摘要：某隧道在施工過程中遭遇滑坡侵害導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)變形，形成隧道-滑坡體系，擬在未排除滑坡變形工況下，對該隧道病害段進(jìn)行換拱處理，提高隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，控制滑面變形。文章基于該隧道換拱前后滑坡體、隧道結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究處治措施對隧道-滑坡體系中隧道變形、滑坡變形的控制效果。結(jié)果表明：在隧道-滑坡體系中，當(dāng)隧道穿越滑坡體時，對隧道病害段進(jìn)行換拱加固，可有效減緩滑坡變形；引起隧道變形的根本原因是滑坡，如未對滑坡采取設(shè)防排險措施，在強(qiáng)降雨等不利工況下，坡體仍可能會出現(xiàn)變形；后期建議考慮對滑坡采取適當(dāng)刷方減重、設(shè)置排水溝等措施增加坡體穩(wěn)定性，確保隧道后期運(yùn)營安全。

關(guān)鍵詞：隧道；滑坡；換拱處理；處治措施

中圖分類號：U457+.3 A 49 172 5

0 引言

在山區(qū)修建公路隧道的過程中，常因施工引起坡體滑動，形成隧道-滑坡體系。在隧道-滑坡體系中，由于隧道與滑坡存在相互作用，滑坡蠕動變形引發(fā)隧道結(jié)構(gòu)變形、開裂，隧道結(jié)構(gòu)的變形也會進(jìn)一步加劇滑坡蠕動變形，兩者相互促進(jìn)和發(fā)展。不同于單獨(dú)隧道變形問題的治理，要針對隧道-滑坡體系中隧道或者滑坡的變形破壞制定相應(yīng)的治理措施，需考慮隧道與滑坡的相互作用。

許多學(xué)者對隧道-滑坡體系中隧道、滑坡變形的治理措施進(jìn)行了研究，并取得了一定成果。馬惠民等［1］分析了關(guān)于隧道-滑坡體系的一些典型治理案例，為隧道-滑坡體系的治理問題提供了思路；馮冀蒙等［2］對隧道-滑坡體系處治措施的主要進(jìn)展進(jìn)行了分析；張治國等［3］全面總結(jié)了關(guān)于隧道-滑坡體系的防控技術(shù)，主要分為對滑坡體加固、對隧道加固、聯(lián)合加固（即對隧道和滑坡均進(jìn)行加固）等三種方式；牌立芳等［4］通過試驗(yàn)研究驗(yàn)證了刷方減重措施對隧道-滑坡體系中滑坡變形治理的有效性；王永剛等［5］提出縱穿滑坡體段的隧道結(jié)構(gòu)對滑坡體而言是一個重要的抗滑結(jié)構(gòu)體，為滑坡隧道的治理提供了新思路；趙志剛等［6］基于監(jiān)測數(shù)據(jù)，探討隧道穿越滑坡體時隧道施工對滑坡體的影響機(jī)制與處治技術(shù)，并提出了抗滑樁處治方案；魏家旭等［7］、張玉芳等［8］針對滑坡體作用下隧道變形特征和控制技術(shù)開展了研究和分析，這些研究均為隧道-滑坡體系中隧道變形破壞或滑坡變形的治理提供了思路和參考。

某公路隧道在施工過程中遭遇滑坡蠕動變形引發(fā)隧道圍巖變形、初支環(huán)狀開裂。結(jié)合工程實(shí)際情況，擬在未排除滑坡滑動變形風(fēng)險的情況下，對隧道初支侵害段進(jìn)行換拱處理。由于換拱作業(yè)施工安全風(fēng)險大，采取對隧道結(jié)構(gòu)、滑坡進(jìn)行監(jiān)控量測，為工程施工提供安全預(yù)警預(yù)報，同時驗(yàn)證隧道換拱對隧道結(jié)構(gòu)變形、隧道上部滑坡變形控制的有效性。

本文以該工程作為工程背景，基于在隧道病害段進(jìn)行換拱加固前后對滑坡體、隧道結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析換拱對隧道-滑坡體系中隧道結(jié)構(gòu)變形和滑坡變形控制的有效性，并針對性地提出后期治理建議，以期為相似工程提供參考和借鑒。

