衛(wèi) 濤/河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司

大峪隧道洞口段滑坡處治分析

衛(wèi) 濤/河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司

以大峪隧道洞口段滑坡為研究對(duì)象，分析成因，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及地勘資料驗(yàn)算滑坡體的穩(wěn)定性，并對(duì)邊坡支護(hù)方案和接長(zhǎng)明洞兩種處治方案進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明：兩種方案均能保證邊坡穩(wěn)定，但接長(zhǎng)明洞的方案施工難度相對(duì)較小，施工以及后期運(yùn)營(yíng)更為安全；同時(shí)也為隧道洞口滑坡治理提供了工程的參考性，具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

隧道洞口；滑坡；明洞

引言

由于工程地質(zhì)及施工等因素的影響，邊坡施工過(guò)程中易出現(xiàn)各種各樣的地質(zhì)災(zāi)害。其中，隧道洞口段多處于侵蝕嚴(yán)重、節(jié)理裂隙較發(fā)育的坡面上，因而隧道洞口滑坡是極其常見(jiàn)?；率鹿释话l(fā)性強(qiáng)，破壞性大，特別是發(fā)生在隧道洞口段，若不能及時(shí)的處治，將對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)及高速公路的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)極大的安全隱患。目前，我國(guó)在隧道邊坡穩(wěn)定性分析中，一般采用極限平衡法和有限元數(shù)值模擬法。但由于巖土體的復(fù)雜性，特殊地質(zhì)條件下巖石的變形機(jī)理仍未清楚，邊坡的破壞模式和發(fā)展階段等仍未十分明了。在滑坡災(zāi)害治理方面，通常采用“預(yù)防為主，綜合整治”的方針。廣泛采用的滑坡治理方法主要有支擋、截排水、錨固、減壓和反壓工程等。

本文針對(duì)大峪隧道隧道洞口段的滑坡問(wèn)題，分析成因，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及地勘資料驗(yàn)算滑坡體的穩(wěn)定性，提出邊坡支護(hù)和接長(zhǎng)隧道明洞兩種方案，并進(jìn)行對(duì)比分析。

1.工程概況

河南省焦桐高速公路登封至汝州段大峪隧道為上、下行分離的四車道小間距隧道（中夾巖約10m），左線L3K27+045～ L3K27+209（164m）， 右 線 K27+047～ K27+210（163m）。隧道穿越強(qiáng)～中風(fēng)化灰?guī)r，表層覆蓋薄層含碎石，基巖開挖后，存在順向滑塌現(xiàn)象；巖石層間結(jié)合差。

2014年7月，大峪隧道進(jìn)口段路基開挖至設(shè)計(jì)高程時(shí)該段右側(cè)順傾邊坡產(chǎn)生變形，山坡中上部出現(xiàn)寬度不一的拉裂縫，局部出現(xiàn)垮塌；停止路基挖方施工后，坡體前緣未出現(xiàn)明顯位移；后因連降降雨，坡頂出現(xiàn)多條拉裂縫，處裂縫最大寬度達(dá)0.2m。在此種情況下，判定山體滑坡的形成機(jī)制，采取快速有效滑坡治理方案，控制滑坡的繼續(xù)發(fā)展顯得尤為迫切，具體現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖1～ 2。

2. 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該區(qū)域?yàn)闃?gòu)造剝蝕淺切割中低山地貌，屬于中低山地貌溝谷和斜坡地貌，地形起伏較大，地面標(biāo)高基本在470～482米之間，相對(duì)高差20m。地表植物主要是喬木林和少量灌木叢。

2.2 地層巖性

依據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、地調(diào)資料，區(qū)內(nèi)上覆地層為第四系漂石層和鈣質(zhì)膠結(jié)層，分布不連續(xù)，主要分布在表層，厚度不大，下伏基巖為寒武系頁(yè)巖與灰?guī)r和寒武系白云質(zhì)灰?guī)r。具體描述如下：

第四系殘坡積層：

漂石（Q4）：雜色，密實(shí)，稍濕，主要成分以砂巖為主，呈次棱角狀，巖芯呈塊狀，般塊徑60～130mm，最大塊徑200mm占約55%，少量粉黏充填。

鈣質(zhì)膠結(jié)（Q4）：灰白色，巖芯呈碎塊狀，呈不規(guī)則狀，一般塊徑5～40mm,最大塊徑80mm，少量粉砂充填，其中2～3.2m處夾少量片麻巖碎塊。

寒武系

灰?guī)r：淺青灰色，強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，主要成分以方解石為主，巖質(zhì)強(qiáng)度中。受多次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，強(qiáng)風(fēng)化巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。中風(fēng)化層巖體相對(duì)強(qiáng)風(fēng)化層完整，裂隙較發(fā)育，工程性質(zhì)較好。

