范家坪隧道進口滑坡及整治方案分析

趙建軍（蘭渝鐵路有限責任公司，甘肅　蘭州　730000）

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范家坪隧道進口滑坡及整治方案分析

趙建軍
（蘭渝鐵路有限責任公司，甘肅蘭州730000）

摘要：蘭渝鐵路范家坪隧道進口橋隧相連，隧道洞口、橋臺及橋隧間路基靠近滑坡邊界的側邊緣，鐵路右側上跨既有國道、且緊鄰白龍江橋工程設置復雜。滑坡對鐵路隧道、橋梁、既有國道及白龍江造成極大的安全影響，通過補勘情況、變形及原因分析，提出滑坡體整治方案，以確保安全。

關鍵詞：隧道；滑坡；失穩；開裂；變形；整治

1　工程概況及原工程措施

1.1工程概況

蘭渝鐵路范家坪隧道位于甘肅省隴南市武都區桔柑鄉大元壩白龍江左岸，于212國道邊進洞，地形東高西低，地形起伏較大，高程為900～1080m，高差180m，自然坡度35°，交通不便。進口段工程設置復雜，該段主要工程有桔柑白龍江特大橋、橋隧過渡段路基、范家坪隧道組成。隧道洞口、橋臺及橋隧間路基靠近滑坡邊界的側邊緣（如圖1，2所示）。

地層主要為第四系全新統坡積碎石土及下伏的泥盆系千枚巖及灰巖。地震動峰值加速度為0.2g（相當于地震基本烈度八度）。地震動反應譜特征周期采用0.40s，土壤最大凍結深度13cm。

工點區不良地質主要是危巖落石。線路左側150m范圍外，山體近直立，主要為灰巖，長大節理發育，危巖落石發育。在施工擾動、降雨及其它外力作用下極易順坡滾動，危及鐵路施工及運營安全和212國道安全。

圖1　范家坪隧道進口全貌

圖2　鐵路工程縱向位置圖

1.2原設計工程措施

桔柑白龍江特大橋26號墩緊鄰國道左側山體坡腳，施工場地開挖，采用1∶1放坡，鋼板樁防護；橋臺采用1∶1放坡，無防護。路基過渡段、隧道明洞邊坡及暗洞邊仰坡在清除坡面危巖落石的前提下，洞口邊、仰坡坡率為1∶1；邊、仰坡臨時防護采用網噴、Φ22砂漿錨桿防護坡面，永久防護采用M10漿砌片石防護。隧道設置全環I20b型鋼鋼架，間距1榀/0.6m；二襯采用C35鋼筋砼，拱墻厚50cm，仰拱厚55cm。

2　滑坡病害發展及措施補強過程

1）施工期間因隧道先期掘進及桔柑白龍江特大橋26號墩施工過程中，擾動山體，破壞自然坡面，導致DK391+845.5～DK391+883地表出現裂縫，并發生水平位移。為防止邊坡失穩，于過渡段路基及明洞段左側設置片石混凝土擋土墻及樁板式擋土墻，共設5根加固樁（即1～5#樁），樁長30m，樁間距6.0m，樁截面尺寸2m×3m。

2）桔柑白龍江特大橋26號橋墩處于212國道路邊，2009年10月開挖，2011年5月施工完成，由于前期承臺施工開挖刷坡，斜坡前緣形成直立高陡凌空面，造成前緣邊坡處于不穩定狀態，2013年5月該處部分地段已坍塌；另外，范家坪隧道進口暗洞段，由于隧道先期施工掘進及橋梁施工過程中，擾動山體，破壞自然坡面，2010年12月1日暗洞范圍DK391+845.5～DK391+883段洞內下沉，地表不均勻沉降，沿線路方向出現了長37.5m，寬10～30cm，錯臺5～0cm的裂縫，大里程端還出現了2條明顯的橫向裂縫。2011年1月16日至2013年4月1日，洞內變形監測，裂縫無發展變化。

3）2013年6月，為防止桔柑白龍江特大橋26號橋墩開挖邊坡失穩，保證橋梁施工及運營中的安全，于靠山側設置擋土墻及樁板式擋土墻，共設3根樁（即6～8#樁），樁長28m，樁間距6.0m，樁截面尺寸2.5m×3.5m；同時，為避免坡積體側向土壓力造成范家坪隧道進口暗洞結構破壞，對范家坪隧道進口暗洞左側DK391+825～DK391+851.50段設置預加固樁，共設4根，樁長36m，樁間距6.0m，樁截面尺寸3.0m×4.0m。

