王家沖隧道洞口滑坡穩(wěn)定性分析與處治措施

彭文波 楊培偉

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

王家沖隧道洞口滑坡穩(wěn)定性分析與處治措施

彭文波 楊培偉

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

介紹了五峰縣城王家沖隧道洞口上方滑坡體的形成特點(diǎn)、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征，對滑坡體的穩(wěn)定性計(jì)算進(jìn)行了研究分析，提出了以環(huán)境效益最大化的滑坡體處治加固設(shè)計(jì)思路，為今后類似工程提供參考與借鑒。

隧道洞口，滑坡，穩(wěn)定性，處治措施

對于隧道洞口段來說，巖體極易受到地表水侵蝕，且風(fēng)化裂隙比較發(fā)育,加上隧道埋深一般為淺埋,隧道周邊圍巖很難形成承載拱效應(yīng)。以至于在隧道洞口段開挖施工時(shí)，隧道洞口段上方地表坡面往往容易受拉開裂,若受到大氣降雨的作用，地表水沿裂縫滲入,那就更難保證其穩(wěn)定性。因此,隧道洞口段施工往往是誘發(fā)滑坡、坍塌、變形開裂破壞的地段之一,所以隧道洞口段巖體的穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)和施工中必須謹(jǐn)慎對待的問題。

1 工程概況

1.1 概況

王家沖隧道位于五峰縣漁洋關(guān)鎮(zhèn)王家沖村，南側(cè)接S325省道，山體坡度值約為35°，隧道左線長102 m，右線長102 m，左右線凈距約8 m，屬于小間距超短隧道。2014年10月9日，發(fā)現(xiàn)隧道出口滑坡坡頂出現(xiàn)張裂縫，縫寬5 cm～8 cm，裂縫走向75°左右，裂縫深度3.0 m左右，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果顯示，裂縫寬度按每天3 mm～5 mm累計(jì)。對坡下王家沖隧道出洞口施工及325省道安全運(yùn)營造成嚴(yán)重威脅，邊坡破壞后果嚴(yán)重。

1.2 地層巖性及水文地質(zhì)條件

王家沖隧道出洞口滑坡體屬山麓滑坡堆積作用形成的自然坡，在原地形條件下，地表徑流條件較好，區(qū)內(nèi)碎石土層透水性中等，大氣降水除少量滲入地下轉(zhuǎn)為地下水外，大部分順地勢排向坡腳S325省道。場區(qū)水文地質(zhì)條件以上層滯水為主，賦存于松散結(jié)構(gòu)的碎石土中。土層層中的孔隙水，富水性一般較弱，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件簡單。

2 滑坡體基本特征

現(xiàn)狀滑坡體總體坡向南，滑坡體坡頂最高標(biāo)高217.32 m，坡底標(biāo)高186.20 m，相對高差31.12 m，滑坡體總長度約75.0 m，滑坡體主要由施工區(qū)及原自然滑坡組成，坡體前緣擬建隧道出洞口至205.0 m高程已按1∶0.5放坡后掛網(wǎng)噴漿支護(hù)，205.0 m高程以上段為原始自然滑坡。滑坡體物質(zhì)主要為碎石土及基巖，坡腳局部為人工回填素填土。滑坡體區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，素填土層，松散狀，屬弱透水層；碎石土層，稍密狀為主，局部中密，屬透水層，不含水；基巖層屬相對隔水層。

3 滑坡體穩(wěn)定性影響因素分析

根據(jù)滑坡體滑移特點(diǎn)及滑坡體的特征分析，影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素為地層巖性、大氣降水及人為工程活動(dòng)等。

4 滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算

4.1 滑坡變形破壞模式建立

根據(jù)滑坡體地形地貌、空間形態(tài)及物質(zhì)組成，按理論分析以最不利的破壞形式對滑坡變形破壞模式做出假設(shè)如下：

1)滑坡整體穩(wěn)定性的變形破壞計(jì)算模式按覆蓋土體沿巖土界面為滑面產(chǎn)生折線滑移變形破壞模式，見圖1。

2)場地局部穩(wěn)定性的變形破壞計(jì)算模式為第四系土體(碎石土)內(nèi)部圓弧滑移變形破壞模式，見圖2。

4.2 滑坡整體穩(wěn)定性計(jì)算分析

1)計(jì)算模型。

按上述變形破壞模式建立計(jì)算模型，破壞模式示意圖見圖3～圖6(圖中斷面1—1′為隧道出口左線縱剖面圖，2—2′為隧道出口右線縱剖面圖)，以天然及暴雨兩種工況分別進(jìn)行計(jì)算。

