紫金山隧道進口滑坡及山體開裂處治技術(shù)探討

程耀烜

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

平榆高速公路紫金山隧道左洞起點樁號ZK44+376，長 4 382 m；右洞起點樁號 K44+254，長4 511 m；地勘資料顯示洞口段為三疊系銅川組砂巖、泥巖互層，砂巖為強風(fēng)化粗粒結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造；泥巖為強風(fēng)化泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造。圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，有點狀滲水可能，巖體破碎，層間結(jié)合差，無自穩(wěn)能力，Jv=20、Kv=0.35、Rc=9、[BQ]=164.5，均判定為Ⅵ級圍巖。

ZK44+337—ZK44+382段右側(cè)山體在路基施工過程中發(fā)生滑坡，致使左線右側(cè)邊坡局部垮塌，部分路基鼓起，紫金山隧道左線入口段10余米擠壓破壞。施工單位采取緊急處治方案，從滑體后緣裂縫處由上至下對滑體進行卸載。經(jīng)過卸載處理后，本處滑坡體基本清除，對隧道的威脅得以解除。兩個月后，施工單位在隧道上方山體（左線里程ZK44+470—ZK44+640段）發(fā)現(xiàn)不同程度的環(huán)向裂縫，一共產(chǎn)生13條裂縫，長度為2～87 m，裂縫最寬達30 cm，如圖1所示。

根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭露情況：整個滑坡體的巖層主要由三疊系中統(tǒng)銅川組灰白色鈣質(zhì)膠結(jié)中-細粒石英長石砂巖與紫紅色泥巖互層組成，在山頂局部覆蓋有1～5 m厚的Q3m黃土和1～2 m厚的殘坡積物；滑坡后緣滑面發(fā)育在紫紅色泥巖上，擦痕發(fā)育，產(chǎn)狀為350°∠25°；滑坡體西側(cè)完整巖體產(chǎn)狀為0°∠15°；滑坡體東側(cè)完整巖體產(chǎn)狀為 5°∠25°，節(jié)理密度為90°/3條/m、5°/3條/m；滑坡體西部邊界以走向15°方向的貫通節(jié)理破碎帶分界，節(jié)理破碎帶以西巖層相對完整，兩組節(jié)理發(fā)育，節(jié)理密度為90°/3條/m、15°/3條/m；在滑坡體上節(jié)理密度為90°/13條/m、15°/10條/m；可見滑坡體上巖體均發(fā)生不同程度的破壞和位移。

圖1 兩次滑坡及裂縫平面示意圖

2 滑坡及山體開裂的誘因分析

通過在隧道左洞口及滑坡坡頂處埋設(shè)位移樁的方法進行監(jiān)控量測后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)二次滑坡發(fā)生1周后，滑坡位移量逐漸減小，兩周后基本無變形，判斷滑坡變形收斂。根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果及地質(zhì)勘察結(jié)果（如圖2所示）分析該滑坡及山體開裂的誘因如下。

2.1 進口滑坡產(chǎn)生的誘因

a）誘發(fā)滑坡的內(nèi)因主要是巖體破碎、節(jié)理發(fā)育，以及順坡、順層的地貌特征和賦存軟弱夾層（泥巖）的地層結(jié)構(gòu)，泥巖遇水軟化形成滑移面。

b）誘發(fā)滑坡的外因主要是項目所在地近期突降暴雪，降水入滲，造成泥巖軟化；加之左線路基在施工過程中開挖山體坡腳，以及近南北方向的溝底排泄沖刷形成臨空面。

就卸載后揭露情況看，滑坡后緣與東側(cè)沖溝交界處地層為泥巖，坡度較緩，季節(jié)性持續(xù)降水順泥巖入滲，導(dǎo)致泥巖軟化，抗剪強度大幅降低；同時，11月的暴雪增加了山體瞬時荷載，最終導(dǎo)致滑坡發(fā)生。

2.2 山體開裂的原因

坡體為互層的泥巖和砂巖，上部巖體風(fēng)化強烈，加之2009年降水較多，工程地質(zhì)條件較差，如圖2所示；后來K44+345—K44+410的卸載，使得K44+450—K44+630山體局部應(yīng)力釋放，產(chǎn)生拉張裂縫。