4）2013年12月18日發現隧道DK391+910～+ 940段洞頂及線路右側發現2條地表裂縫，走向與線路走向夾角約70°，長約70m，寬10～30cm，錯臺高約0.4m，挖探深度大于2.5m。DK391+900～+940段右側50～70m范圍內坡面發現環向裂縫，長約70m，寬約10cm。DK391+815右側60m處G212國道路面出現貫通縫并向塹坡上延伸約5m，未與坡頂裂縫聯通。隧道洞身DK391+865左側二襯開裂，DK391+867右邊墻出現兩條裂縫，并有滲水現象，各條裂縫均有發展。已開挖的加固樁護壁普遍存在一定深度以下出現縱向開裂現象，位于樁井護壁垂直于線路的兩對邊上，且隨開挖進行裂縫繼續發展，暗洞段原2#加固樁于2013年12月21日發現在護壁5.6m處大里程邊出現橫向裂縫，錯動7mm。現場對不穩定斜坡采取了清方減載應急處理措施，2014年1月完成。2014年4月26日、27日、29日和5月1日分別出現了連續降雨天氣，在5月1日降雨量較大的情況下，卸載區邊坡及坡頂上方40m范圍突然失穩滑塌后停工，如圖3所示。

圖3　滑坡清方減載區現狀

3　補充勘察及變形監測情況

自2010年12月1日地表出現裂縫、洞內發生變形后，一直處于停工狀態。為保證鐵路、公路及施工安全，2013年4月在利用原勘察地質資料的基礎上，補充鉆探135m/4孔。通過地質調查、鉆探及施工揭示，進口段斜坡地層巖性、結構、地質構造、水文地質條件及不良地質情況與原設計一致。

自2010年12月1日洞內變形加大、地表出現裂縫開始，隨之對滑坡范圍進行了地表位移、沉降觀測。根據變形監測數據分析，該斜坡在2010年12 月10日至2013年2月11日期間，經歷卸荷變形、基本穩定階段兩個階段。2010年12月10日至12 月20日，地表各監測點平均位移速率在15～23mm/d之間，變形時間短，變形量大，斜坡處于卸荷回彈變形階段，因洞內施工形成地下臨空面，且隧道初支處于變形增大趨勢，斜坡應力重分布，地表張應力增大，造成局部地帶巖土體結構破壞，變形突然加劇。2010年12月20日至2013年1月10日，地表各點平均位移速率在0～0.053mm/d之間，斜坡處于基本穩定狀態；隧道處于停工狀態，斜坡應力重分布后，原始應力在卸荷的作用下已基本釋放，整體變形趨穩。

2013年1月10日以后觀測地表變形無明顯變化。

4　滑坡概況及穩定性評價

4.1滑坡范圍判定

補充勘察及現場變形檢測為滑坡的穩定性評價提供了可靠的地質依據。根據變形情況，滑坡體以鐵路隧道DK391+900為主軸線，分為中下部基本穩定I區、上部不穩定II區。

1）滑坡Ⅰ區位于斜坡中下部，軸向長約180m，前緣寬約100m，中部寬120m，一般厚度20～30m，最厚達35m，總方量約40萬方。滑體主要為第四系松散堆積碎石類土及全風化千枚巖，推測滑帶（蠕動變形帶）為土石界面或其下全風化千枚巖，為一中型蠕動型滑坡。2014年5月1日滑坡Ⅰ區未見明顯變形跡象，滑坡Ⅰ區處于基本穩定狀態。

2）滑坡Ⅱ區位于斜坡上部，2014年1月的清方減載應急方案已實施至高程975m，表層黃土厚2～3m，下為風化千枚巖，完成清方約9萬方。2014年5 月1日卸載區邊坡及坡頂上方40m范圍失穩滑塌，面積約3110m2，上部清方邊坡面噴射砼臨時防護出現大面積開裂破壞和脫落，損壞面積約2997m2，坡頂處150m截水天溝破壞，造成滑坡地質災害，滑坡變形區長約130m,寬60～100m，地表形成5條裂縫。滑坡Ⅱ區處于不穩定狀態。

4.2滑坡穩定性分析

斜坡地表為第四系風積黃土及坡積碎石類土，下伏志留系千枚巖，坡度約35°，經檢算，天然狀態均為穩定斜坡。從地表變形觀測和滑坡穩定性分析，在不考慮地震、降雨、動荷載、人工切坡等條件下，滑坡Ⅰ區蠕動變形趨穩，處于基本穩定狀態；滑坡Ⅱ區已發生滑坡地質災害，處于不穩定狀態。目前路基、明洞及隧道等工程尚未完成施工，在施工、降雨、地震的作用下，極易發生局部失穩，甚至導致斜坡大面積失穩，鑒于范家坪滑坡Ⅰ區2013年12月曾經發生蠕動變形和地表開裂，滑坡Ⅱ區2014 年5月已發生了滑坡地質災害，對蘭渝鐵路工程、212國道存在極大安全隱患，為確保鐵路主體工程及國道安全，必須對范家坪滑坡進行綜合整治。

