復雜條件城市山嶺隧道渣場自然環(huán)境特點及整治對策研究

康志鵬，葛玉強，黎以良，陳宇，海大鵬

（中建隧道建設有限公司，重慶 401300）

康志鵬，葛玉強，黎以良，等.復雜條件城市山嶺隧道渣場自然環(huán)境特點及整治對策研究[J].重慶建筑，2019（7）：51-55.

0 引言

目前，隨著經濟社會發(fā)展的需要，國家不斷加大對基礎設施的投入，我國的公路隧道建設快速發(fā)展。雖然近幾年我國公路隧道發(fā)展迅猛，但在各類公路工程的建設當中產生了許多環(huán)境問題，其中比較突出的就是公路隧道棄渣場的問題。公路工程由于隧道開挖產生了大量棄渣，這些沿線隧道渣料堆放在地勢低洼處，隨著棄渣的不斷累積，形成大規(guī)模的棄渣場。由于棄渣自然堆放，形成不規(guī)則形的平臺和松散堆積邊坡。這些邊坡在風、雨等不利條件下極易發(fā)生各類滑坡等地質災害和嚴重的水土流失，對當?shù)氐淖匀画h(huán)境產生不利影響，甚至嚴重威脅到臨近公路工程的安全運行。

不同類型的邊坡穩(wěn)定性問題，一直是國內的一個研究熱點，目前已有許多學者對其進行了研究。陳國慶[1]等針對強度折減法只能得到單一不變的安全系數(shù)的缺點，為實現(xiàn)對邊坡從破壞到失穩(wěn)整個過程的分析，提出結合動態(tài)和整體強度折減法來評價邊坡的穩(wěn)定性的方法；朱大勇[2]等從邊坡的坡面形態(tài)方面對其穩(wěn)定性進行分析，通過大量邊坡失穩(wěn)的現(xiàn)場資料，并結合模型試驗，分別得到凸坡和凹坡的穩(wěn)定性；張江偉[3]等對地震作用下各類邊坡破壞的參數(shù)進行統(tǒng)計分析，并對各類模型理論和試驗分析進行介紹，分析了它們的特點和適用性；吳振君[4]等針對邊坡穩(wěn)定性因素敏感性，提出一種基于可靠度分析的新方法——可靠度分析方法；高玉峰[5]等回顧了土質邊坡穩(wěn)定性分析的三種主要方法，針對它們存在的問題進行研究，并指出了未來的發(fā)展方向；王旭春[6]等利用極限平衡理論對露天礦邊坡的穩(wěn)定性進行分析，并研究了主要巖體參數(shù)對其穩(wěn)定性影響的敏感性；阮航[7]等針對影響公路邊坡穩(wěn)定性信息的隨機性、模糊性和不完整性，提出了一種改進模糊評價方法，該模型將模擬的結果與邊坡實際情況進行對比，表明該模型具有很好的一致性；唐朝輝[8]等討論了填土邊坡的不確定性，針對影響填土邊坡穩(wěn)定性的各類變量，建立了邊坡穩(wěn)定性影響的可靠度分析流程，系統(tǒng)地建立了一種填土邊坡穩(wěn)定性的可靠度分析方法；丁麗宏[9]提出了基于改進的灰關聯(lián)和層次分析法相結合的邊坡穩(wěn)定性分析方法，該方法克服了傳統(tǒng)方法的缺點，并有效提高了精度。

邊坡的穩(wěn)定性研究雖然已取得眾多成果，但在城市山嶺隧道棄渣場坡體穩(wěn)定性研究方面還不夠系統(tǒng)。龍洲灣隧道棄渣堆積在溝谷地帶，形成了不規(guī)則形的平臺，棄渣場土層結構松散，在降雨等不利條件下有可能發(fā)生滑坡等地質災害，對當?shù)氐淖匀画h(huán)境產生不利影響，威脅到當?shù)鼐用竦纳敭a安全，因此必須對龍洲灣隧道棄渣場各個邊坡的穩(wěn)定性進行分析與評估，針對不穩(wěn)定的渣場邊坡提出有效的治理措施。

1 棄渣場現(xiàn)場概況

1.1 地形地貌

線路區(qū)位于四川盆地東部平行嶺谷區(qū)，背斜成山，向斜成谷，山高谷深，嶺谷相間。地形由窄條狀山脈和丘陵谷地組成。山脈兩側地勢陡峻，多形成陡坡和峻坡，山脊高程 400～500m。山脈之間寬闊的丘陵谷地相對低緩，丘頂高程 200～300m。地貌格局與區(qū)域構造線相吻合，沿 NNE方向展布，且向斜成丘陵，背斜成山，呈隔擋式構造。

