橫向壓應力應小于或等于地基的橫向容許承載力。樁為矩形截面時，地基的橫向容許承載力

式中，各符號意義如前所述。參考該隧道洞口滑坡設計勘察資料，該處滑坡體下基巖主要為千枚巖、碳質千枚巖，巖石單軸抗壓極限強度為450 kPa，該處滑坡體上的抗滑樁樁體內力按地基的橫向容許承載力來計算。根據前文計算結果，該處抗滑樁樁體最大橫向容許應力約為162 kPa，由于目前尚無以抗滑樁體內力來進行預警的先例，因此，本文把抗滑樁樁體最大橫向容許應力162 kPa作為抗滑樁臨滑判據，以樁體最大橫向容許應力的50%作為3級預警判據，樁體最大橫向容許應力的80%作為2級預警判據，如表4所示。

表4 抗滑樁體內力預警判據Table 4 Warning criterion of stress of anti-slide pile body

3.5 降雨量預警判據分析

降雨量預警判據主要是指一定地區(qū)突然降大暴雨或持續(xù)降大雨，降雨量達到一定閥值使?jié)撛谖ｋU的邊坡巖(土)體發(fā)生失穩(wěn)和快速滑動，它屬于外施的臨界影響誘發(fā)判據，不同地方的斜坡結構和地質環(huán)境條件有較大差異，因此，誘發(fā)滑坡的臨界降雨量也有較大差別，故難以形成統一的通用判據，根據本工程實際地質環(huán)境以及工程所在區(qū)域歷史降雨量，結合2012年7月4日項目部發(fā)生泥石流洪災時的降雨量(61.6 mm)，確定滑坡臨界降雨量為一次累計60 mm作為1級預警，臨界降雨量80%作為2級預警，臨界降雨量50%作為3級預警，如表5所示。

表5 降雨量預警判據Table 5 Warning criteria of rainfall

4 滑坡地質災害預警與響應級別的綜合確定

據前文分析結果，該隧道洞口滑坡地質災害主要通過地表變形、抗滑樁頂水平位移、抗滑樁體橫向應力以及降雨量來綜合預警，預警與響應級別如表6所示。

表6 某隧道洞口滑坡地質災害預警與響應級別Table 6 Early warning and response levels in case of landslide near tunnel portal

5 結論與討論

該隧道洞口施工場區(qū)地形起伏大，溝谷縱橫，地質條件復雜，工程場區(qū)內存在滑坡地質災害風險，通過對該隧道洞口施工期工程場區(qū)滑坡地質災害預測預報的分析與研究，得出如下主要結論:

1)工程場區(qū)滑坡地質災害對施工場區(qū)人員的生產生活以及生命有著較大的威脅，因此，滑坡地質災害的預測預警極為重要，而滑坡地質災害預警判據的合理確定則是準確預報的關鍵;

2)結合工程實際情況，建立了滑坡地質災害3級預警與響應體系，確定了該隧道洞口滑坡地質災害主要通過地表變形、抗滑樁頂水平位移、抗滑樁體橫向應力以及降雨量來進行綜合預警的方案，并從定性和定量2方面分析提出了滑坡地質災害的預警判據，為地質災害的有效和合理預警提供了依據;

3)通過理論分析和現場實際監(jiān)測數據，并參考以往工程經驗，確定了該隧道洞口滑坡地質災害臨滑判據值為:地表變形監(jiān)測位移速率10 mm/d，地表累計變形值為150 mm，抗滑樁頂累計水平位移216 mm，樁體最大橫向應力大于162 kPa，一次累計降雨量大于60 mm(降雨為中雨及以上);

4)由于工程場區(qū)存在地質條件的復雜性和地質災害的不確定性，本文中滑坡地質災害的臨滑判據值僅作為工程應用的初步數據，該臨滑判據還應在后續(xù)施工中根據監(jiān)測數據不斷進行優(yōu)化，以期能更加準確地對滑坡地質災害進行預警與響應。

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