王業(yè)剛 黃永威 蔡建華 朱長(zhǎng)安

(1.四川敘古高速公路開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 瀘州 646500； 2.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 611731; 3.四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610041)

0 引言

隨著我國(guó)工程建設(shè)的不斷推進(jìn)，公路和鐵路等線性工程建設(shè)逐步向地質(zhì)環(huán)境脆弱的西南山區(qū)發(fā)展。

由于該區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)地形條件，線性工程常需要穿越滑坡等不良地質(zhì)體。盡管在規(guī)劃選線階段采取了避繞方案，但由于在地質(zhì)勘察階段未能有效的識(shí)別災(zāi)害隱患或者對(duì)地質(zhì)條件認(rèn)識(shí)不夠，穿越大型深厚層滑坡體的隧道工程時(shí)有出現(xiàn)。因隧道上覆厚層巖土體以及隧道開挖臨空面的雙重影響，滑坡區(qū)隧道工程常出現(xiàn)開裂、變形等病害，嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度和運(yùn)營(yíng)安全[1-4]。

由于隧道和滑坡體相互耦合作用，實(shí)際工作中，應(yīng)將它們作為一個(gè)有機(jī)的整體加以研究，綜合分析其變形機(jī)理和防控技術(shù)[5-7]，因此對(duì)穿越深厚層滑坡區(qū)隧道的綜合處置方案，不能僅僅針對(duì)滑坡體或者針對(duì)隧道進(jìn)行工程處置，應(yīng)綜合考慮兩者的相互作用關(guān)系，采取不同方案進(jìn)行綜合比選分析，進(jìn)而選取最佳治理方案。

1 工程概況

研究對(duì)象為四川南部山區(qū)某正交下穿滑坡體的高速公路雙線隧道。隧道位于滑坡體中后部，左右洞分別長(zhǎng)978 m，1 029 m?；麦w位于某傾伏向斜南翼斜坡體上，斜坡基巖產(chǎn)狀上陡下緩，屬于順層坡?；麦w坡度約21°，上陡下緩，發(fā)育多級(jí)平臺(tái)和拉裂槽，坡體長(zhǎng)度約600 m～980 m，寬度400 m～900 m，前寬后窄，坡體表面大部分為耕地和水田，其間有大量民房和學(xué)校分布?；麦w地表上呈“W”形，可根據(jù)地形分為Ⅰ，Ⅱ兩個(gè)大區(qū)(見圖1)。Ⅰ區(qū)滑體主滑方向344°，整體地勢(shì)較高，高差大，地表坡度大(后部達(dá)26°)；Ⅱ區(qū)滑體主滑方向359°，整體地勢(shì)稍低，高差稍小，地表坡度較緩(總體17.8°)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多次勘察，該滑坡體平均厚度35 m～40 m，最大厚度達(dá)60余米，整體方量達(dá)1 100萬(wàn)m3，屬巨型深層滑坡。

隧道左右線均有部分位于滑坡體內(nèi)，隧道左洞ZK12+835～ZK12+516段全斷面皆處于Ⅰ區(qū)滑坡體內(nèi)，右洞K12+720～K12+506段左上側(cè)處于Ⅰ區(qū)滑坡體內(nèi)，隧道穿越滑坡的段落達(dá)300 m以上。由于隧道開挖形成臨空面，引起隧道右側(cè)滑坡體中后部土體變形、地表開裂以及隧道開裂變形，嚴(yán)重影響了工程建設(shè)進(jìn)度和人民的生命安全。

2 處置方案比選

2.1 線路避繞方案比選

針對(duì)滑坡體的危害性和隧道的病害情況，研究考慮雙洞繞避(方案一)、左單洞繞避(方案二)、原位處治(方案三)、左線換岸(方案四)、右線換岸(方案五)5種方案(見圖2)。從線路長(zhǎng)度、支擋工程工作量、清方量、造價(jià)、工期、安全性和施工難度幾方面綜合比選(見表1)。經(jīng)比選分析，選定坡體和隧道原位處置的治理方案。