2)計(jì)算方法。

計(jì)算方法采用折線形滑動(dòng)計(jì)算穩(wěn)定性。折線形滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式如下：

Ψj=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanφi+1。

Ri=Nitanφi+cili。

Ti=Wisinθi+Pwicos(αi-θi)。

Ni=Wicosθi+Pwisin(αi-θi)。

Wi=Viuγ+Vidγ′+Fi。

3)計(jì)算力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算力學(xué)參數(shù)一覽表

4)計(jì)算工況。

根據(jù)滑坡體特征，結(jié)合建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范，本工程按兩種工況組合：工況1：天然工況(即自重+地表荷載)；工況2：暴雨工況(自重+地表荷載+50年一遇暴雨)。

5)計(jì)算結(jié)果。

工況1，各土層均按天然狀態(tài)的參數(shù)計(jì)算；工況2，素填土、碎石土層采用飽和狀態(tài)參數(shù)計(jì)算，其他按照天然狀態(tài)參數(shù)計(jì)算。

采用表1力學(xué)參數(shù)計(jì)算滑坡整體穩(wěn)定性，其計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 滑坡整體穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

以上計(jì)算結(jié)果說明：王家沖隧道洞口滑坡體在天然工況下現(xiàn)狀處于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況下滑坡體處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)。在隧道不合理開挖等不利作用條件下，滑坡上部土體和強(qiáng)風(fēng)化巖可能沿中等風(fēng)化巖面產(chǎn)生整體滑移。

4.3 滑坡體局部穩(wěn)定性計(jì)算分析

對于1—1′，2—2′剖面計(jì)算分析均采用圓弧搜索法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算。

1)計(jì)算方法。計(jì)算方法采用自動(dòng)搜索圓弧滑動(dòng)法。

圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式：基本假定：a.沿?cái)嗝娣较蛉? m寬的滑體作為檢算單元，不考慮單元體兩側(cè)的阻力影響；b.滑體的每一分條假定為整體滑動(dòng)，滑面假定為圓弧形；c.所有滑塊的推力方向均平行于各塊體處的滑面。

瑞典條分法穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式如下：

2)計(jì)算結(jié)果。采用表1力學(xué)參數(shù)計(jì)算滑坡局部穩(wěn)定性，其計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 滑坡局部穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

以上計(jì)算結(jié)果說明：王家沖隧道洞口不穩(wěn)定滑坡1—1′剖面現(xiàn)狀及暴雨工況均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；2—2′剖面現(xiàn)狀處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在暴雨工況條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在隧道不合理的開挖情況下，存在圓弧形滑移的可能，進(jìn)行工程治理是必要的。

5 滑坡體處治方案設(shè)計(jì)

5.1 滑坡體截排水處理

由于該滑坡體所處山體的匯水面積不大，在滑坡處治中，在隧道出洞口上方滑坡體外設(shè)置截水溝，并在滑坡體每級坡面平臺設(shè)置平臺排水溝。平臺排水溝將坡面水匯集于截水溝，引入滑坡區(qū)外，排入隧道外路基排水溝，防止?jié)B入滑坡體。

5.2 滑坡體應(yīng)急處治措施

根據(jù)監(jiān)控量測資料以及四方現(xiàn)場對滑坡體裂縫進(jìn)行實(shí)地踏勘顯示，隧道出洞口上方滑坡體裂縫寬5 cm～8 cm，裂縫已完全貫通部分總長約75 m,深度2 m～3 m,且裂縫寬度按每天3 mm～5 mm的速率增加。為快速控制滑坡體變形開裂，通過多方會(huì)議研究討論，對滑坡體進(jìn)行削方減載，減小滑坡體下滑力，快速達(dá)到穩(wěn)定滑坡體的目的，同時(shí)對部分減載形成的邊坡采用噴錨支護(hù)進(jìn)行防護(hù)。

