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        溝谷段隧道洞口滑坡綜合加固治理方案

        2022-06-19 00:46:23劉傳利桂登斌
        四川建筑 2022年2期
        關(guān)鍵詞:溝谷坡體洞口

        劉傳利 桂登斌

        摘要:我國西南片區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),其中滑坡災(zāi)害最為常見。文章以云南大關(guān)至永善高速公路溝谷處椿坪2號隧道洞口段為依托,采用理論分析、數(shù)值模擬分析了該洞口坡體的穩(wěn)定性,并針對具體施工提出相應(yīng)處治方案,得到結(jié)論:(1)采用傳統(tǒng)理論計算手段分析得到坡體穩(wěn)定性暴雨狀態(tài)下為1.006,天然狀態(tài)下為1.099;并采用數(shù)值模擬驗證該坡體穩(wěn)定性在暴雨狀態(tài)下為0.99,天然狀態(tài)下為1.043,兩種手段相互驗證了該滑坡的不穩(wěn)定性,需采用有效治理手段。(2)依托工程洞口處施工場地窄針且坡體不穩(wěn)定,提出以坡體治理為主,方便隧道施工為輔的溝谷段洞口綜合治理方案,采用溝谷回填+抗滑樁及抗滑擋墻相結(jié)合的綜合治理方案。

        [作者簡介]劉傳利 (1983—),男,碩士,高級工程師,從事公路隧道設(shè)計、咨詢和科研工作。

        近年來,我國西南片區(qū)高速公路發(fā)展很快,在西南山區(qū)公路交通不僅隧線比大且自然災(zāi)害頻發(fā),然而隧道洞口段滑坡綜合治理一直是導(dǎo)致隧道洞口段難以安全開挖的首要問題。

        國內(nèi)外大量學(xué)者針對溝谷段滑坡的穩(wěn)定性、綜合治理方案進行了大量研究。張鵬元[1]針對滑坡場區(qū)地質(zhì)、水文概況采用全埋入式抗滑樁對貴州中寨隧道洞口段滑坡進行處理;李曉旭[2]采用PLAXIS有限元計算軟件驗證了板樁墻在滑坡治理方面效果明顯,并指出洞口開挖前做好預(yù)支護及臨時排水可以降低洞口滑坡的可能;張偉等人[3]采用非線性有限元法對該洞口滑坡進行了分析,得到了塑性區(qū)分布特征及滑面位置;王國欣等人[4]提出有限元模擬和監(jiān)控量測相結(jié)合的方法是防治隧道洞口滑坡的可靠手段;

        綜上所述,有大量學(xué)者對沿河傍山修建隧道洞口段滑坡治理進行了大量研究,但未有對綜合治理隧道進洞施工進行分析研究。因此,本文采用數(shù)值模擬、理論計算等手段對云南大關(guān)至永善高速公路椿坪2號隧道出口段滑坡穩(wěn)定性進行分析,并給出相應(yīng)方案的優(yōu)化建議,可為今后類似工程治理與研究提供參考。

        1 工程概況及滑坡特征

        椿坪2號隧道洞口位于魯溪村金竹林,出口位于魯溪村禹家河溝,設(shè)計為分離式雙洞隧道,右線隧道起訖樁號K48+431~K49+591,全長1 160 m,坡度-2.600 %,隧道最大埋深約372.0 m,位于K48+840處(圖1)。

        椿坪2號隧道出口所處的魯溪村禹家河溝屬季風影響性高原氣候,雨水充沛,春濕多雨,其降雨多集中于4~7月,約占全年降水量的53 %;隧道出口區(qū)的主干河流為金沙江,主要支流有大關(guān)河、灑漁河、上小河等河流;地表徑流主要來源于上游冰雪融化及季節(jié)性降水。受年內(nèi)、年際降水量不均影響,汛期降水集中,徑流量大,河水暴漲。溝谷上游有松散堆積體,暴雨季節(jié)易發(fā)生泥石流。

        由于椿坪隧道出口洞口處發(fā)生兩次小滑塌,為確?;抡畏桨傅暮侠硇?,現(xiàn)場采用瞬變電磁解釋推斷出洞口處斷面坡體巖層分布如圖2所示,其中洞口段覆蓋層為厚度約12.8~31.5 m的碎石土,下覆基巖為中風化灰?guī)r。

        根據(jù)椿坪隧道出口段坡體斷面地層剖面圖,結(jié)合現(xiàn)場工程地質(zhì)勘察資料,其中地層巖土物理力學(xué)參數(shù)選取如表1所示。在邊坡治理工程實施前,結(jié)合各潛在滑動面的變形特點及穩(wěn)定程度,根據(jù)上表中各土層物理力學(xué)參數(shù),采用GB T32864-2016《滑坡防治工程勘查規(guī)范》[5]中坡體穩(wěn)定系數(shù)計算公式對不同工況(天然工況、暴雨工況)的洞口處坡體穩(wěn)定性進行計算,計算結(jié)果如表2所示。

        通過對該隧道進口位置坡體分析研究,可得到結(jié)論:洞口位置處滑塌體受降雨及溝谷沖刷影響,處于欠穩(wěn)定狀態(tài),建議加強支護,避免牽引后面山體下滑,上部堆積體所處的深層滑面滑動安全系數(shù)在正常工況及暴雨工況下皆屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