2.2 坡體原位處置方案比選

現(xiàn)場(chǎng)勘察揭示的隧道右側(cè)滑坡體平均厚度為50 m，滑體在隧道左洞右側(cè)和右洞右側(cè)所產(chǎn)生的剩余下滑推力值過大，需在隧道左洞右側(cè)和右洞右側(cè)以及上部滑坡體設(shè)置多排抗滑樁支擋。經(jīng)測(cè)算，需要設(shè)置約20排抗滑樁，總的樁的體量約47.52萬(wàn)m3，再加上樁頂?shù)腻^索工程量，工程造價(jià)約9.86萬(wàn)元，且抗滑樁開挖深度極大(60 m～80 m)、施工難度極大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工工期長(zhǎng)、可操作性差。因此，抗滑樁全支擋方案不可行。根據(jù)隧道和滑坡體的地質(zhì)、病害情況及變形開裂特征，在原位處治的方案比選階段，共制定了4個(gè)可行方案(坡體清方+分級(jí)支擋)對(duì)該滑坡體進(jìn)行原位處治[8,9]。

表1 線路避繞方案比選表

1)全清方方案。

全清方案是將隧道頂及隧道右側(cè)后部的滑坡體全部予以清除，從左洞路基高程開始開挖清方，將左洞ZK12+512～ZK12+800段隧道改為路基通過，從左洞右側(cè)開始往上清方，右側(cè)路基坡腳設(shè)護(hù)腳墻防護(hù)。清方方向平行于左洞洞軸線，右側(cè)路基挖方邊坡坡體1∶1，第一級(jí)邊坡在14 m高度留一級(jí)4 m～11 m寬的平臺(tái)，平臺(tái)延伸至基巖面，而后沿基巖面往滑坡體中后部清方，將中后部滑坡體全部予以清除；左幅左側(cè)按1∶1.5的坡比進(jìn)行清方放坡，清方方向平行于左洞洞軸線。東側(cè)邊坡清方放坡方向?yàn)?70°方位角方向，從上到下的開挖坡比為1∶3(見圖3)。該方案的總清方量為258.8萬(wàn)m3。

支擋方案為:在ZK12+830～ZK12+855段左洞右側(cè)9 m左右 設(shè)置一排6根抗滑樁予以支擋，長(zhǎng)度18 m；左幅右側(cè)路基坡腳設(shè)護(hù)腳墻防護(hù)，墻高6 m，頂寬1.7 m；在清方后的右洞右側(cè)邊坡上設(shè)框架錨桿和框架錨索予以加固;在清方后的坡體中部增設(shè)一段框架錨桿和框架錨索加固區(qū); 在清方后的坡面上從上到下設(shè)置三道截水溝，將地表匯水?dāng)r截后匯入場(chǎng)地西側(cè)的自然沖溝內(nèi)排出。

2)大清方方案。

最大清方厚度位于隧道左右洞間，最大清方厚度約30 m～37 m，在左右洞頂上設(shè)一寬約20 m的平臺(tái)，平臺(tái)往隧道右側(cè)開始清方，清方方向平行于洞軸線的方向，清方坡比1∶4，清至基巖面后，順基巖面而上將隧道右側(cè)的絕大部分變形體予以清除。平臺(tái)左側(cè)按1∶2坡比清方，每12 m高度留一級(jí)2 m寬的平臺(tái)(見圖4)。按此清方后，在右洞右側(cè)已無(wú)下滑推力，右洞右側(cè)可增設(shè)適當(dāng)加固措施后，右洞可安全通行；而清方后在左右洞間尚留有一部分滑體，在左洞右側(cè)仍存在一定的下滑力，需在ZK12+595～ZK12+850段剩余滑體厚度較大的左洞右側(cè)約9 m的位置設(shè)置一排抗滑樁，從進(jìn)口段開始隨著滑體厚度的增加，抗滑樁的截面尺寸逐漸增大，抗滑樁長(zhǎng)度24 m～45 m，共設(shè)抗滑樁55根。另外，由于清方后裸露的基巖邊坡長(zhǎng)達(dá)250 m～300 m，坡體的應(yīng)力條件發(fā)生了較大改變，為防止順層邊坡在重力作用下發(fā)生彎曲—拉裂變形，擬在清方后的坡體中部增設(shè)一段框架錨桿和框架錨索加固區(qū)。該方案總的清方量為199.3萬(wàn)m3。