1 工程概況

該工程隧道全長5 334 m，為分離式隧道，隧道出口偏壓較為嚴(yán)重。隧道左、右洞均設(shè)計為端墻式洞門，邊、仰坡坡率設(shè)計為1∶0.5，右洞仰坡最高為14.3 m，左洞仰坡最高為9.7 m。圍巖等級為Ⅴ級圍巖，設(shè)計采用支護(hù)型式為XS5-B。隧道在施工過程中遭遇滑坡蠕動變形，引發(fā)隧道防護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)下沉及向外側(cè)移等現(xiàn)象，具體病害發(fā)展情況及病害特征如表1所示。

2 滑坡體特征及成因

2.1 滑坡體特征

隧道病害的產(chǎn)生主要是由隧道上部滑坡造成，經(jīng)調(diào)查得到隧道與滑坡位置剖面見圖1。由圖1可知，滑坡主滑方向與在建隧道軸線方向基本一致，形成隧道-滑坡平行體系?；虑熬壩挥谒淼莱隹诙搜銎卤嵌宋恢茫鶕?jù)深層測斜孔變形曲線，推測該滑坡存在兩級滑面：淺層滑動面沿主滑方向，滑動面形態(tài)近似弧形，滑動體面積約為8 855 m2，屬中型厚層牽引式滑坡，后緣較陡峭，前緣位于人工邊坡中下部；深層潛在滑動面滑動體面積約為18 246 m2，屬大型厚層推移式滑坡?；氯鋭幼冃翁卣骺傮w表現(xiàn)為淺層帶動深層，深層促進(jìn)淺層滑面變形的特點(diǎn)。淺層滑動面位于隧道洞頂及洞身附近，于右洞YK429+466處侵入隧道洞身，該區(qū)域隧道結(jié)構(gòu)目前已形成放射狀裂縫，左洞淺層滑面位于隧道洞頂巖土中；深層滑動面于左洞掌子面ZK429+469和右洞YK429+444附近穿過隧道洞身，到達(dá)隧道底部。

2.2 滑坡成因分析

結(jié)合隧道施工過程中出現(xiàn)的病害特征及發(fā)展可初步推斷，滑坡的產(chǎn)生與隧道施工、降雨息息相關(guān)。本工程隧道出口斜坡坡率設(shè)置為1∶0.5，仰坡高10～14 m，坡體未設(shè)置臺階，為坡體失穩(wěn)創(chuàng)造了有利條件，在暴雨、隧道施工擾動等聯(lián)合作用下，坡體發(fā)生變形失穩(wěn)。

3 處治措施

初始隧道左洞段地表出現(xiàn)開裂、拱頂沉降外移等現(xiàn)象時，采取在隧道仰坡鼻端、左洞隧道左側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土擋墻的防護(hù)措施，對右洞明洞范圍YK429+000～YK429+530半填半挖式路基段采用漿砌片石及片石混凝土進(jìn)行換填。隨著滑坡繼續(xù)發(fā)展，隧道病害加重，滑坡蠕動變形是導(dǎo)致隧道變形加劇的直接外因，其穩(wěn)定性對隧道能否順利進(jìn)行施工有直接關(guān)系。針對隧道-滑坡體系的治理問題，最初多數(shù)以治理滑坡為主，治理措施大多以刷坡卸荷、排水、設(shè)置抗滑樁、擋土墻、注漿加固等一種或多種措施的組合［9］，后逐漸發(fā)展為同時加固滑坡和隧道。將隧道結(jié)構(gòu)作為隧道-滑坡中的一部分，從隧道內(nèi)部進(jìn)行加固治理隧道上部滑坡成為當(dāng)前新的思路。隧道初支換拱是在隧道圍巖發(fā)生變形時，為保證充足的二襯空間，將圍巖壓力適時適度釋放后，再次進(jìn)行支護(hù)施工的一種有效方法［10］。本工程擬采取對隧道右洞初支侵害段進(jìn)行換拱加固，提高隧道結(jié)構(gòu)剛度，保證隧道施工安全，同時希望能控制隧道上部滑坡變形。為考慮換拱作業(yè)的安全性，并驗(yàn)證方法的有效性，在換拱過程中對隧道結(jié)構(gòu)及隧道上部滑坡進(jìn)行監(jiān)測。