圖2 滑坡地質(zhì)橫斷面圖（單位：m）

3 處治方案

對于滑坡處治，首先應(yīng)該從防止地表水繼續(xù)下滲、誘發(fā)滑坡繼續(xù)發(fā)展入手，故處治方案應(yīng)先考慮對裂縫進行封閉并做好相應(yīng)的截、排水措施。對于該滑坡，主要從施工安全、處治效果及運營安全方面考慮，提出了兩個處治方案。由于滑坡體的卸載，右線隧道K44+357—K44+397段拱頂覆蓋層厚度約為2～4 m，暗洞開挖容易造成拱頂開裂和坍塌，故在此段兩個方案均采用“蓋挖法”施工，即拱頂明挖施作套拱并回填后進行暗洞開挖掘進。兩個方案的不同之處在于對左線滑坡影響段的處治：方案一是采用延長隧道左洞明洞并增加明洞抗滑措施、洞頂回填并輔以抗滑樁的方式處治；方案二則是單純依靠抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索和抗滑擋墻等抗滑措施進行處治，各方案具體措施如下。

3.1 方案一 左洞明洞延長+右洞蓋挖方案（如圖3所示）

3.1.1 抗滑措施

圖3 方案一總體布置圖

a）ZK44+280—ZK44+340段路基右側(cè)挖方邊坡存在局部塌落現(xiàn)象，坡面存在紫紅色泥巖軟弱層，通過穩(wěn)定性分析計算，該段邊坡穩(wěn)定性系數(shù)未達到《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2004）表 3.7.4中要求[1]。為保證坡體穩(wěn)定，坡面采取噴錨支護，第一級邊坡錨桿長為6 m，二級及二級以上錨桿長為4 m；同時在坡腳碎落臺處（樁中心距離路基設(shè)計線1.6 m）設(shè)置1.2 m×1.5 m、樁長為9 m、間距為3 m的C30鋼筋混凝土抗滑樁16根，成樁后碎落臺采用厚30 cm，寬200 cm的C25水泥混凝土現(xiàn)澆，起到封閉和穩(wěn)固坡腳的作用。通過設(shè)置以上抗滑措施，該邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)達到1.25，滿足規(guī)范要求。

b）ZK44+344.456—ZK44+384.281段明洞位于滑坡區(qū)，雖然滑體已經(jīng)卸載處理，當(dāng)卸載面以下仍然存在砂泥巖互層，地質(zhì)條件較差，為了確保明洞順利施工和安全運營，在路基設(shè)計線右側(cè)7 m處設(shè)置截面為1.0 m×1.5 m、樁長為12～18 m、間距為3 m的C30鋼筋混凝土抗滑樁11根。ZK44+390.395—ZK44+414.292段在路基設(shè)計線右側(cè)14 m處設(shè)置截面為1.0 m×1.5 m、樁長為18～22 m、間距為3 m的C30鋼筋混凝土抗滑樁7根[2]。

c）滑坡區(qū)內(nèi)右洞尚未施工，為了減小因右洞施工對右側(cè)巖體擾動，確保右洞安全施工，在右洞右側(cè)，距離路基設(shè)計線21 m處（距離隧道標高設(shè)計線20 m）設(shè)置截面為1.0 m×1.5 m、樁長為16～24 m、間距為3 m的C30鋼筋混凝土抗滑樁22根。

3.1.2 左線明洞延長

a）延長左線明洞至ZK44+340處，明洞總長51.5 m；明洞開挖采用分段進行，施工時要注意滑動面的位置，并于仰拱位置打設(shè)注漿導(dǎo)管（如圖4所示），同時做好臨時邊仰坡的防護，并加大監(jiān)測力度，隨時觀察可能存在的變化，并作出應(yīng)急措施；明洞逐段施工，每段長度按臺車長度確定并不大于10 m[3-4]。

圖4 方案一左線接長明洞段方案圖

b）明洞完成后，明洞混凝土達到設(shè)計強度的80%以上時，及時開始在明洞兩側(cè)及洞頂回填石渣土[5]，增加對明洞右側(cè)和路線前進方向坡腳的反壓，同時增大洞體的抗滑作用，回填厚度在拱頂上5.0 m。

