滬昆客專紅嶺隧道進口滑坡成因分析及治理方案研究

李　卓

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300251)

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滬昆客專紅嶺隧道進口滑坡成因分析及治理方案研究

李卓

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300251)

滬昆客運專線紅嶺隧道進口滑坡成因調查揭示，線位走向與紅嶺隧道進口處左側坡體斜交，隧道左側偏壓且存在順層，高角度切坡時巖土體內部產生了裂縫。該邊坡附近斷層發育，巖土體力學性質較差，裂隙發育，雨水易沿裂縫下滲，土體受力失穩，對后緣巖土體有牽引作用，導致邊坡失穩。在勘察調繪的基礎上，運用數值模擬軟件Geostudio深入研究滑坡的形成機制，計算滑坡穩定性系數。結果顯示，第一個潛在滑體的穩定性系數為1.03，第二個潛在滑體的穩定性系數為1.139，該滑坡處于基本穩定狀態，但在人工開挖與降雨入滲作用下，該進口邊坡不穩定。為了保障施工安全，建議采用減載與抗滑樁結合的綜合治理方案。

紅嶺隧道牽引式滑坡成因分析穩定性評價治理方案

隧道開挖中高角度切坡常常破壞邊坡的穩定性，進而誘發邊坡的滑動破壞，最終會嚴重影響鐵路建設的施工進度。另外，隧道拱頂可能會承受滑坡荷載導致擠壓變形[1-3]。因此，必須對滑坡進行及時的治理。

滬昆客運專線紅嶺隧道進口位于湖南省新化縣科頭鄉紅霞村，進口左側邊坡自然坡度35°左右，均辟為梯田。此滑坡變形按變形規模和時間可分為二個階段：2011年3月上旬至4月中旬為第一階段，施工單位在平整施工場地時進行切坡，在左側坡腳挖出10m余高陡坎，坡度70°～90°，開挖地面高程約274.09m，形成了較高陡的人工邊坡。后人工邊坡產生裂縫，形成一條連續長約160m、寬10～40cm的張拉裂縫，位于里程范圍DK209+340～375左側0～65m，大部分地段出現錯臺裂縫，錯臺高度為5～30cm，至4月下旬，裂縫寬度加大，最大達60cm。第二階段為4月中旬至6月上旬，該地區連降暴雨，裂縫繼續擴大，寬度最大達70cm，后緣錯臺高度達1.7m，且沿坡體往上產生多條新裂縫，坡上民房多處開裂，范圍擴大至里程范圍DK209+340～405左側0～110m；紅嶺隧道進口拱頂左側受滑坡體擠壓變形，頂部及拱頂內部初支均出現裂縫，寬度5～10cm，長度延伸至洞內約30m。為保證隧道施工和工程安全，需對滑坡穩定性進行計算，分析其形成機制，并對滑坡的發展趨勢和可能造成的危害進行評價，最后提出經濟合理的工程防治方案，保障施工的安全運營[4，5]。

1　滑坡區工程地質條件

1.1地理位置及地形地貌

滑坡位于紅嶺隧道進口明洞段里程范圍DK209+340～405左側0～110m，原始地貌為殘坡積中低山區，自然坡度約35°，坡上多辟為梯田，坡上有民房，坡體穩定，植被發育；施工切坡后，坡度約40～60°，后緣高程為326.9m，前緣高程為282.0m，高差約44.9m(如圖1)。

圖1　場地原始地貌(三維系統截圖)

1.2地層巖性

滑坡區域內地層主要為第四系全新統人工堆積層(Q4ml)；第四系上更新統坡殘積層(Q3dl+el)；奧陶系下統橋亭子組上段(O1q2)，其巖性按地層由新至老分別敘述如下。

(3)奧陶系下統橋亭子組上段(O1q2)：

炭質板巖——灰黑色，強風化，變余泥質結構，板狀構造，節理裂隙較發育，巖體極破碎，巖質較軟，敲擊易碎。

粉砂質板巖——①全風化，黃褐色，原巖結構構造已基本破壞，巖石風化呈土狀，夾少量未完全風化的殘留物。②灰綠色、紅褐色，強風化，砂狀結構，板狀構造，節理裂隙發育，裂隙面可見紅褐色鐵錳質浸染，巖質較硬，巖體破碎。③淺灰色，弱風化，砂狀結構，板狀構造，節理裂隙發育，裂隙面可見紅褐色鐵錳質浸染，巖質較硬，巖體較破碎。

1.3地質構造

根據調查和勘探，區內巖層產狀以北北西、北北東為主，35°∠30°、321°∠60°、23°∠14°；在滑坡附近發育逆斷層，斷層產狀110°∠53°，破碎帶寬度10～15m。受該斷裂的影響，滑坡區內巖層產狀較紊亂，巖體較破碎，軟硬不均。

1.4水文地質條件

區內地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存于溝谷或山坡、第四系松散堆積物中，補給來源為大氣降水，受季節影響較大，雨季水量較大，干旱季節水量較少，向低洼處排泄。基巖裂隙水主要賦存于下伏炭質板巖，粉砂質板巖的節理、裂隙中，接受大氣降水和地下徑流補給。水位隨季節變化而變化，水量受節理裂隙及充填情況影響，水量中等，地下水季節性變幅較大，勘測期間潛水埋深1.50～8.50m，高程283.33～290.51m。

2　滑坡形成過程及成因分析

2.1形成過程

紅嶺隧道進口滑坡為新生滑坡。通過對滑坡區內裂縫位置的觀測，結合地層巖性、地形情況及現場施工情況，該滑坡按變形規模和時間可分為兩個階段：第一階段以裂縫1、裂縫2為界，滑坡體主要物質成份為第四系坡殘積土層，屬土質滑坡；第二階段因土體滑動牽引后緣基巖，節理面受雨水浸潤開裂，產生變形、滑動，屬牽引式破碎巖體滑坡，變形范圍延伸至裂縫4、裂縫5、裂縫6，且變形區有沿山體向上延伸趨勢，最大延伸至裂縫7(如圖2)。兩個階段滑動方向基本一致，為北偏東51°。