4 監(jiān)控量測換拱效果

4.1 監(jiān)測方案

4.1.1 測點(diǎn)布置

采用滑動式測斜儀進(jìn)行深層測斜監(jiān)測，深層測斜監(jiān)測孔編號為ZK1～ZK10，共10個測斜孔，分為3個斷面，其中，主斷面包含測孔ZK1～ZK5；采用監(jiān)測機(jī)器人半自動化監(jiān)測方法進(jìn)行地表變形監(jiān)測；地表位移監(jiān)測點(diǎn)分3個縱斷面進(jìn)行布設(shè)，共布設(shè)13個，編號為J1～J13。測點(diǎn)位置具體見圖2。

隧道擋墻及拱頂監(jiān)測點(diǎn)共布設(shè)5個，編號分別為DQ1、DQ2、DQ3、GD1和GD2，如圖3所示。

4.1.2 監(jiān)測預(yù)警值（表2）

4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.2.1 深層位移測斜淺層滑面變形速率分析

由圖4可知，各測點(diǎn)變形速率主要表現(xiàn)為換拱前緩慢增長，換拱期間發(fā)生劇烈波動變化，換拱后逐漸降速并趨于穩(wěn)定收斂的特征。換拱前的變形速率緩慢增長，說明此時坡體處于加速變形階段，與病害發(fā)生特征一致；換拱期間受換拱施工擾動影響，各測點(diǎn)變形速率異?；钴S，其中測點(diǎn)ZK1、ZK6、ZK7的變形速率均多次超過預(yù)警值；換拱結(jié)束后，各測點(diǎn)變形速率總體下降，并趨于穩(wěn)定收斂，但并未全面歸零，仍有個別測點(diǎn)的變形速率在波動變化，說明隧道換拱在一定程度上可以減緩滑面變形，但滑面并未完全穩(wěn)定。

4.2.2 地表位移分析

如圖5所示，隧道換拱期間，地表各測點(diǎn)變形均在加速增長，其中J1、J2、J3等測點(diǎn)的變形量較大，在2018年12月期間，各測點(diǎn)的變形急速增長，其變形量為前期變形量的2倍多。J2測點(diǎn)變形量的增長最為明顯，其變形量已觸發(fā)預(yù)警值。究其原因，是由于12月?lián)Q拱期間舊拱拆除完成，滑坡體得到釋放，導(dǎo)致變形進(jìn)一步增大。換拱完成后，各測點(diǎn)變形量開始緩慢增長，明顯降速，最后逐漸趨于穩(wěn)定收斂，可見換拱對減緩坡體地表變形有效。主要原因是隧道處于滑坡體內(nèi)，隧道結(jié)構(gòu)本身也是一個重要的抗滑結(jié)構(gòu)體。從隧道-滑坡滑動面相對位置來分析，隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提高有效提升了深層潛在滑動面附近的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，控制深層滑動面變形，進(jìn)而促使淺層滑動面也整體降速。但淺層滑動面未采取排險設(shè)防措施，仍存在較大的變形積累，因此地表監(jiān)測點(diǎn)變形速率仍有波動變化。若后期遇到強(qiáng)降雨等不利情況，滑坡仍會出現(xiàn)某一時段的活躍變形，或者可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。

4.2.3 隧道結(jié)構(gòu)變形分析

如圖6（a）所示，受滑坡推力作用，隧道結(jié)構(gòu)在水平方向上整體均往同一個方向變形，在換拱期間隧道結(jié)構(gòu)平面變形不斷增長，換拱結(jié)束后，其變形逐漸趨于穩(wěn)定，但仍在緩慢增長，最終其累計變形未超過20 mm。如圖6（b）所示，隧道右洞擋墻1和拱頂1的變形量為負(fù)值，隧道左洞擋墻、拱頂變形量為正值，推測可能是由于隧道右洞換拱，舊拱拆除后形成臨空面，在滑坡推力作用下，隧道右洞受壓下沉，偏壓作用使隧道左洞上移。隧道換拱結(jié)束后，隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高，變形量在降速期仍在緩慢增長，最后緩慢減小趨于穩(wěn)定，說明最終的滑面變形得到了有效控制，隧道結(jié)構(gòu)變形量也趨于穩(wěn)定，對隧道侵害段進(jìn)行換拱，有效減緩了本工程隧道的變形和滑坡變形。