5　滑坡原因分析

該處位于崩坡積堆積體上，未見古滑坡特征，具有特殊的地形地貌、復雜的地層巖性和地質構造條件，且白龍江岸坡及212國道邊坡高陡，在汶川5.12大地震、岷縣7.22地震、近年來降雨增多、河流沖刷等因素影響下，造成地表開裂變形、坍塌形成了滑坡地質災害。

6　滑坡整治方案

1）整治方案選擇。滑坡整治方案分析中，重點對上部便道及以上的滑面位置、下滑力大小及施工條件等主要因素進行分析，并結合上部清方減載形成的邊坡高度、千枚巖的特性及風化層厚度以及增設便道的難易程度分析了兩種滑坡穩定措施方案：

方案一，上部設兩排預應力錨索抗滑樁、下部212國道邊設一排樁板墻方案。該方案上部施工便道以上不清方減載，先對坡頂以上裂縫及便道處裂縫注漿封閉后，清理坡面，然后施工上部預應力錨索樁；下部局部清方后于212國道邊設置一排樁板墻。該方案不需增設施工便道。

方案二，上部清方減載及設一排抗滑樁、下部212國道邊設一排樁板墻方案。該方案先對施工便道處裂縫注漿封閉后，進行便道以上清方減載，然后上部設抗滑樁；下部局部清方后于212國道邊設置一排樁板墻。

綜合分析：方案一可以利用原有便道施工，但投資費用較大，且預應力錨索抗滑樁施工較困難；方案二上部滑坡體清方后，對滑坡整治徹底，不留后患，且工程投資費用較低。雖清方邊坡較高陡，需重新向上修建施工便道，增大了施工難度和投資，但綜合整治效果優于方案一，故采用方案二進行整治。

2）整治措施。（1）對隧道上部的滑坡體進行清方處理，減輕滑坡體上部自重。即II區滑坡上部沿滑面和巖層分界面清方，DK391+900斷面左側清方邊坡采用預應力錨索框架梁防護，斷面右側清方邊坡分別采用預應力錨索框架梁及預應力錨桿框架梁防護；I區滑坡左側清方邊坡坡率1∶1～1：1.5，亦采用預應力錨索框架梁防護。滑坡I區清方土體設兩級邊坡平臺，一級邊坡平臺與二級邊坡平臺之間的邊坡坡率為1：1.5,二級邊坡平臺以上邊坡坡率為沿巖層分界面刷方。兩級平臺間邊坡采用漿砌片石骨架護坡防護，骨架內栽植灌木。（2）設置抗滑樁，加固滑坡體確保鐵路及既有國道安全。即于DK391+ 831.54～DK391+883.04隧道暗洞段左側10m外沿主軸斷面方向設置一排抗滑樁，樁截面尺寸均采用3m×4m矩形，樁中心間距為10.3m（沿線路方向），共6根，樁長36m。于DK391+809.56～DK430+812.32段桔柑特大橋重慶臺背與明洞進口間沿主軸斷面方向設置一排抗滑樁，樁截面尺寸均采用2m×3m矩形，樁中心間距為5m，共3根，樁長24m。于DK391+794.2～DK430+829.55段212國道邊設置一排樁板式擋土墻，樁截面尺寸均采用2.5m×3.5m矩形截面，樁中心間距為5m，共12根，樁長30、32、36m，于樁頂以下施加兩根預應力錨索，錨索縱向間距1m，錨索長分別為33、36m。國道路面以上樁與樁之間加設C35鋼筋混凝土擋土板，板長為2.2m，板高0.5m，板厚0.4m。擋土板后設0.3m的砂夾卵石反濾層。（3）隧道洞身初支變形已開裂段應采取沙袋回填處理，回填密實；在線路右側設置2m×1.5m應急逃生通道，通道靠砂袋側及底部采用I20b型鋼支撐，隨后對開裂段進行注漿加固、增設套拱等拆換處理。對二襯開裂侵限段應拆除重新施做。（4）為保證212國道的正常通行及運營安全，對國道影響段需搭設棚架防護，設置安全警示標志，安排專人防守。

7　結論

該工點無古滑坡特征，為崩坡積堆積體，具有特殊的地形地貌、復雜的地層巖性和地質構造條件，屬于非典型地質災害工點，初期設計中很難準確判識。由于該工點地形較陡、施工難度大、工程工點設置緊密復雜，加之對鐵路隧道和既有國道安全影響極大，該滑坡整治處理應全面考慮滑坡體形態特征，結合補勘和變形監測情況，按照徹底整治不留后患的原則，以減輕滑坡體自重并加以抗滑樁的綜合措施進行整治處理。本文結合補勘、變形情況及實際情況，提出了上部清方減載及設置抗滑樁、下部212國道變設置樁板墻的綜合整治方案。

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