頁(yè)巖：暗紫紅色，強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化，泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較軟，主要成分以泥質(zhì)為主，含石英，長(zhǎng)石。受多次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，強(qiáng)風(fēng)化巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。中風(fēng)化層巖體相對(duì)強(qiáng)風(fēng)化層完整，裂隙較發(fā)育，工程性質(zhì)較好。

3.滑坡成因分析

大峪隧道洞口由最初的邊坡局部垮塌至最后的的淺層滑坡發(fā)展很快，以及對(duì)裂縫和滑坡體的專項(xiàng)補(bǔ)充勘察，判定此次洞口滑坡由地質(zhì)地形及施工等多方面因素引起，滑坡體成因如下：

根據(jù)地形地物調(diào)查及地質(zhì)調(diào)繪，歸納出大峪隧道洞口滑坡特征如下：

（1）施工坡率與設(shè)計(jì)不符

臨近隧道洞口處存在斷層造成地質(zhì)突變，但L3K26+860～L3K27+045段挖方路基現(xiàn)場(chǎng)施工坡率與設(shè)計(jì)坡率不符，現(xiàn)場(chǎng)按照臨近灰?guī)r地質(zhì)的坡率進(jìn)行施工；

（2）支護(hù)不及時(shí)

施工過(guò)程中未將防護(hù)由上到下逐步進(jìn)行，未邊開挖邊防護(hù)；現(xiàn)場(chǎng)一次開挖到位后，將裸露邊坡長(zhǎng)時(shí)間暴露。

（3）偏壓順傾嚴(yán)重

路線穿越區(qū)域偏壓嚴(yán)重，右高左低，路塹段開挖打破原有的受力平衡；坡面順傾斜，與路線垂直，傾角約30°；沿著順傾的土石交界面形成了潛在的不穩(wěn)定滑動(dòng)面。

（4）地表水的下滲

干濕交替及施工開挖引起的地表淺層橫向裂縫，加速地表水入滲并在上部淺層巖土層界面形成滯水層，抗剪強(qiáng)度降低，加速變形；

4.滑坡體穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭露情況，推測(cè)出潛在滑動(dòng)面如圖7所示。運(yùn)用理正分析軟件定量驗(yàn)證在自然工況和削坡卸載后的穩(wěn)定性系數(shù)，對(duì)洞口邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)。

（1）目前滑移面位于坡面中上部，屬于淺層滑坡；

（2）根據(jù)滑動(dòng)面處土體的室內(nèi)試驗(yàn)，確定滑面處土體參數(shù)，c=17Kpa、ψ=9.6°；

（3）經(jīng)驗(yàn)算，當(dāng)時(shí)狀態(tài)下滑坡體安全系數(shù)K=1.02，邊坡處于蠕動(dòng)變形階段；

（4）目前坡面處于不穩(wěn)定狀態(tài)，若不及時(shí)處治，將牽引更大范圍的破壞。

5.滑坡處置方案

5.1 方案選擇

根據(jù)大峪隧道洞口滑坡體斷面臨界狀態(tài)，需采取快速有效方案穩(wěn)固山體，控制住滑坡體的變形趨勢(shì)。采用砂漿和黏土對(duì)坡體上的裂縫進(jìn)行回填夯實(shí)，防止地表水滲入，然后在滑坡后緣設(shè)置截水溝，防止降雨滲入坡體；最后通過(guò)處治對(duì)該滑坡進(jìn)行處治。

5.2 邊坡支護(hù)方案

根據(jù)邊坡的穩(wěn)定性分析、不穩(wěn)定的順傾結(jié)構(gòu)面及邊坡不穩(wěn)定程度及范圍，對(duì)邊坡支護(hù)方案的合理性、安全性進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證。

首先，按照地勘部門提供的地質(zhì)資料對(duì)邊坡進(jìn)行了路塹邊坡設(shè)計(jì)，如表1所示。為了降低坡高，第一級(jí)邊坡高度設(shè)計(jì)為6m，同時(shí)增設(shè)擋土墻；為了使安全系數(shù)達(dá)到1.3，在第二級(jí)以及第三級(jí)邊坡加設(shè)錨索框架梁，進(jìn)行防護(hù)，見(jiàn)表1。

表1 邊坡設(shè)計(jì)坡率

但是由于實(shí)際進(jìn)行放坡設(shè)計(jì)時(shí)，邊坡高度增加較快并且過(guò)高危險(xiǎn)系數(shù)較大，況且部分段落坡頂無(wú)法收頂，局部邊坡達(dá)到70m；另外，在后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，受外部影響較大，仍然存在局部坍塌導(dǎo)致滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該慎重考慮。