5 后期處治措施建議

本工程在未排除滑坡滑動變形的情況下，對隧道病害段進(jìn)行換拱加固，在一定程度上控制了滑動面變形，使工程得以順利完工，可見通過從隧道內(nèi)部采取措施加固隧道以控制滑坡變形在一定程度上是有效的。但本工程滑坡產(chǎn)生的原因是在隧道施工擾動和暴雨聯(lián)合作用下導(dǎo)致坡體失穩(wěn)變形，從而引發(fā)隧道變形開裂。雖然目前通過換拱加固隧道減緩了滑坡變形，使滑坡處于暫時的穩(wěn)定狀態(tài)，但后期若遇到強(qiáng)降雨等不利工況時，滑坡還是可能會發(fā)生變形失穩(wěn)，對已建好的隧道造成嚴(yán)重影響，甚至可能影響后期運(yùn)營安全。由此，后期仍建議采取適當(dāng)措施治理滑坡，如刷方減重可減少滑坡下滑力，增強(qiáng)滑坡整體性；也可在滑坡上方修建截水溝，減少降雨對滑坡的影響。

6 結(jié)語

（1）本工程在未排除滑坡變形工況下，通過換拱強(qiáng)化隧道結(jié)構(gòu)，提高滑動面附近結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，有效控制滑動面的變形，在一定程度上保持了滑動面的穩(wěn)定性，但若未來遇到強(qiáng)降雨等不利情況時，滑坡仍可能會出現(xiàn)變形，影響隧道后期運(yùn)營安全。

（2）在對隧道-滑坡體系進(jìn)行治理時，不應(yīng)只單一地加固滑坡或者隧道，應(yīng)將其當(dāng)成一個整體，采用聯(lián)合加固的方法，更能保障后期體系的穩(wěn)定性和安全性。

（3）從隧道內(nèi)部采取措施以控制滑動面變形的方法可行，但需要考慮引起滑坡的原因，排除后期強(qiáng)降雨等不利工況對滑坡的影響。建議后期對滑坡采取適當(dāng)刷方減重、排水等相應(yīng)措施，提高坡體穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

［1］馬惠民，吳紅剛.隧道-滑坡體系的研究進(jìn)展和展望［J］.地下空間與工程學(xué)報，2016，12（2）：522-530.

［2］馮冀蒙，蔣 輝，丁曉琦，等.并行雙洞隧道穿越滑坡工程研究進(jìn)展與挑戰(zhàn)［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2021，58（6）：1-10.

［3］張治國，毛敏東，PANY.T.，等.隧道-滑坡相互作用影響及控制防護(hù)技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望［J］.巖土力學(xué)，2021，42（11）：3 101-3 125.

［4］牌立芳，趙 金，吳紅剛，等.刷方減重下隧道-滑坡平行體系變形演化試驗(yàn)研究［J］.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報，2019，39（5）：842-850.

［5］王永剛，丁文其，唐學(xué)軍.陽坡里隧道縱穿滑坡體段變形破壞機(jī)制與加固效應(yīng)研究［J］.巖土力學(xué)，2012，33（7）：2 142-2 148.

［6］趙志剛，李德武，張志軍，等.高速公路隧道穿越滑坡段變形機(jī)制與處治技術(shù)［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2013，10（3）：47-52.

［7］魏家旭，張玉芳.香麗高速公路昌格洛老滑坡穩(wěn)定性研究［J］.鐵道建筑，2019，59（8）：108-112.

［8］張玉芳，魏少偉，周文皎，等.多次分段注漿鋼花管樁群結(jié)構(gòu)抗滑性能模型試驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2019，38（5）：1-11.

［9］申夢華，徐仲春.大年嶺隧道進(jìn)口滑坡的綜合治理［J］.鐵道建筑技術(shù)，2003（2）：22-24.

［10］彭佳偉.隧道侵限段施工換拱技術(shù)［J］.云南水力發(fā)電，2022，38（3）：37-40.

［11］尹 靜，鄧榮貴，李凱甜，等.滑坡區(qū)隧道自錨式加固結(jié)構(gòu)受力變形研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2016，35（10）：2 062-2 079.

收稿日期：2022-12-12