某偏壓隧道洞口段滑坡整治技術(shù)

唐 勃

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063）

1 工程概況

某隧道洞口段長(zhǎng)約300m為淺埋偏壓段，隧道上半斷面通過坡積土層和全風(fēng)化層，隧道下半斷面穿越前震旦系建甌群（AnZJn）云母石英片巖,弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖體破碎，地下水不發(fā)育。該隧道明挖淺埋段地處剝蝕中低山區(qū)，隧道穿越的山脈主要走向?yàn)楸北睎|向，山體連綿，溝壑縱橫，該段地形陡峻，自然坡度約30°～45°，溝谷狹長(zhǎng)，呈條帶狀展布，呈“V”形谷，線位與溝谷走向近似小角度相交通過，溝谷地表無常流水，溝谷為山間洪水與地下水的排泄通道，受大氣降雨影響嚴(yán)重，雨水沖刷劇烈。設(shè)計(jì)在洞口段設(shè)置50m 長(zhǎng)明洞，之后的淺埋暗挖段采用V級(jí)圍巖偏壓襯砌，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，高山側(cè)根據(jù)地形情況局部設(shè)置了抗滑樁和地表注漿加固處理。

2 滑坡形成過程

隧道進(jìn)口由于征地拆遷長(zhǎng)期無法實(shí)施，進(jìn)口未能及時(shí)開展工作面，現(xiàn)場(chǎng)只能沿原溝谷地段（大致平行于線路方向）在隧道低山側(cè)開挖拉槽修建施工便道至明洞底面，布置施工場(chǎng)地。明洞施工完成后進(jìn)入淺埋段暗挖施工，施工方法為三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工。滑坡前由于高山側(cè)初期支護(hù)變形嚴(yán)重侵入限界未施作二次襯砌，其兩側(cè)地段暗洞二次襯砌已經(jīng)施工完畢。施工期間雨停后，排查地表排水系統(tǒng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)邊仰坡坡面及坡腳大面積噴射混凝土空鼓，洞內(nèi)襯砌拱腰位置有通長(zhǎng)的裂縫，裂縫寬度最大達(dá)6.25mm，洞內(nèi)對(duì)隧道襯砌內(nèi)輪廓進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)隧道橫向整體偏移，最大橫向偏移量約25cm。通過地表變形觀測(cè)發(fā)現(xiàn)：地表出現(xiàn)多處裂縫，大致分五組裂縫，均呈圈椅狀裂縫，最長(zhǎng)貫通性拉張裂縫長(zhǎng)近200m，裂縫張開、錯(cuò)動(dòng)，表面呈階梯狀，裂縫最寬25cm，形成臺(tái)坎30cm 左右，主要分布于隧道右側(cè)高山側(cè)山體范圍，距線路中線50～160m 范圍，滑坡后緣抵近低山山脊。

地表測(cè)繪顯示隧道所處山體已經(jīng)發(fā)生滑坡，滑坡長(zhǎng)度約160m，寬度約120m，滑坡前后緣高差85m 左右，滑坡方向自隧道所穿越山體高山側(cè)向低山側(cè)隧道明洞開挖臨空面及平行于線路方向的施工便道開挖臨空面方向滑動(dòng)，大致滑動(dòng)方向?yàn)楸睎|16°方向。見圖1。

圖1 隧道地表變形狀況

受滑坡影響，隧道洞內(nèi)二次襯砌右側(cè)拱腰及左側(cè)邊墻發(fā)現(xiàn)有通長(zhǎng)的貫通裂縫，裂縫寬度最大達(dá)6.25mm，量測(cè)顯示隧道襯砌高山側(cè)拱腰向洞內(nèi)的最大位移17.6cm，低山側(cè)拱腰向外最大位移為23.1cm，隧道整體向低山側(cè)發(fā)生橫向偏移。見圖2。

圖2 隧道襯砌裂縫狀況

滑坡發(fā)生后，對(duì)地表位移進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，水平累計(jì)位移值為57～68mm，平均變化速率為1.01mm/d，最大變化速率為5.5mm/d。

