李　卓

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津　300251)

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滬昆客專紅嶺隧道進(jìn)口滑坡成因分析及治理方案研究

李卓

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300251)

滬昆客運(yùn)專線紅嶺隧道進(jìn)口滑坡成因調(diào)查揭示，線位走向與紅嶺隧道進(jìn)口處左側(cè)坡體斜交，隧道左側(cè)偏壓且存在順層，高角度切坡時(shí)巖土體內(nèi)部產(chǎn)生了裂縫。該邊坡附近斷層發(fā)育，巖土體力學(xué)性質(zhì)較差，裂隙發(fā)育，雨水易沿裂縫下滲，土體受力失穩(wěn)，對后緣巖土體有牽引作用，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。在勘察調(diào)繪的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)值模擬軟件Geostudio深入研究滑坡的形成機(jī)制，計(jì)算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)。結(jié)果顯示，第一個(gè)潛在滑體的穩(wěn)定性系數(shù)為1.03，第二個(gè)潛在滑體的穩(wěn)定性系數(shù)為1.139，該滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在人工開挖與降雨入滲作用下，該進(jìn)口邊坡不穩(wěn)定。為了保障施工安全，建議采用減載與抗滑樁結(jié)合的綜合治理方案。

紅嶺隧道牽引式滑坡成因分析穩(wěn)定性評價(jià)治理方案

隧道開挖中高角度切坡常常破壞邊坡的穩(wěn)定性，進(jìn)而誘發(fā)邊坡的滑動(dòng)破壞，最終會(huì)嚴(yán)重影響鐵路建設(shè)的施工進(jìn)度。另外，隧道拱頂可能會(huì)承受滑坡荷載導(dǎo)致擠壓變形[1-3]。因此，必須對滑坡進(jìn)行及時(shí)的治理。

滬昆客運(yùn)專線紅嶺隧道進(jìn)口位于湖南省新化縣科頭鄉(xiāng)紅霞村，進(jìn)口左側(cè)邊坡自然坡度35°左右，均辟為梯田。此滑坡變形按變形規(guī)模和時(shí)間可分為二個(gè)階段：2011年3月上旬至4月中旬為第一階段，施工單位在平整施工場地時(shí)進(jìn)行切坡，在左側(cè)坡腳挖出10m余高陡坎，坡度70°～90°，開挖地面高程約274.09m，形成了較高陡的人工邊坡。后人工邊坡產(chǎn)生裂縫，形成一條連續(xù)長約160m、寬10～40cm的張拉裂縫，位于里程范圍DK209+340～375左側(cè)0～65m，大部分地段出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)裂縫，錯(cuò)臺(tái)高度為5～30cm，至4月下旬，裂縫寬度加大，最大達(dá)60cm。第二階段為4月中旬至6月上旬，該地區(qū)連降暴雨，裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，寬度最大達(dá)70cm，后緣錯(cuò)臺(tái)高度達(dá)1.7m，且沿坡體往上產(chǎn)生多條新裂縫，坡上民房多處開裂，范圍擴(kuò)大至里程范圍DK209+340～405左側(cè)0～110m；紅嶺隧道進(jìn)口拱頂左側(cè)受滑坡體擠壓變形，頂部及拱頂內(nèi)部初支均出現(xiàn)裂縫，寬度5～10cm，長度延伸至洞內(nèi)約30m。為保證隧道施工和工程安全，需對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，分析其形成機(jī)制，并對滑坡的發(fā)展趨勢和可能造成的危害進(jìn)行評價(jià)，最后提出經(jīng)濟(jì)合理的工程防治方案，保障施工的安全運(yùn)營[4，5]。

1　滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件

1.1地理位置及地形地貌

滑坡位于紅嶺隧道進(jìn)口明洞段里程范圍DK209+340～405左側(cè)0～110m，原始地貌為殘坡積中低山區(qū)，自然坡度約35°，坡上多辟為梯田，坡上有民房，坡體穩(wěn)定，植被發(fā)育；施工切坡后，坡度約40～60°，后緣高程為326.9m，前緣高程為282.0m，高差約44.9m(如圖1)。

圖1　場地原始地貌(三維系統(tǒng)截圖)

1.2地層巖性

滑坡區(qū)域內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)；第四系上更新統(tǒng)坡殘積層(Q3dl+el)；奧陶系下統(tǒng)橋亭子組上段(O1q2)，其巖性按地層由新至老分別敘述如下。

(3)奧陶系下統(tǒng)橋亭子組上段(O1q2)：

炭質(zhì)板巖——灰黑色，強(qiáng)風(fēng)化，變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體極破碎，巖質(zhì)較軟，敲擊易碎。

