魏家旭，張玉芳

(1.云南省建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650000；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081)

老滑坡是指發(fā)生在全新世以來的滑坡，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，即發(fā)生在河流岸邊(或壓埋河床卵石層)暫時(shí)穩(wěn)定的滑坡，在河流沖刷、地震以及暴雨等工況下其穩(wěn)定性仍然受到影響[1]。一旦老滑坡體被擾動(dòng)并誘發(fā)其整體復(fù)活，將對人類造成巨大的災(zāi)難。因此，判別老滑坡的存在與規(guī)模，研究其形成和復(fù)活機(jī)理，并采用適宜的工程措施治理，是老滑坡體防治的重要課題。

常帥鵬[2]對西寧—成都鐵路熱貢越嶺段主要水文地質(zhì)問題進(jìn)行分析，并在方案比選期預(yù)測了各方案隧道的涌水量，得出較優(yōu)的選線結(jié)論，為線路選擇提供科學(xué)論據(jù)。吳明先等[3]以川藏公路通麥至105道班段為工程背景，結(jié)合當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件，選出安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理和綠色環(huán)保的線路。郭俊奇[4]以寶蘭客運(yùn)專線穿越王家墩古滑坡群為例，從工程地質(zhì)角度詳細(xì)介紹了平面繞避和縱面繞避方案的優(yōu)劣性，并最終選定了縱面繞避的方案。成永剛等[5]在藏區(qū)高烈度區(qū)高速公路現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)大型不良地質(zhì)體，并變更了設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化了線路的走向。黃達(dá)等[6]針對三峽庫區(qū)塔坪H2古滑坡臺(tái)階狀復(fù)活變形，分析庫水-降雨耦合作用機(jī)制，得出庫水位漲落是滑坡變形的主要因素，而降雨促進(jìn)了滑坡變形進(jìn)一步發(fā)展。李金洋等[7]研究了在汶川地震作用下北川縣筲箕窩老滑坡的變形機(jī)理，并進(jìn)行了極限平衡計(jì)算，發(fā)現(xiàn)地震形成的地表裂縫有利于降雨入滲，降雨成為誘發(fā)老滑坡體進(jìn)一步失穩(wěn)破壞的主要原因。

香麗高速公路昌格洛隧道地處云南省麗江市境內(nèi)，隧道全長 2 311 m，最大埋深376 m。昌格洛隧道出口斜坡區(qū)內(nèi)陡坡、沖溝以及陡坎錯(cuò)臺(tái)等微地貌發(fā)育，根據(jù)前期地質(zhì)勘察情況和現(xiàn)場工程調(diào)查認(rèn)為其是一老滑坡體，斜坡自然坡面凹凸不平，且坡面分布較多馬刀樹，說明該斜坡在歷史上曾發(fā)生過多次斜坡變形，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多組長度、寬度不等的裂縫，有些部位已經(jīng)形成了小規(guī)?；?。另外，在隧道施工便道開挖后，發(fā)現(xiàn)地表覆蓋層較厚，且發(fā)生了局部坍塌，證明該不良地質(zhì)體處于不穩(wěn)定期，亟需對該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析和機(jī)理研究，提出適宜的整治方案。

1 昌格洛老滑坡特征

1.1 老滑坡的基本特征

昌格洛隧道以大角度斜交穿過沖江河左岸，隧道出口所在的沖江河左岸賦存一老滑坡體，斜坡區(qū)屬構(gòu)造侵蝕、剝蝕高中山峽谷地貌，斜坡為順向坡，老滑坡在平面上呈簸箕形，主滑方向?yàn)?70°，隧道出口不良地質(zhì)體順滑動(dòng)方向長約968 m，橫向?qū)挾茸畲蠹s 2 216 m，滑坡底部邊界為沖溝底?；抡w體積約為5×107m3，屬于大型滑坡。自然斜坡呈現(xiàn)上陡中緩下陡的特點(diǎn)，斜坡上部至山頂為自然植被山坡，坡體較陡，喬木茂盛，主要以松樹為主；斜坡中部為農(nóng)戶耕地，山坡地形相對較平緩，整體坡度約22°；下部受沖江河及沖溝深切影響，坡度較陡，植被茂密。滑體主要由上覆第四系殘坡積層碎石土、角礫土及塊石土組成，碎石土主要分布在隧道出口斜坡地段表層，厚度不均，地表植被茂密，多見馬刀樹。