1.2 氣象和水文

（1） 氣象

工程區(qū)屬中亞熱帶季風氣候區(qū)，主要特點是空氣濕潤，春早夏長、冬暖多霧、秋雨連綿，降雨充沛，分配不均，年無霜期349d左右。

表1 Ⅰ-Ⅰ剖面穩(wěn)定性計算（天然工況）

表2 Ⅰ-Ⅰ剖面穩(wěn)定性計算（暴雨工況）

根據(jù)巴南區(qū)氣象局提供的資料顯示，當?shù)貧鉁兀憾嗄昶骄鶜鉁貫?17.8℃，月平均氣溫最高 32.8℃（8月），最低 6.3℃（12月）。日極端最高氣溫為 42.5℃（2006年 8月 26日），最低-1.8℃（1975 年 12月 15日）。

降雨量：區(qū)內以降雨為主，雪、冰雹少見，年最大降雨量1502.4mm（1982年），年最小降雨量為 819.20mm（1969 年），多年平均降雨量為 1141.8mm，降雨多集中在 4—9月，其降雨量最高達867.8mm，占年降雨量的76%。

（2） 水文

銅鑼山脈的地表水系屬長江水系，區(qū)內高差較大，地形坡度大，地表季節(jié)性沖溝谷發(fā)育，地表徑流條件較良好，選址區(qū)及影響范圍內無大的地表河流，隧道進口有龍眼睛水庫，另外小水溝、溪溝、魚塘較多，地表水較發(fā)育。

1.3 工程地質

巖性有灰?guī)r、白云巖、巖溶角礫巖、泥巖、砂巖、頁巖等。

擬建場地具有低山的“一山二槽三嶺”的高位巖溶槽谷地貌，可溶巖形成了較多的地下溶洞和暗河等；在嶺脊附近出露碎屑巖、侏羅系紅層含水巖組，因此水文地質條件復雜。

區(qū)域歷史上地震活動較弱，地震震級低，強震活動弱，屬地殼相對穩(wěn)定區(qū)塊。區(qū)域范圍內無斷裂、破碎帶通過，構造穩(wěn)定。場地無滑坡、泥石流、液化、震陷等地震穩(wěn)定性問題。工程區(qū)不良地質現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖溶及巖溶塌陷、煤窯采空區(qū)。

2 棄渣場邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 計算分析

棄渣場按設計堆渣后將形成兩個高填方邊坡，如圖1所示：

2.2 Ⅰ—Ⅰ剖面穩(wěn)定性分析

Ⅰ—Ⅰ剖面折線滑動法穩(wěn)定性計算如圖2所示，天然工況Ⅰ—Ⅰ剖面穩(wěn)定性計算如表1所示，暴雨工況Ⅰ—Ⅰ剖面穩(wěn)定性計算如表2所示。

2.3 Ⅱ—Ⅱ剖面穩(wěn)定性分析

Ⅱ—Ⅱ剖面折線滑動法穩(wěn)定性計算如圖3所示，天然工況Ⅱ—Ⅱ剖面穩(wěn)定性計算如表3所示，暴雨工況Ⅱ—Ⅱ剖面穩(wěn)定性計算如表4所示。

經計算棄渣體Ⅰ—Ⅰ邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)天然工況為1.19，小于安全系數(shù)1.2，暴雨工況為1.19，大于安全系數(shù)1.1。Ⅰ—Ⅰ邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進行處理。Ⅱ—Ⅱ邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)天然工況為1.31，大于安全系數(shù)1.2，暴雨工況為1.31，大于安全系數(shù)1.1，所以Ⅱ—Ⅱ邊坡暫時處于穩(wěn)定狀態(tài)，不需要進行處理。

表3 Ⅱ-Ⅱ剖面穩(wěn)定性計算（天然工況）

表4 Ⅱ-Ⅱ剖面穩(wěn)定性計算（暴雨工況）

3 攔渣壩穩(wěn)定性分析

通過上面分析，棄渣體Ⅰ—Ⅰ邊坡在天然工況下的穩(wěn)定性系數(shù)小于安全系數(shù)，通過設置攔渣壩來使其滿足要求。下面根據(jù)棄渣體的剩余下滑力對Ⅰ—Ⅰ剖面攔渣壩穩(wěn)定性進行計算分析。墻體及地層參數(shù)如表5所示。

表5 墻體及地層參數(shù)