粉砂質(zhì)板巖——①全風(fēng)化，黃褐色，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造已基本破壞，巖石風(fēng)化呈土狀，夾少量未完全風(fēng)化的殘留物。②灰綠色、紅褐色，強(qiáng)風(fēng)化，砂狀結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面可見紅褐色鐵錳質(zhì)浸染，巖質(zhì)較硬，巖體破碎。③淺灰色，弱風(fēng)化，砂狀結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面可見紅褐色鐵錳質(zhì)浸染，巖質(zhì)較硬，巖體較破碎。

1.3地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)調(diào)查和勘探，區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀以北北西、北北東為主，35°∠30°、321°∠60°、23°∠14°；在滑坡附近發(fā)育逆斷層，斷層產(chǎn)狀110°∠53°，破碎帶寬度10～15m。受該斷裂的影響，滑坡區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀較紊亂，巖體較破碎，軟硬不均。

1.4水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存于溝谷或山坡、第四系松散堆積物中，補(bǔ)給來源為大氣降水，受季節(jié)影響較大，雨季水量較大，干旱季節(jié)水量較少，向低洼處排泄。基巖裂隙水主要賦存于下伏炭質(zhì)板巖，粉砂質(zhì)板巖的節(jié)理、裂隙中，接受大氣降水和地下徑流補(bǔ)給。水位隨季節(jié)變化而變化，水量受節(jié)理裂隙及充填情況影響，水量中等，地下水季節(jié)性變幅較大，勘測期間潛水埋深1.50～8.50m，高程283.33～290.51m。

2　滑坡形成過程及成因分析

2.1形成過程

紅嶺隧道進(jìn)口滑坡為新生滑坡。通過對滑坡區(qū)內(nèi)裂縫位置的觀測，結(jié)合地層巖性、地形情況及現(xiàn)場施工情況，該滑坡按變形規(guī)模和時(shí)間可分為兩個(gè)階段：第一階段以裂縫1、裂縫2為界，滑坡體主要物質(zhì)成份為第四系坡殘積土層，屬土質(zhì)滑坡；第二階段因土體滑動(dòng)牽引后緣基巖，節(jié)理面受雨水浸潤開裂，產(chǎn)生變形、滑動(dòng)，屬牽引式破碎巖體滑坡，變形范圍延伸至裂縫4、裂縫5、裂縫6，且變形區(qū)有沿山體向上延伸趨勢，最大延伸至裂縫7(如圖2)。兩個(gè)階段滑動(dòng)方向基本一致，為北偏東51°。

圖2　滑坡平面示意

紅嶺隧道進(jìn)口第一階段滑坡范圍約2 520m2，滑坡堆積厚度一般為0.0～8.1m，滑坡體積約6 100m3，為一小型土質(zhì)滑坡。第二階段滑坡范圍擴(kuò)大至約8 020m2，滑坡堆積厚度0.0～24.0m，滑坡體積擴(kuò)大至約52 100m3，為中型滑坡。

2.2形成原因

上部第四系松散地層及全—強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖巖體破碎，基巖接觸面及層面、節(jié)理面等不利結(jié)構(gòu)面組合是產(chǎn)生滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ)。

線路走向與坡體斜交，隧道左側(cè)偏壓，巖層產(chǎn)狀傾向線路方向，存在順層，施工開挖造成不利影響。

隧道區(qū)工程施工開挖期間遭受強(qiáng)降雨影響，雨水滲入土體，導(dǎo)致土體受力失衡，并牽引下伏基巖沿結(jié)構(gòu)面開裂、變形，是滑坡產(chǎn)生的直接誘因。

3　滑坡邊坡穩(wěn)定性分析

為了深入研究紅嶺隧道進(jìn)口滑坡的穩(wěn)定性，并找出潛在滑動(dòng)面，為治理方案提供依據(jù)，采用Geostudio軟件[6-8]中的SLOPE/W模塊，運(yùn)用Morgenstern-Price計(jì)算方法，計(jì)算進(jìn)口滑坡的穩(wěn)定性，找出潛在滑動(dòng)面。

3.1模型的建立

如圖3所示，縱剖面5-5與滑坡主滑方向一致，并經(jīng)過1、6、7三個(gè)大裂縫，因此選擇5-5剖面進(jìn)行研究。首先建立根據(jù)GeoStudio提供的網(wǎng)格剖分，采用三角形單元和四邊形單元混合的網(wǎng)格形式。最終地質(zhì)模型劃分為3 416個(gè)單元，3 387個(gè)節(jié)點(diǎn)，剖分好的數(shù)值計(jì)算模型如圖3所示。