3)中等清方方案。

最大清方厚度位于隧道左右洞間，最大清方厚度約30 m～37 m，在左右洞頂上設(shè)一寬約10 m的平臺(tái)，平臺(tái)往隧道右側(cè)開始清方，清方方向平行于洞軸線的方向，清方坡比1∶2，每12 m高度留一級(jí)平臺(tái)，清至1 026.8 m高程后留一寬大平臺(tái)至基巖面，順基巖面而上將上部的變形體予以清除。平臺(tái)左側(cè)按1∶2坡比清方，每2 m高度留一級(jí)2 m寬的平臺(tái)(見圖5)。

在右洞未進(jìn)入穩(wěn)定基巖層之前需在K12+595～K12+730段設(shè)樁，樁長(zhǎng)35 m～45 m，共設(shè)抗滑樁27根；右洞右側(cè)部分抗滑樁懸臂段過長(zhǎng)，故設(shè)計(jì)在抗滑樁頂增加2排4根預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長(zhǎng)30 m。在剩余滑體厚度較大的隧道左洞右側(cè)約9 m的位置設(shè)置一排抗滑樁，樁長(zhǎng)24 m～40 m，共設(shè)抗滑樁55根。該方案總的清方量為150.1萬(wàn)m3。

4)最少清方方案。

最大清方厚度仍位于隧道左右洞間，最大清方厚度約20 m～26 m，在左右洞頂上設(shè)一寬約10 m的平臺(tái)，平臺(tái)往隧道右側(cè)開始清方，清方方向平行于洞軸線的方向，清方坡比1∶2，每12 m高度留一級(jí)平臺(tái)，清至1 026.8 m高程后留一寬大平臺(tái)至基巖面，順基巖面而上將上部的變形體予以清除。平臺(tái)左側(cè)按1∶2坡比清方，每12 m高度留一級(jí)2 m寬的平臺(tái)(見圖6)。

擬設(shè)樁位置與中等清方方案相同，樁頂預(yù)留10 m厚滑體。右洞右側(cè)抗滑樁開挖深度為50 m～58 m，共設(shè)抗滑樁27根；左洞右側(cè)抗滑樁開挖深度34 m～55 m，共設(shè)抗滑樁55根?？够瑯堕_挖深度極大，存在施工風(fēng)險(xiǎn)，可操作性差。該方案總的清方量為126.5萬(wàn)m3。

5)方案比選。

針對(duì)隧道右側(cè)滑坡體的地質(zhì)特征和變形現(xiàn)狀，共提出了四個(gè)“清方+支擋”的處治方案：方案一(全清方方案)、方案二(大清方方案)、方案三(中等清方方案)、方案四(最少清方方案)。對(duì)這4個(gè)方案進(jìn)行論證比選和深入分析(見表2)，從保護(hù)環(huán)境和坡體穩(wěn)定性角度，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形地質(zhì)條件，應(yīng)控制清方規(guī)模，采用分級(jí)清方、分級(jí)支擋措施，即推薦原位處治的中等清方方案(方案三)。