5.3 設(shè)置明洞進(jìn)行反壓回填處理

在隧道洞口進(jìn)行開挖施工,難免會(huì)打破隧道邊仰坡的平衡應(yīng)力狀態(tài)，而誘發(fā)洞口段上方山體滑移。為更好的阻止山體滑移，暫停隧道一切開挖施工,以減少隧道洞身開挖爆破對邊仰坡的擾動(dòng)。為提高明洞回填對坡腳形成的反壓力，在明洞上方回填土M7.5漿砌片石,對坡面形成反方向作用力,阻止坡體的下滑。同時(shí)將明洞向洞外延長5 m，以提高明洞回填反壓高度，加強(qiáng)滑坡體基腳穩(wěn)定，確保隧道洞口段安全。

5.4 滑坡體生態(tài)防護(hù)處理

根據(jù)滑坡體穩(wěn)定性計(jì)算分析，滑坡體在沒有采取應(yīng)急處治的情況下，在天然工況下整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況下滑坡整體處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)。滑坡體采取應(yīng)急處治措施之后，減小滑坡體下滑力。通過穩(wěn)定性計(jì)算分析，滑坡體目前整體在暴雨工況下亦處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此對滑坡體只需考慮削方減載后的景觀、綠化以及防止滑坡體坡面不受雨水沖刷，減少雨水下滲對滑坡體造成危害即可。生態(tài)防護(hù)在滑坡體坡面采取了客土噴播處理，坡面平臺和隧道明洞頂反壓回填處采用種植當(dāng)?shù)夭铇渑c橘樹等植被。

6 結(jié)論與建議

通過對王家沖隧道洞口滑坡體的影響因素、穩(wěn)定性計(jì)算分析及處治方案得出如下結(jié)論與建議：

1)在隧道設(shè)計(jì)時(shí)，洞口宜盡可能避開產(chǎn)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害地段。對于無法繞避的地質(zhì)災(zāi)害地段應(yīng)采取預(yù)加固處理；2)治理隧道洞口滑坡問題時(shí)，應(yīng)與隧道洞口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合起來，采用延長隧道明洞進(jìn)行反壓回填處理往往會(huì)起到很好的處治效果；3)隧道洞口段的施工應(yīng)最大限度地減少對山體的擾動(dòng),嚴(yán)禁大挖大刷。根據(jù)工程需要，須對山體進(jìn)行開挖時(shí)，其開挖防護(hù)方案必須充分考慮工程地質(zhì)、施工環(huán)境等因素,通過充分嚴(yán)格的論證后實(shí)施；4)隧道洞口開挖施工前,務(wù)必做好施工現(xiàn)場的防排水系統(tǒng),必須做到排水通暢無阻；5)滑坡體處治生態(tài)防護(hù)，可以達(dá)到事半功倍的效果，建議在今后滑坡體工程處治中深入研究大力推廣；6)認(rèn)真做好隧道洞口段的監(jiān)控量測工作,根據(jù)量測信息及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)和施工工序。

[1] 中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.五峰新縣城王家沖城市連接線工程施工圖設(shè)計(jì)[Z].2014.

[2] 李寧軍，曹文貴，劉 生.隧道設(shè)計(jì)與施工百問[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3] 關(guān)寶樹.隧道設(shè)計(jì)要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2003.

[4] 劉小兵.隧道洞口邊仰坡穩(wěn)定性影響因素的綜合性評價(jià)[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2002(3)：38- 41.

[5] 鄭穎人，趙尚毅.巖土工程極限分析有限元法及其應(yīng)用[J].土木工程學(xué)報(bào)，2005，38(1)：91-98.

[6] JTG D70—2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Landslide stability analysis and processing measures of Wangjiachong tunnel portal

Peng Wenbo Yang Peiwei

(ChinaCommunication2ndHighwaySurveyDesignAcademyCo.,Ltd,Wuhan430056,China)

The paper introduces landslide forming features, engineering geology and hydrological features of Wangjiachong tunnel portal in Wufeng county, analyzes landslide stability calculation, and points out landslide processing design concept with a view to realize maximum environmental benefits, which has provided some guidance for similar engineering in future.

tunnel portal, landslide, stability, processing measures

2014-11-29

彭文波(1981- )，男，工程師; 楊培偉(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0175-03

U456.33

A