1.2 地層分布特征

1)滑坡體：第四系殘坡積層碎石土、角礫土及塊石土，結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度差。

2)滑帶：三疊系上統(tǒng)全～強(qiáng)風(fēng)化板巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，接觸面光滑，遇水易軟化，強(qiáng)度差。

3)滑床：三疊系強(qiáng)～中風(fēng)化玄武巖，呈灰綠、灰褐色，塊狀構(gòu)造，強(qiáng)度偏低，裂隙發(fā)育，風(fēng)化界線起伏較大。強(qiáng)～中風(fēng)化玄武巖下覆中風(fēng)化板巖，呈灰白、灰褐色，變余灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙微發(fā)育,巖芯呈大塊狀,裂隙間有方解石充填,巖質(zhì)較硬。

1.3 老滑坡的變形特征

1)滑坡前緣：位于隧道出口下部沖溝內(nèi)，沖溝大致走向240°，坡度20°，沖溝內(nèi)亂石堆積。

2)坡體表面：斜坡體表面發(fā)現(xiàn)多組長短不一的裂縫，如圖1所示。其中：裂縫1和裂縫2為局部小滑坡，形成于2012年左右，后緣為高2～5 m的錯(cuò)臺(tái)，走向250°。裂縫3以內(nèi)的范圍在1983年有滑動(dòng)現(xiàn)象，滑坡周界為錯(cuò)臺(tái)，后緣錯(cuò)臺(tái)高1～3 m，走向220°～150°，錯(cuò)臺(tái)于最近兩三年的下錯(cuò)量較大。裂縫6后緣為錯(cuò)臺(tái)，錯(cuò)臺(tái)高度0.5～2.0 m，走向265°～290°，中部可見寬30～40 cm、深30～50 cm、貫通達(dá)10 m的裂縫，裂縫走向290°。裂縫8左邊界與裂縫6左側(cè)界相接，形成高1～3 m的錯(cuò)臺(tái)，走向215°～220°。裂縫9整體為圈椅狀，左側(cè)界及后緣基本位于村子及旱地與松樹林的交界線上，為陡緩交界面，左側(cè)界走向220°，后緣走向260°；右側(cè)界為高3～30 m的連續(xù)錯(cuò)臺(tái)，走向135°。

圖1 昌格洛隧道出口裂縫

3)滑坡后緣：為陡緩交界和錯(cuò)臺(tái)，因老滑坡存在時(shí)間較長，局部后緣形成的陡壁高5～8 m，走向280°;陡壁處可見基巖，基巖產(chǎn)狀130°∠43°，局部風(fēng)化較大，其表層呈碎屑狀。

4)左側(cè)界及右側(cè)界：左側(cè)界與后緣裂縫相接，位于旱地與松樹林的交界位置上，為陡緩交界面，左側(cè)界走向220°；右側(cè)界為陡緩交界處及部分錯(cuò)臺(tái)，錯(cuò)臺(tái)高1～2 m，走向155°，坡積層及落葉堆積較厚。

2 現(xiàn)場物探研究

查明邊坡堆積層的厚度及巖層風(fēng)化界面位置，現(xiàn)場采用超高密度電法物探。超高密度電法在勘探理論上，仍然以巖土體的導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)，通過觀測和研究人工建立的地下穩(wěn)定電流場的分布規(guī)律以達(dá)到解決地質(zhì)問題的目的。在邊坡區(qū)地表布置6條超高密度電法測線，如圖2所示。

圖2 超高密度電法測線布置示意

圖3是此次勘察超高密度電法視電阻率成像圖。顏色相對較淺(如黃色或橙色)為高阻區(qū)，代表含水量較低的巖層，主要為碎石土及部分強(qiáng)風(fēng)化板巖(頂層部分)巖體；顏色相對較深(如黑色或藍(lán)色)為低阻區(qū)，代表含水量較高的巖層，主要為部分強(qiáng)風(fēng)化玄武巖(底層部分)及中風(fēng)化玄武巖巖體。

圖3 超高密度電法視電阻率成像圖

圖4 超高密度電法工程地質(zhì)剖面示意

工程地質(zhì)剖面如圖4所示，由超高密度電法視電阻率成像圖解釋得到。通過探測，在工程部位處分布的地層由上至下分別為碎石土、強(qiáng)風(fēng)化板巖、強(qiáng)～中風(fēng)化玄武巖。其中碎石土最大層厚約18.0 m；強(qiáng)風(fēng)化板巖、玄武巖層厚45.3～81.0 m，下伏中風(fēng)化玄武巖埋深較深。