        2 滑坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬

        采用FLAC6.0數(shù)值模擬軟件,采用軟件內(nèi)置滑坡強度折減法穩(wěn)定性系數(shù)計算方法,按式(1)將圍巖強度參數(shù)粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ值同時除以一個折減系數(shù)F得到一組新的c′、φ′值,依次迭代計算最終得到坡體破壞狀態(tài)的折減值F,即為坡體穩(wěn)定系數(shù)。

        式(1)中,F(xiàn)為折減系數(shù);c為巖土材料的粘聚力;φ為巖土材料的內(nèi)摩擦角;c′為按F值折減后的粘聚力,φ′為按F值折減后的內(nèi)摩擦角。

        其洞口段坡體二維穩(wěn)定性計算模型長、寬、高分別為395 m、5 m、350 m,約束模型前、后、左、右及下邊界,其中模型分為上覆碎石土層和下覆中風化泥巖層,土體物理力學(xué)參數(shù)如表1所示,坡體天然、降水條件下穩(wěn)定性數(shù)值模擬計算結(jié)果如圖3、圖4所示。

        通過圖3、圖4結(jié)合GB T3284-2016《滑坡防治工程勘察規(guī)范》可知,未處理暴雨工況下滑坡體安全系數(shù)為0.99,處于臨界失穩(wěn)狀態(tài);未處理天然工況下滑坡體安全系數(shù)為1.043,處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。與穩(wěn)定性計算公式計算結(jié)果差距約為6 %,驗證了數(shù)值模擬計算的可靠性。

        無論天然狀態(tài)下或暴雨狀態(tài)下都不宜直接進行隧道施工,需對其進行加固預(yù)處理。

        3 滑坡治理方案

        3.1 坡體治理方案

        根據(jù)上節(jié)對椿坪2號隧道洞口的滑坡安全穩(wěn)定性進行計算分析發(fā)現(xiàn),未進行處理的隧道出口邊坡上部堆積體在暴雨狀態(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài),在天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)?,F(xiàn)通過分析對洞口段坡體進行綜合治理,設(shè)計方案為:

        (1)考慮現(xiàn)場施工實際情況,由于河溝的反壓回填擴大工區(qū)施工場地。即考慮在椿坪隧道出口洞口處進行填溝,將右洞沖溝順直到右洞口的右側(cè),在沖溝后緣修建截排水溝,盡量將地表水引到其它沖溝內(nèi)。

        (2)考慮抵抗上部堆積體下滑力,即在椿坪2號隧道出口處施做抗滑樁+樁板墻及抗滑擋墻,并在上部堆積體處進行地面錨索加固,如圖5所示。

        3.2 隧道進洞預(yù)處理方案

        椿坪2號隧道進洞主要采取措施如下:第一步,完成禹家河溝填溝方案,施作洞口截水溝;第二步,施作長為14 m抗滑樁及抗滑擋墻,呈“H”字形布置;第三步,施作17.5 m明洞,采用直徑1.5 m長30 m樁基進行明洞基底加固,并用鋼花管對明洞基底注漿加固;第四步,施作長為25 m的108×6 mm熱軋無縫鋼管的雙層超前大管棚;第五步,待明洞樁基及基底處理達到設(shè)計強度后,進行上覆土回填。具體方案示意如圖6所示。

        4 結(jié)論

        對椿坪2號隧道隧道滑坡穩(wěn)定性進行分析,采用文獻調(diào)研、數(shù)值模擬等方法,驗證了隧道進口滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)并提出了相應(yīng)治理方案,得到結(jié)論:

        (1)采用條分法計算得到溝谷段椿坪隧道2洞口段坡體穩(wěn)定性暴雨狀態(tài)下為1.006,天然狀態(tài)下為1.099;并采用數(shù)值模擬驗證該坡體穩(wěn)定性在暴雨狀態(tài)下為0.99,天然狀態(tài)下為1.043。兩種手段皆說明了該滑坡的不穩(wěn)定性,需采用有效治理手段。

        (2)本文依托工程洞口處施工場地窄針且坡體不穩(wěn)定,提出以坡體治理為主,方便隧道施工為輔的溝谷段洞口綜合治理方案,采用溝谷回填+抗滑樁及抗滑擋墻相結(jié)合的綜合治理方案。

        參考文獻

        [1] 張鵬元.公路隧道洞口滑坡分析與綜合治理[J].中外公路,2018,38(01):43-46.

        [2] 李曉旭.高速公路隧道洞口滑坡穩(wěn)定性分析及治理措施[J].公路,2017,62(12):292-295.

        [3] 張偉,焦玉勇,郭小紅.隧道洞口滑坡穩(wěn)定性分析與防止措施 [J].巖土力學(xué),2008,29(S1):311-314.

        [4] 謝雄耀,黃宏偉.公路隧道洞口滑坡的機制分析及監(jiān)測預(yù)報[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2006,(2):268-274.

        [5] 滑坡防治工程勘查規(guī)范: GB/T 32864-2016 [S]. 北京: 中國標準出版社, 2016.

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