3.2初始應(yīng)力分析

根據(jù)前期勘察報(bào)告得到物性參數(shù)如表1。粉砂質(zhì)板巖的剛度較大，選擇的材料模型為線彈性，裂縫結(jié)構(gòu)面的巖性更接近土，選擇的材料模型為彈塑性模型。

表1　進(jìn)口滑坡各巖土組物理力學(xué)參數(shù)

滑坡模型兩側(cè)只考慮X方向約束，滑坡底部采用X/Y兩個(gè)方向的約束，邊界條件如圖4所示。運(yùn)用SIGMA/W模塊進(jìn)行初始應(yīng)力分析，得到剖面的剪切應(yīng)力等值線云圖，滑坡深部應(yīng)力較多，滑坡表面無應(yīng)力，基本符合滑坡的初始應(yīng)力分布。

圖3　5-5′剖面地質(zhì)模型及有限元網(wǎng)格劃分

圖4　5-5剖面剪切應(yīng)力等值線

3.3求解穩(wěn)定性系數(shù)

根據(jù)裂縫的分布和剪出口的位置推測潛在滑動(dòng)面，并預(yù)測有兩個(gè)潛在滑體。運(yùn)用SLOPE/W模塊中的M-P條分法，計(jì)算兩個(gè)潛在滑體的穩(wěn)定性系數(shù)，如圖5、圖6所示，綠色部分為滑體范圍，第一個(gè)潛在滑體的穩(wěn)定性系數(shù)為1.03，第二個(gè)潛在滑體的穩(wěn)定性系數(shù)為1.139?；麦w裂縫發(fā)育，第一個(gè)潛在滑動(dòng)面滑動(dòng)時(shí)對后緣巖土體具有牽引作用，加之人工開挖與降雨入滲作用，該進(jìn)口邊坡非常不穩(wěn)定。

圖5　5-5剖面第一期滑帶分布

圖6　5-5剖面第二期滑帶分布

4　滑坡治理建議

建議結(jié)合線路工程情況及滑坡體主滑方向進(jìn)行滑坡治理[9-11]，并對隧道洞口偏壓、順層采取適宜的處理措施。擬采用減載錨桿與抗滑樁結(jié)合的綜合治理方案，對滑坡區(qū)內(nèi)變形巖土進(jìn)行清方卸載，清理滑坡區(qū)坡殘積層粉質(zhì)黏土、細(xì)角礫土、粗角礫土及部分全—強(qiáng)風(fēng)化基巖，下部設(shè)置抗滑樁，并對坡面進(jìn)行加固。 建議邊坡率上部粉質(zhì)黏土、細(xì)角礫土、粗角礫土、粉砂質(zhì)板巖(W4)取1∶1.75；炭質(zhì)板巖(W3)、粉砂質(zhì)板巖(W3)取1∶1.25；粉砂質(zhì)板巖(W2)取1∶1。施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對滑坡體的位移觀測、地下水位動(dòng)態(tài)觀測；在滑坡體周邊設(shè)截、排水溝，并做防滲處理，減少水對滑坡的不利影響，做好相關(guān)路基、邊坡、隧道等截排水措施。工程完工后，建議對滑坡體及周圍進(jìn)行綠化處理，減小表水對表土的侵入沖刷(如圖7)。

圖7　滑坡治理示意

5　結(jié)束語

根據(jù)調(diào)查和勘探結(jié)果分析，滬昆客運(yùn)專線紅嶺隧道進(jìn)口滑坡區(qū)表層覆蓋坡殘積粉質(zhì)黏土、細(xì)角礫土和粗角礫土，因施工開挖，遇到暴雨或者持續(xù)降雨，雨水沿裂縫下滲，土體受力失衡，易產(chǎn)生裂縫，形成滑面，在重力和水的作用下易產(chǎn)生滑坡。下伏炭質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，雨水浸入結(jié)構(gòu)面，在上覆土體的牽引下沿結(jié)構(gòu)面開裂，產(chǎn)生變形、滑動(dòng)，且有向坡體上方延伸趨勢。運(yùn)用Geostudio軟件計(jì)算潛在的兩個(gè)滑動(dòng)面穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.03、1.139，滑體基本穩(wěn)定，但在人工開挖和降雨條件下如不及時(shí)處理，將引發(fā)更大范圍的滑坡。建議采用減載錨桿與抗滑樁結(jié)合的方式，在滑坡治理過程中和完工后，應(yīng)加強(qiáng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，防止工程安全事故的發(fā)生。

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Analysis and Research on the Management Plan of the Imported Landslide in Red Ridge Tunnel in Shanghai-Kunming Railway

LI Zhuo

2016-05-03

李卓(1984—)，2009年畢業(yè)于西南交通大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2016)04-0037-05

P642.22；U213.1+52.1

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