圖2　滑坡平面示意

紅嶺隧道進口第一階段滑坡范圍約2 520m2，滑坡堆積厚度一般為0.0～8.1m，滑坡體積約6 100m3，為一小型土質滑坡。第二階段滑坡范圍擴大至約8 020m2，滑坡堆積厚度0.0～24.0m，滑坡體積擴大至約52 100m3，為中型滑坡。

2.2形成原因

上部第四系松散地層及全—強風化砂質板巖、炭質板巖巖體破碎，基巖接觸面及層面、節理面等不利結構面組合是產生滑坡的物質基礎。

線路走向與坡體斜交，隧道左側偏壓，巖層產狀傾向線路方向，存在順層，施工開挖造成不利影響。

隧道區工程施工開挖期間遭受強降雨影響，雨水滲入土體，導致土體受力失衡，并牽引下伏基巖沿結構面開裂、變形，是滑坡產生的直接誘因。

3　滑坡邊坡穩定性分析

為了深入研究紅嶺隧道進口滑坡的穩定性，并找出潛在滑動面，為治理方案提供依據，采用Geostudio軟件[6-8]中的SLOPE/W模塊，運用Morgenstern-Price計算方法，計算進口滑坡的穩定性，找出潛在滑動面。

3.1模型的建立

如圖3所示，縱剖面5-5與滑坡主滑方向一致，并經過1、6、7三個大裂縫，因此選擇5-5剖面進行研究。首先建立根據GeoStudio提供的網格剖分，采用三角形單元和四邊形單元混合的網格形式。最終地質模型劃分為3 416個單元，3 387個節點，剖分好的數值計算模型如圖3所示。

3.2初始應力分析

根據前期勘察報告得到物性參數如表1。粉砂質板巖的剛度較大，選擇的材料模型為線彈性，裂縫結構面的巖性更接近土，選擇的材料模型為彈塑性模型。

表1　進口滑坡各巖土組物理力學參數

滑坡模型兩側只考慮X方向約束，滑坡底部采用X/Y兩個方向的約束，邊界條件如圖4所示。運用SIGMA/W模塊進行初始應力分析，得到剖面的剪切應力等值線云圖，滑坡深部應力較多，滑坡表面無應力，基本符合滑坡的初始應力分布。

圖3　5-5′剖面地質模型及有限元網格劃分

圖4　5-5剖面剪切應力等值線

3.3求解穩定性系數

根據裂縫的分布和剪出口的位置推測潛在滑動面，并預測有兩個潛在滑體。運用SLOPE/W模塊中的M-P條分法，計算兩個潛在滑體的穩定性系數，如圖5、圖6所示，綠色部分為滑體范圍，第一個潛在滑體的穩定性系數為1.03，第二個潛在滑體的穩定性系數為1.139。滑坡體裂縫發育，第一個潛在滑動面滑動時對后緣巖土體具有牽引作用，加之人工開挖與降雨入滲作用，該進口邊坡非常不穩定。

圖5　5-5剖面第一期滑帶分布

圖6　5-5剖面第二期滑帶分布

4　滑坡治理建議

建議結合線路工程情況及滑坡體主滑方向進行滑坡治理[9-11]，并對隧道洞口偏壓、順層采取適宜的處理措施。擬采用減載錨桿與抗滑樁結合的綜合治理方案，對滑坡區內變形巖土進行清方卸載，清理滑坡區坡殘積層粉質黏土、細角礫土、粗角礫土及部分全—強風化基巖，下部設置抗滑樁，并對坡面進行加固。 建議邊坡率上部粉質黏土、細角礫土、粗角礫土、粉砂質板巖(W4)取1∶1.75；炭質板巖(W3)、粉砂質板巖(W3)取1∶1.25；粉砂質板巖(W2)取1∶1。施工時應加強對滑坡體的位移觀測、地下水位動態觀測；在滑坡體周邊設截、排水溝，并做防滲處理，減少水對滑坡的不利影響，做好相關路基、邊坡、隧道等截排水措施。工程完工后，建議對滑坡體及周圍進行綠化處理，減小表水對表土的侵入沖刷(如圖7)。

圖7　滑坡治理示意

5　結束語

根據調查和勘探結果分析，滬昆客運專線紅嶺隧道進口滑坡區表層覆蓋坡殘積粉質黏土、細角礫土和粗角礫土，因施工開挖，遇到暴雨或者持續降雨，雨水沿裂縫下滲，土體受力失衡，易產生裂縫，形成滑面，在重力和水的作用下易產生滑坡。下伏炭質板巖、粉砂質板巖風化強烈，節理發育，巖體破碎，雨水浸入結構面，在上覆土體的牽引下沿結構面開裂，產生變形、滑動，且有向坡體上方延伸趨勢。運用Geostudio軟件計算潛在的兩個滑動面穩定性系數分別為1.03、1.139，滑體基本穩定，但在人工開挖和降雨條件下如不及時處理，將引發更大范圍的滑坡。建議采用減載錨桿與抗滑樁結合的方式，在滑坡治理過程中和完工后，應加強動態監測，防止工程安全事故的發生。

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Analysis and Research on the Management Plan of the Imported Landslide in Red Ridge Tunnel in Shanghai-Kunming Railway

LI Zhuo

2016-05-03

李卓(1984—)，2009年畢業于西南交通大學地質工程專業，工程師。

1672-7479(2016)04-0037-05

P642.22；U213.1+52.1

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