圖1 棄渣場堆渣后形成的兩個高填方邊坡

圖2 Ⅰ—Ⅰ剖面折線滑動法穩(wěn)定性計算示意圖

圖3 Ⅱ—Ⅱ剖面折線滑動法穩(wěn)定性計算示意圖

墻身所受滑坡推力：Ea=345.000； Ex=345.000；Ey=0.000kN；作用點距離墻底高度=8.368m；墻身截面積=85.395m2；重量=1964.080kN。

（1）滑動穩(wěn)定性驗算

采用傾斜基底增強抗滑動穩(wěn)定性，計算過程如下：

基底傾斜角度=5.71°；Wn=1954.333kN；En=34.329kN；Wt=195.433kN；Et=343.288kN；滑移力=147.855kN；抗滑力=795.465kN。

滑移驗算滿足：Kc=5.380＞1.350。

地基土層水平向：滑移力=345.000kN；抗滑力=1066.306kN。

地基土層水平向：滑移驗算滿足Kc2=3.091＞1.350。

（2）傾覆穩(wěn)定性驗算

相對于墻趾點，墻身重力的力臂Zw=6.749m；

相對于墻趾點，Ey的力臂Zx=9.500m；

相對于墻趾點，Ex的力臂Zy=7.000m。

驗算擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定性：

傾覆力矩=2415.000kN·m；抗傾覆力矩=13256.434 kN·m。

傾覆驗算滿足：K0=5.489＞1.500。

（3）地基應力及偏心距驗算

基礎為天然基礎，驗算墻底偏心距及壓應力：

作用于基礎底的總豎向力=1988.661kN；總彎距=10841.434kN·m；基礎底面寬度B=13.752m；偏心距e=1.425m；基礎底面合力作用點距離基礎趾點的距離Zn=5.452m。

基底壓應力：趾部=234.481kPa；踵部=54.727kPa。

作用于基底的合力偏心距驗算滿足：e=1.425≤0.250x13.752=3.438m。

地基承載力驗算滿足：最大壓應力=234.481≤500.000kPa。

通過滑坡推力作用情況下對攔渣壩進行相關驗算，計算結果滿足要求，故Ⅰ—Ⅰ剖面處攔渣壩穩(wěn)定。

5 棄渣場邊坡穩(wěn)定措施

（1）為防止棄渣場上游積水流入坡體，在棄渣場坡體坡頂設置一道截水溝，并在坡體兩側設置多道截水溝截流兩側坡面向中間匯水。

（2）截水溝溝寬60cm，高60cm，采用M10砂漿MU30片石砌成。溝槽底部做成三道臺階并鋪設鋼筋，采用直徑Φ8的HPB300鋼筋，以增加截水溝的強度和穩(wěn)定性，延長使用壽命。截水溝的排水坡度不得緩于1%，以加強排水，防止積水漫入坡體。

（3）棄渣場坡體底部平行安裝3根直徑Φ1000mm鋼筋混凝土排水花管，花管環(huán)向設置5道Φ15滲水孔，外包無紡布（≥400g/m2），安裝時打孔側朝上，無孔部分埋設水泥砂漿保護層上（并位于地面下，施工中先挖槽）。

（4）棄渣場頂鋪設50cm厚黏土隔水層，減少雨水浸入棄渣體。

（5）棄渣場頂向外作3%的排水坡，以利排水。

（6）堆渣邊坡坡腳平臺處設置平臺截水溝連接至兩側截水溝，方便邊坡排水。

6 結論

（1）國內對邊坡的穩(wěn)定性進行了大量研究，但在城市山嶺隧道棄渣場坡體穩(wěn)定性研究方面還不夠系統(tǒng)。龍洲灣隧道棄渣堆積在溝谷地帶，在降雨等不利條件下有可能發(fā)生滑坡等地質災害，對當?shù)氐淖匀画h(huán)境產生不利影響，威脅到當?shù)鼐用竦纳敭a安全。

（2）棄渣場按設計堆渣后將形成兩個高填方邊坡，經本文計算Ⅰ—Ⅰ邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進行處理，Ⅱ—Ⅱ邊坡暫時處于穩(wěn)定狀態(tài)，不需要進行處理。

（3）通過滑坡推力作用情況下對攔渣壩進行受力，計算結果滿足要求，故Ⅰ—Ⅰ剖面處攔渣壩穩(wěn)定。

（4）加強棄渣場邊坡穩(wěn)定性的措施主要從兩方面入手：一是要在渣場邊坡的頂部及側面設置截水溝，并在坡面鋪設隔水層，以防止降水流入坡體，對邊坡穩(wěn)定性產生不利影響；二是要在邊坡坡底處設置多根排水管，加強坡體排水，并保護坡腳，增強邊坡的穩(wěn)定性。