表2 原位處置方案綜合比選表

2.3 棄土場(chǎng)方案比選

根據(jù)滑坡體處治推薦方案，清方約150.1萬(wàn)m3；并根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)的調(diào)查情況，棄土場(chǎng)位置選定于K12+900隧道左側(cè)480 m的河谷中。棄土場(chǎng)起點(diǎn)距離某鐵路斜井洞口285 m，終點(diǎn)距離下游鐵路橋730 m，以利于對(duì)滑坡體Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的坡腳進(jìn)行完全反壓。棄土場(chǎng)起點(diǎn)壩頂設(shè)計(jì)標(biāo)高均低于鐵路斜井洞口標(biāo)高3.5 m，并根據(jù)原道路標(biāo)高對(duì)棄土場(chǎng)平臺(tái)標(biāo)高進(jìn)行控制。在棄土場(chǎng)進(jìn)行分級(jí)加固護(hù)坡的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)通過泄水隧洞、鋼波紋管、明溝三種泄水方案進(jìn)行排水比選；三種方案均埋設(shè)2 m鋼波紋管解決枯水期河道臨時(shí)過水。

1)泄水隧洞方案。泄水洞洞身全長(zhǎng)1 160 m，進(jìn)口位于某鐵路斜井施工場(chǎng)地下游約70 m左岸，出口位于ZK13+805對(duì)岸陡崖下方，泄水洞寬7 m，高8 m，進(jìn)口段轉(zhuǎn)角42°，洞身為直線，泄水隧洞縱坡為-4.57%，溢洪道縱坡為-29%。洞身處巖性以泥質(zhì)粉砂質(zhì)、砂巖互層為主，圍巖級(jí)別主要為洞口段Ⅴ級(jí)、洞身段Ⅳ級(jí)。泄水洞按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪峰流量為300 m3/s，流速為21 m/s。泄水洞工程主要由三大部分組成：進(jìn)口攔水壩和防滲墻等防護(hù)工程、隧洞主體工程、出口梯級(jí)消能結(jié)構(gòu)，見圖7，圖8。

2)鋼波紋管方案。方案采用8 m鋼波紋管引水，鋼波紋管縱坡不大于5%，出口接泄槽與原溝順接。方案中以1 m～8 m鋼波紋管來(lái)解決棄土場(chǎng)永久排水問題，棄土場(chǎng)建成后以該涵洞作為主泄洪通道，但鋼波紋管對(duì)施工工藝要求較高。鋼波紋管出口接泄槽，泄槽尺寸采用8 m×4.5 m。泄槽段對(duì)基礎(chǔ)填筑渣料要求粘粒含量小于10%,分層填筑,級(jí)配良好,并經(jīng)壓實(shí)處理(壓實(shí)度大于93%)，見圖9，圖10。

3)明溝方案。方案采用明溝引水，不同縱坡段采用不同尺寸，縱坡0.3%采用8 m×5 m，縱坡10%,20%采用8 m×4.5 m。明溝基礎(chǔ)填筑渣料要求粘粒含量小于10%,分層填筑,級(jí)配良好,并經(jīng)壓實(shí)處理(壓實(shí)度大于93%)，為了防止棄土場(chǎng)邊坡掉塊、滾石及失穩(wěn)，對(duì)非特別壓實(shí)區(qū)的壓實(shí)度要求不大于80%，見圖11。

4)棄土場(chǎng)方案比選。在棄土場(chǎng)分級(jí)支護(hù)方案一致的前提下，本文從工程造價(jià)、施工難度、環(huán)境影響、安全風(fēng)險(xiǎn)和施工周期五方面對(duì)棄土場(chǎng)排水處置的泄水洞方案、鋼波紋管方案、明溝方案三個(gè)方案進(jìn)行綜合比選(見表3)，最終選取泄水洞方案。

2.4 隧道處置方案比選

對(duì)應(yīng)于滑坡體原位處治(清方+支擋)的四個(gè)方案，從隧道處治措施的角度可以分為2個(gè)大類的處治方案進(jìn)行考慮。

表3 棄土場(chǎng)方案綜合比選

1)全清方方案的隧道處置方案(方案一)。

該方案的處置措施為：徹底清除隧道頂及右側(cè)后部的變形體；將左洞ZK12+512～ZK12+800段隧道改為路基通過；清方右洞周邊巖土體厚度；ZK12+800～ZK12+840段二次襯砌裂縫處治及襯砌補(bǔ)強(qiáng)；左側(cè)支擋防護(hù)+右側(cè)錨桿(錨索)抵抗順層偏壓。