根據(jù)物探結(jié)果可以看出，該邊坡上覆較厚的第四系殘坡積層碎石土，下覆強(qiáng)風(fēng)化板巖、強(qiáng)～中風(fēng)化玄武巖。結(jié)合現(xiàn)場裂縫展布，推測滑面是沿著強(qiáng)風(fēng)化板巖、玄武巖和中風(fēng)化玄武巖的巖層交界面滑動(dòng)。通過對老滑坡體的基本特征的介紹，可以看出老滑坡體表面已經(jīng)出現(xiàn)了裂縫或者錯(cuò)臺(tái)，說明邊坡已經(jīng)處在不穩(wěn)定狀態(tài)，有進(jìn)一步變形的傾向。為了保證昌格洛隧道的安全，亟需對該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析和計(jì)算，選?、?Ⅰ剖面作為典型剖面進(jìn)行分析。

3 老滑坡體穩(wěn)定性分析

3.1 模型建立

根據(jù)前期地質(zhì)勘察情況和現(xiàn)場工程調(diào)查，考慮降雨、地震對老滑坡體穩(wěn)定性的影響，運(yùn)用Geo-slope軟件進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算[8-11]。數(shù)值模擬中采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，斜坡區(qū)巖土體模型共劃分3個(gè)區(qū)域，分別為滑體、滑帶和滑床。初始狀態(tài)下，只考慮自重應(yīng)力場，不考慮構(gòu)造及初始位移場。計(jì)算模型四周設(shè)置法向約束，底部設(shè)置成固定約束邊界，滑坡表面設(shè)置成自由邊界。各類工況下，模型周邊設(shè)置為自由邊界、底部設(shè)置為靜止邊界，滑坡區(qū)烈度為Ⅷ度、地震加速度為0.2g，其主要物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 巖土體主要物理力學(xué)參數(shù)

3.2 穩(wěn)定性計(jì)算

對邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算主要先依據(jù)地質(zhì)勘察資料了解該滑坡的工程地質(zhì)情況，再根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果以及設(shè)計(jì)勘察資料確定滑面位置，最后結(jié)合Geo-slope軟件對該邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。計(jì)算選取了昌格洛隧道出口老滑坡體的Ⅰ-Ⅰ剖面，如圖5所示。

圖5 昌格洛隧道出口典型剖面

JTC D30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定路塹邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)在正常工況下，高級及一級以上高速公路穩(wěn)定性系數(shù)K為1.2，但通過對昌格洛隧道仰坡的現(xiàn)場觀察，結(jié)合前期工程地質(zhì)勘察資料和Geo-slope軟件分析可得，邊坡在自然狀況下不能達(dá)到規(guī)范要求的安全系數(shù)(K=1.154)，屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)。一旦遭遇暴雨、地震、暴雨+地震綜合作用，坡體將處于失穩(wěn)破壞狀態(tài)，暴雨入滲降低了邊坡的土體力學(xué)參數(shù)，軟化滑帶并增加坡體的自重，從而引起邊坡的滑動(dòng)和失穩(wěn)破壞；在地震作用下，巨大的外力將會(huì)改變原有的坡體平衡，致使老滑坡復(fù)活或引發(fā)其他次生災(zāi)害。其計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性分析結(jié)果及評價(jià)

3.3 老滑坡機(jī)理分析

根據(jù)老滑坡體的地形地貌、地層巖性、水文條件、自然條件、人類活動(dòng)等因素，并綜合考慮以上計(jì)算結(jié)果，得出了昌格洛老滑坡體在暴雨、地震等工況下極易復(fù)活，分析其原因主要有：

1)老滑坡體的坡體結(jié)構(gòu)。昌格洛隧道出口老滑坡體規(guī)模大。其滑面為全～強(qiáng)風(fēng)化板巖，接觸面光滑，風(fēng)化程度高，遇水易軟化，強(qiáng)度差。該邊坡上覆第四系殘坡積層碎石土，結(jié)構(gòu)松散，垂直節(jié)理裂隙發(fā)育，雨水極易下滲，使滑坡具備了內(nèi)在條件。