3 滑坡成因及推力計(jì)算

3.1 滑坡成因分析

結(jié)合地質(zhì)測(cè)繪、補(bǔ)勘資料、深層變形觀測(cè)情況、洞內(nèi)裂縫情況及監(jiān)控量測(cè)資料顯示，現(xiàn)場(chǎng)該段山體正處于持續(xù)變形狀態(tài)，且深部變形較大。產(chǎn)生滑坡主要原因：受近期持續(xù)強(qiáng)降雨影響，大量地表水下滲致使土體含水量增加，土體容重加大，抗剪切強(qiáng)度降低，致使邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)一定程度降低；該段斜坡坡腳洼形溝谷，容易匯集地表水和地下水，受匯水沖刷與浸泡，惡化了邊坡坡腳處的工程地質(zhì)條件；以上因素共同影響，造成該段地表斜坡失穩(wěn)，滑坡產(chǎn)生。

結(jié)合地表裂縫及變形觀測(cè)等方面資料顯示：該處滑坡形態(tài)呈現(xiàn)牽引式疊式滑坡，滑坡主體處于全風(fēng)化地層。滑坡體量約33×104m3，為大型滑坡。結(jié)合深層變形觀測(cè)情況，初步判定滑坡厚度最大可達(dá)22m左右，屬于深層滑坡。主滑方向朝向隧道明挖段，滑坡走向與隧道交角約37°，滑坡主軸方向?yàn)楸睎|16.6°。滑坡產(chǎn)生的壓力荷載作用于襯砌，造成襯砌拱腰及墻腳剪切開裂。

3.2 滑坡推力確定

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘探地質(zhì)取樣情況，共計(jì)取原狀樣25組，開展土工抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)合測(cè)斜變形觀測(cè)資料，選定滑面上下試樣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 土工抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

結(jié)合該段滑坡土質(zhì)特性，滑坡參數(shù)指標(biāo)采用飽和快剪指標(biāo)。通過上述試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)顯示，指標(biāo)離散性低，確定滑坡體范圍地層指標(biāo)c=6.5kPa，φ=25.2°。

據(jù)滑坡形態(tài)，選定滑坡主軸方向前后斷面進(jìn)行綜合內(nèi)摩擦角反算，結(jié)合滑坡處于整體變形發(fā)展形態(tài)，分三種情況進(jìn)行反算內(nèi)摩擦角，分別為K=0.98（滑坡下段滑出）、K=1.0（滑坡整體現(xiàn)狀）、K=1.05（滑坡沿隧道越頂滑出），反算情況及反算結(jié)果見表2。

表2 內(nèi)摩擦角反算結(jié)果

對(duì)比土工試驗(yàn)結(jié)果及綜合內(nèi)摩擦角反算情況，兩指標(biāo)較為接近，考慮到土工試驗(yàn)指標(biāo)為滑坡體地層統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，反算綜合內(nèi)摩擦角為推定滑坡面指標(biāo)，基于安全考慮，同時(shí)考慮土質(zhì)滑坡特性，參考類似工程滑坡條件，選定c=10kPa、φ=20°為滑坡體計(jì)算指標(biāo)。按照安全系數(shù)K=1.05 及c=10kPa、φ=20°計(jì)算隧道洞身段所要承受滑坡下滑推力為5212kPa。

4 滑坡整治方案

4.1 應(yīng)急處治措施

滑坡發(fā)現(xiàn)后，現(xiàn)場(chǎng)立即采用粘土對(duì)山體裂縫進(jìn)行夯填密實(shí)封堵，防止雨水再次滲入滑動(dòng)體；同時(shí)暗挖施工段利用隧道進(jìn)口棄渣場(chǎng)的石質(zhì)棄渣（運(yùn)距約1km）在低山側(cè)進(jìn)行反壓回填，限制滑坡進(jìn)一步發(fā)展，回填高度初步定為隧道拱頂以上4m。反壓回填處理后變形明顯減少。

4.2 整治方案比選

結(jié)合線路右側(cè)滑坡形態(tài)及該段隧道工程現(xiàn)況，滑坡下滑推力較大，滑坡中下部受荷段過長(zhǎng)，滑坡中部錨固段大多處于全風(fēng)化層地層中，設(shè)置單排抗滑樁提供抗力有限，設(shè)置多排樁則需超大截面、超長(zhǎng)樁長(zhǎng)，基于現(xiàn)場(chǎng)情況，考慮采用三種方案進(jìn)行方案比選：

（1）多排樁+局部減載方案。針對(duì)滑坡下滑力較大，滑體整體埋深較大，滑坡中部滑體埋深過大等滑坡形態(tài)特征，并考慮降低施工擾動(dòng)影響，臨近隧道高山側(cè)設(shè)置抗滑樁，坡頂方向設(shè)置門式抗滑樁，滑坡中部設(shè)置椅式抗滑樁。該方案共設(shè)置88 根抗滑樁，樁截面4m×3.5m，最大樁長(zhǎng)達(dá)45m。