3.1.3 右線套拱

由于滑坡體的卸載，右線隧道K44+360—K44+408段拱頂覆蓋層厚度約為2～4 m，暗洞開挖容易造成拱頂開裂和坍塌，故在此段采用“蓋挖法”施工[6]，如圖5所示。

圖5 右線蓋挖法施工方案圖

3.1.4 施工順序

裂縫處理→臨時排水系統(tǒng)設(shè)置→ZK44+280—ZK44+340段路基右側(cè)坡腳抗滑樁施工及邊坡噴錨支護→明洞右側(cè)及右洞右側(cè)抗滑樁施工→左線明洞延長段施工→左線明洞回填施工→右線套拱開挖→右線兩側(cè)打設(shè)鋼管并注漿（先打右側(cè)高邊坡處鋼管）→鋪設(shè)防水板→套拱鋼拱架架立→架設(shè)套拱鋼筋→澆筑套拱混凝土→套拱兩側(cè)及拱頂漿砌片石砌筑→拱上石渣土回填→完善排水系統(tǒng)。

3.2 方案二 左線路基抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索、擋土墻+右洞蓋挖方案（如圖6所示）

圖6 方案二總體布置圖

3.2.1 左線

ZK44+341.5—ZK44+391.5段右側(cè)采用抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索+擋土墻方案。具體如下：

a）ZK44+341.5—ZK44+366.5 段，右側(cè)坡腳處布置抗滑樁6根，樁間距為5 m，樁長為19 m，樁截面為 2.0 m×3.0 m；ZK44+366.5—ZK44+391.5段，右側(cè)一級平臺處布置抗滑樁5根，樁間距為5 m，樁長為19 m，樁截面為2.0 m×3.0 m，嵌入穩(wěn)定巖層深度至少7 m，樁頂處設(shè)置1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索。樁身開挖時應(yīng)跳槽開挖（隔二挖一），待先施工的樁身混凝土灌注完成后，再開挖剩余樁。

b）ZK44+341.5—ZK44+391.5段右側(cè)設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，平面間距為4 m，進行滑體加固，增加右側(cè)山體穩(wěn)定性。

c）ZK44+365—ZK44+400段右側(cè)坡頂外邊緣以外5 m處設(shè)置M7.5漿砌片石擋土墻支擋右線回填土方，墻高5.5～6.5 m，墻面坡率1∶0.25，墻背坡率1∶-0.1，墻底坡率1∶5。擋土墻需隔段開挖，隔段施工。

d）待M7.5漿砌片石擋土墻滿足設(shè)計強度要求時，回填土方反壓至標高1 344～1 345 m。

3.2.2 施工順序

裂縫處理→排水系統(tǒng)設(shè)置→左線邊坡噴錨支護及坡腳抗滑樁施工→左線2.0 m×3.0 m抗滑樁施工→預(yù)應(yīng)力錨索施工→左線漿砌片石擋土墻施工→右線隧道施工→回填反壓土方→完善排水系統(tǒng)。

3.3 方案比選

a）方案一左線采用接長明洞并進行明洞回填，與右線蓋挖段回填形成一個大的反壓回填面；方案二僅僅依靠右線蓋挖段回填起反壓作用，故從反壓效果來說，方案一優(yōu)于方案二。

b）方案一在延長明洞的基礎(chǔ)上在明洞仰拱處打設(shè)鋼管錨固，輔以明洞右側(cè)抗滑樁來保證抗滑效果，并利用明洞回填對開裂山體整個臨空面進行反壓；方案二則采用抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索和抗滑擋墻等保證抗滑效果，但無法封閉滑坡體臨空面，所以無論在施工過程還是運營過程中方案二都存在一定的安全隱患。

綜合以上分析后確定方案一為本次滑坡處治的推薦方案。

4 結(jié)語

在紫金山隧道進口滑坡及山體裂縫處治中，采用“左線延長明洞+右線套拱蓋挖”方案，并在左右線洞頂進行反壓回填，徹底解決了滑坡形成的破壞，保證了施工期的安全。同時消除了隧道及相鄰路基在運營過程中的安全隱患，保證了高速公路的運營安全。