2)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造。研究區(qū)屬三江印支褶皺系弧形轉(zhuǎn)彎受急劇擠壓而變窄的部位，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，斷裂極為發(fā)育，金沙江深大斷裂(區(qū)內(nèi)的秋多-魯?shù)閿嗔?縱貫區(qū)內(nèi)中部，自古生代以來就長期控制了區(qū)內(nèi)的沉積作用、巖漿活動(dòng)、變質(zhì)作用、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及成礦作用。現(xiàn)場開挖揭露了沖江河沿?cái)嗔?F4)發(fā)育，走向SE30°，系傾向西、傾角70°的壓扭斷裂，西盤北推東盤南壓，二疊系玄武巖逆推于三疊系各組之上。左岸斜坡上SW向的溝系沿張扭斷裂發(fā)育。斜坡區(qū)內(nèi)褶皺緊密，呈弧形線狀，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育。說明該地區(qū)至今仍有較活躍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，屬于較不穩(wěn)定地質(zhì)區(qū)；另外，老滑坡體上覆的第四系殘坡積層在地震作用下，其穩(wěn)定性會(huì)迅速降低。

3)暴雨。研究區(qū)地處云南省迪慶藏族自治州香格里拉市境內(nèi)，區(qū)內(nèi)全年5—10月為雨季，年平均降雨量為500～800 mm，但80%的降雨集中在雨季，尤其是6—8月，常會(huì)發(fā)生持續(xù)性降雨。在短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)降雨會(huì)使雨水深入坡體并增加其自重，還可以使強(qiáng)風(fēng)化板巖迅速軟化，降低了滑帶的強(qiáng)度，從而造成邊坡的大變形和失穩(wěn)。

4)地震。研究區(qū)的地震烈度為Ⅷ度。斜坡區(qū)附近存在較發(fā)育的斷裂帶。根據(jù)老滑坡體穩(wěn)定性分析結(jié)果可以看出，地震作用下邊坡的穩(wěn)定性下降至0.763，邊坡將發(fā)生失穩(wěn)破壞，而在降雨和地震綜合作用下，其穩(wěn)定性將繼續(xù)下降，處于失穩(wěn)破壞狀態(tài)。

5)人類擾動(dòng)。研究區(qū)附近長期有人類活動(dòng)，并且在老滑坡體中部有當(dāng)?shù)卮迕耖_墾的農(nóng)田，當(dāng)?shù)卮迕裨谄麦w上種田和灌溉將加劇裂縫的發(fā)展變形。另外，在坡腳開挖隧道及施工便道等將不可避免地削弱邊坡抗滑力，極易誘發(fā)邊坡的失穩(wěn)破壞。

綜上所述，昌格洛老滑坡體受坡體地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等因素控制，加之持續(xù)性降雨、高烈度地震及人類長期擾動(dòng)，將加速老滑坡體的復(fù)活和變形，從而影響邊坡的穩(wěn)定性，一旦邊坡失穩(wěn)，將對隧道產(chǎn)生毀滅性打擊。

4 滑坡治理方案

昌格洛隧道出口老滑坡體最近一直緩慢發(fā)展，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。目前隧道出口及施工便道開挖等均不可避免削弱該不良地質(zhì)體坡腳，并改變原斜坡體地表及地下水狀態(tài)，極易誘發(fā)該不良地質(zhì)體的滑動(dòng)變形，這從目前施工便道開挖出現(xiàn)多處坍塌得以證明。該不良地質(zhì)體的存在，將嚴(yán)重影響隧道出口施工，甚至?xí)斐伤淼莱隹诙握w破壞。

對昌格洛隧道出口老滑坡的防治主要目的是降低或者避免不穩(wěn)定邊坡在各類因素作用下對隧道產(chǎn)生不利影響。主要通過降低滑坡下滑力，提高滑體的抗滑力，或者采用改線繞避的方式，規(guī)避災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

4.1 治理方案

通過現(xiàn)場勘查資料，對滑坡類型及其形成的原因分析，結(jié)合香麗高速公路的技術(shù)要求、施工條件、工程造價(jià)、重要程度等綜合分析，提出了昌格洛隧道邊坡加固和繞避改線2種方案。