2)局部清方方案的隧道處置方案(方案二)。

該方案處置措施為：清除應(yīng)急搶險(xiǎn)期間臨時(shí)反壓回填洞渣；初期支護(hù)變形侵限的段落進(jìn)行換拱處理；穿越變形體段進(jìn)行仰拱加固處理；ZK12+800～ZK12+840二次襯砌裂縫處治及襯砌補(bǔ)強(qiáng)。

方案比選：對(duì)應(yīng)于全清方方案的隧道處治方案(方案一)工程造價(jià)比對(duì)應(yīng)于局部清方方案的隧道處置方案(方案二)工程造價(jià)低，但坡體全清方對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞大，隧洞局部改路基以及邊仰坡的支護(hù)存在施工風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合坡體原位處置方案，綜合選取局部清方方案的隧道處置方案(方案二)。

2.5 綜合處置方案選擇

該隧道穿越滑坡體治理工程包括原位處治(清方+支擋)工程、棄土場(chǎng)工程、隧洞處置工程三部分。從工程造價(jià)、施工難度、環(huán)境影響、安全風(fēng)險(xiǎn)、施工進(jìn)度等角度考慮，經(jīng)綜合分析比選，該隧道穿越滑坡體綜合治理方案為：坡體部分清方方案和分級(jí)支擋、棄土場(chǎng)泄水隧洞排水和分級(jí)支護(hù)、隧道原位處置修復(fù)。

3 治理效果評(píng)價(jià)

推薦方案治理工程效果的好壞需要進(jìn)行評(píng)價(jià)檢驗(yàn)[10,11]，現(xiàn)場(chǎng)在該滑坡體的Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的主滑斷面布設(shè)了5臺(tái)GNSS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備，開展了3年的持續(xù)監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)設(shè)備布置平面圖見圖12，典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移監(jiān)測(cè)曲線見圖13，圖14，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)位移統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表4。

從圖13和表4可知，位于滑坡體Ⅰ區(qū)主滑斷面的監(jiān)測(cè)點(diǎn)G1，G2，G3，在2018年—2020年3年時(shí)間內(nèi)，測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)水平位移為15.6 mm，最大累計(jì)垂直位移在-18.9 mm，屬于正常變動(dòng)范圍。從圖14和表4可知，位于滑坡體的Ⅱ區(qū)主滑斷面的監(jiān)測(cè)點(diǎn)G4，G5，從2018年到2020年，最大累計(jì)水平位移變化范圍在31.7 mm，最大累計(jì)垂直位移在14.5 mm區(qū)間內(nèi)變化，G4點(diǎn)水位位移有微小變化，但屬于正常范圍內(nèi)。綜合以上各監(jiān)測(cè)曲線和監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表，可知：從2018年到2020年，該滑坡體處于正常變形范圍，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，也從側(cè)面說(shuō)明了比選推薦方案治理工程的合理性和有效性。

表4 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移統(tǒng)計(jì)表(截止到2021.1.1)

4 結(jié)語(yǔ)

1)通過對(duì)4種線路避繞方案、坡體和隧道原位處置方案進(jìn)行綜合比選分析，選取了坡體清方和分級(jí)支擋相結(jié)合的原位處置方式進(jìn)行工程治理。

2)分別從坡體原位處置、棄土場(chǎng)處置、隧道處置出發(fā)，綜合考慮工程造價(jià)、安全風(fēng)險(xiǎn)、工程進(jìn)度、環(huán)境影響、施工難度等因素，經(jīng)綜合比選分析，選取坡體部分清方方案、棄土場(chǎng)泄水隧洞方案、隧道原位處置方案相結(jié)合的綜合處置方案。

3)對(duì)選取的綜合處置方案進(jìn)行治理效果評(píng)價(jià)，經(jīng)評(píng)價(jià)校驗(yàn)，推薦治理工程實(shí)施后坡體整體穩(wěn)定，隧道無(wú)變形開裂現(xiàn)象，驗(yàn)證了治理方案的合理性和有效性。