5.3 隧道出口接長(zhǎng)明洞方案

進(jìn)過(guò)詳細(xì)的研究論證比較，考慮采用隧道接長(zhǎng)明洞及洞頂填土反壓滑坡前緣，達(dá)到根治滑坡的目的。

5.3.1 處治方案。

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)有滑坡土體仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，明洞施工期間，仍有滑動(dòng)的可能，為確保明洞施工、運(yùn)營(yíng)期間安全，要進(jìn)行卸土減載。選擇滑動(dòng)區(qū)域并結(jié)合明洞施工段落順序，逐步卸載。卸載時(shí)，應(yīng)從滑坡體后緣向滑坡前緣逐層開挖，并設(shè)置3%～8%傾向于路基的斜坡，嚴(yán)禁開挖滑坡體的舌部，防止滑坡體繼續(xù)發(fā)展；做好卸載區(qū)域雨天的排水疏導(dǎo)，嚴(yán)禁形成凹地，造成積水

（2）隧道左線洞門樁號(hào)由L3K27+045調(diào)整為L(zhǎng)3K27+000，增加明洞45m；

（3）隧道右線洞門樁號(hào)由K27+047調(diào)整為K27+002，增加明洞45m。

（4）采用隧道棄渣對(duì)隧道進(jìn)行回填，可對(duì)滑坡起到反壓作用。經(jīng)測(cè)算，隧道棄渣可填至明洞拱頂高約5 m；通過(guò)反壓回填后臨近路基的最大邊坡高度降到40m以內(nèi)；

該方案施工難度相對(duì)較小，施工人員較為安全，工程造價(jià)略高方案相對(duì)較低。同時(shí)，洞頂回填使用隧道棄渣及其他廢棄土石方，既節(jié)約了棄土費(fèi)用，還有利于環(huán)境保護(hù)。

5.3.2 受力驗(yàn)算。

對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，只選取左側(cè)明洞，對(duì)接長(zhǎng)明洞方案下結(jié)構(gòu)的安全性能進(jìn)行驗(yàn)算分析。

（1）建立結(jié)構(gòu)受力模型：明洞高度9.27 m，拱頂填土厚度5.00 m，下滑力與隧道軸線夾角為35°，明洞由滑坡增加的側(cè)壓力按4213.25 / (5 + 9. 27 ) × sin35°= 169. 35 kN /m2計(jì)算，拱墻及仰拱襯砌支護(hù)采用700mm厚C25混凝土，采用Φ28 @150mm 鋼筋。結(jié)構(gòu)受力模型，見(jiàn)圖 3。

（2）計(jì)算結(jié)果分析:運(yùn)用ANSYS有限元計(jì)算軟件對(duì)明洞結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行模擬計(jì)算。由圖4知，明洞結(jié)構(gòu)安全系數(shù)最小值為2.4，滿足《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D70 /2 -2014中安全系數(shù)大于2. 0的要求，故接長(zhǎng)明洞方案能滿足施工及運(yùn)營(yíng)期間的安全性。

6. 結(jié)論

通過(guò)對(duì)大峪隧道洞口段滑坡的研究，結(jié)合地質(zhì)情況和施工設(shè)計(jì)，對(duì)兩種處治方案進(jìn)行了分析，得出結(jié)論如下：

(1) 邊坡支護(hù)及接長(zhǎng)隧道明洞兩種方案均能有效的保證滑坡的穩(wěn)定性，確保隧道襯砌結(jié)構(gòu)及高速公路的運(yùn)營(yíng)安全。

(2) 接長(zhǎng)隧道明洞方案與邊坡支護(hù)的方案相比，施工難度相對(duì)較小，施工人員更為安全，并有利于保護(hù)環(huán)境，同時(shí)也提高了后期公路運(yùn)營(yíng)期間的安全度。因此，采用接長(zhǎng)隧道明洞方案對(duì)大峪隧道洞口段滑坡的治理是合理、可行的。

（3）大峪隧道洞口滑坡治理的方案，為隧道洞口滑坡治理提供了工程的參考性，具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

[1]陳羽，.隧道洞口滑坡穩(wěn)定性分析及致力研究[J]. 中外公路，2016，36（2）1671-2579.

[2]姜鵬，鄭濤.姜家梁隧道洞口段滑坡治理方案分析[J].路基工程，2016（3）:0218-0222.

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[4]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集 [M]. 北京：人民交通出版社，2011.

衛(wèi)濤（1985-），男，工程師，碩士，河南西平人，河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,工程師，主要從事橋梁、隧道勘察設(shè)計(jì)與研究。