4.1.1 邊坡加固方案

在不影響現(xiàn)場隧道施工的條件下，原位整治是工程治理中常用的方法之一。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和分析研究，昌格洛老滑坡體原位整治主要從3方面進(jìn)行：①對邊坡后緣部分進(jìn)行削方減載，以減少坡體的下滑力，并且在邊坡坡體中部、坡腳設(shè)置多級抗滑樁，以增大抗滑力；②當(dāng)?shù)赜昙据^長，雨量充沛，可采取邊坡坡面整治、夯填裂縫、設(shè)置環(huán)形排水溝、增設(shè)排水系統(tǒng)等；③對坡腳開挖的施工便道進(jìn)行加固，并且要求附近村民停止在邊坡上開墾農(nóng)田，盡可能地讓附近村民遷徙至老滑坡體影響范圍外。

4.1.2 隧道繞避改線方案

如遇到較大滑坡體并且難以整治，一般也可以采用繞避改線的方式。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和分析研究，昌格洛老滑坡體繞避改線整治主要從3方面進(jìn)行：①將隧道線路向山體內(nèi)偏移，使隧道從老滑坡體影響范圍外穿過；②為阻止沖溝進(jìn)一步下切，造成不良地質(zhì)體滑動(dòng)位置下移，在不穩(wěn)定體坡腳(施工便道位置)設(shè)置1排抗滑樁，同時(shí)在沖溝內(nèi)設(shè)置攔石壩；③當(dāng)?shù)赜昙据^長，雨量充沛，可采取邊坡設(shè)置排水系統(tǒng)等排水措施。

隧道繞避改線方案示意如圖6。

圖6 昌格洛隧道方案整治示意

4.2 方案比選

原位整治和繞避改線的整治方法都可以達(dá)到對隧道建設(shè)安全的要求。原位整治的方法是在不改變原隧道設(shè)計(jì)的情況下，通過采用設(shè)置抗滑樁、增設(shè)坡面排水設(shè)施等，提高坡體的整體穩(wěn)定性，改善邊坡雨水下滲的問題。但這種整治措施也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)和缺點(diǎn)，香麗高速公路昌格洛隧道建設(shè)工期有限，如果設(shè)置多級抗滑樁和增設(shè)排水設(shè)施將會(huì)造成工期增加，造價(jià)提高，且極有可能破壞邊坡原有地貌和環(huán)境，但是該老滑坡體的滑面較深，可能存在多級滑面，現(xiàn)有的加固措施中抗滑樁最為適合?？够瑯兜腻^固段(中風(fēng)化地層中)和自由段(強(qiáng)風(fēng)化地層中)的長度比例大致為1∶1，因此抗滑樁長至少要達(dá)到80 m才可以，在現(xiàn)場施工難度極大。另外需要當(dāng)?shù)鼐用襁w徙，也對社會(huì)穩(wěn)定造成不利影響。

繞避改線方案是將風(fēng)險(xiǎn)源規(guī)避的一種解決方案，受限于現(xiàn)場的工程地質(zhì)條件以及工期較短，采用繞避改線的方案可以將老滑坡體對隧道的影響降至最低，另外也可以最大程度地保護(hù)坡體的原有地貌和環(huán)境，對當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活不會(huì)帶來太大影響。另外，改線前后的隧道里程相差不大，因此造價(jià)不會(huì)受太大影響。

繞避改線方案與原位治理方案相比，花費(fèi)小，代價(jià)低，可操作性強(qiáng)，還可以保證隧道建設(shè)的工期，并且使隧道不再受滑坡體的影響，對隧道的整治而言一勞永逸，因此，最終采納了繞避改線方案，改線后的昌格洛隧道如期完工，達(dá)到了安全運(yùn)營的要求。

5 結(jié)論

1)香麗高速公路昌格洛隧道出口仰坡賦存一大型老滑坡體，坡體發(fā)現(xiàn)多條長度和寬度不同的裂縫，表明邊坡已經(jīng)處在不穩(wěn)定狀態(tài)，有進(jìn)一步變形的趨勢。

2)昌格洛隧道出口仰坡上覆較厚第四系殘坡積層碎石土，下覆強(qiáng)風(fēng)化板巖、強(qiáng)-中風(fēng)化玄武巖。推測的滑面是沿著強(qiáng)風(fēng)化板巖與強(qiáng)～中風(fēng)化玄武巖交界面滑動(dòng)。

3)在自然狀態(tài)下該邊坡處于極限平衡狀態(tài)，在地震、暴雨、地震+暴雨等工況下邊坡將發(fā)生失穩(wěn)破壞。

4)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查、地質(zhì)分析以及數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，最終提出了昌格洛隧道繞避改線的方案，改線后昌格洛隧道如期貫通并未發(fā)生新的變形。說明繞避改線方案合理有效。