（2）鋼架樁+抗滑樁+小減載方案。該段滑坡滑體中部滑面埋深過大、地質(zhì)條件差等條件，對(duì)滑坡坡面采取逐級(jí)減載，以便沿滑體中部設(shè)置鋼架樁，坡腳設(shè)置單排抗滑樁，對(duì)坡腳進(jìn)行反壓回填。該方案共設(shè)置53根抗滑樁，樁截面4m×3.5m。

（3）單排抗滑樁+大減載+反壓方案。針對(duì)該段滑坡滑面埋深、風(fēng)化層深厚、滑坡裂縫已發(fā)展至山脊線附近等特點(diǎn)，該方案施工組織較為簡(jiǎn)單，同時(shí)結(jié)合坡腳既有棄渣場(chǎng)規(guī)劃進(jìn)行反壓回填，該方案共設(shè)置24 根抗滑樁，樁截面3m×2.75m。

排樁+局部減載方案特點(diǎn):超長(zhǎng)抗滑樁施工過程中存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，并且施工工期長(zhǎng)、施工擾動(dòng)大、工程費(fèi)用過高（工程費(fèi)用估算5490萬元），但征地面積小，土石方數(shù)量低，生態(tài)環(huán)境影響小。鋼架樁+抗滑樁+小減載方案特點(diǎn)：抗滑樁施工同樣存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，施工擾動(dòng)大，工程費(fèi)用相應(yīng)降低（工程費(fèi)用估算3028 萬元）。單排抗滑樁+大減載+反壓方案特點(diǎn)：工程費(fèi)用相對(duì)較低，征地、減載土方數(shù)量較大，但總體工程費(fèi)用低（工程費(fèi)用估算1044萬元），施工風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小，施工工期也相對(duì)縮短。

通過綜合分析比選，確定選用單排抗滑樁+大減載+反壓方案。

4.3 滑坡整治施工

結(jié)合線路右側(cè)滑坡形態(tài)及該段隧道工程現(xiàn)況，滑坡下滑推力較大，滑坡中下部受荷段過長(zhǎng)，滑坡中部錨固段大多處于全風(fēng)化層地層中的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用單排樁+大減載+反壓進(jìn)行處理。

滑坡減載：對(duì)既有溜坍及滑坡范圍坡面進(jìn)行減載加固處理，減載過程應(yīng)自上而下順坡開挖，避免雨季施工；減載土方于坡腳反壓回填或分層堆載于附近棄渣場(chǎng)；減載坡面坡率為1∶1.5，平臺(tái)寬度5m，每級(jí)邊坡高8m，減載坡面及平臺(tái)采用種草灌+植喬木防護(hù)，分段開挖分段防護(hù)。增設(shè)抗滑樁：在DK19+282～+475 段隧道右側(cè)設(shè)置27根抗滑樁，樁樁間距（垂直主軸方向中—中）為6.0m，樁身均采用C35鋼筋混凝土現(xiàn)澆。樁身截面尺寸為2.75m（寬—垂直主軸方向）×3.0m（厚—平行主軸方向）；1#～17#樁樁長(zhǎng)27m；18#～27#樁樁長(zhǎng)24m。減載后的坡面防護(hù)：坡面清載后采用種草灌+植喬木防護(hù)。排水施工：減載邊坡平臺(tái)設(shè)C25 混凝土梯形截水溝；于樁頂或回填面以上邊坡平臺(tái)不小于1.0m 處設(shè)2～3排仰斜排水孔，排水孔長(zhǎng)20m，上傾10°，縱向間距15m；在滑坡周邊設(shè)C25 混凝土現(xiàn)澆環(huán)形截水溝，環(huán)形截水溝呈梯形；溝谷采用隧道石質(zhì)棄渣和滑坡減載土方反壓回填，遠(yuǎn)離滑坡體側(cè)設(shè)置排水溝。滑坡監(jiān)測(cè)：在抗滑樁與隧道（明洞）間、邊坡頂部平臺(tái)鉆孔埋設(shè)測(cè)斜管，管底部設(shè)置于穩(wěn)定地層內(nèi)，要求坡面加固防護(hù)工程及明洞、隧道工程施工過程及工程竣工一年內(nèi)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)；沿坡面設(shè)置位移監(jiān)測(cè)樁，設(shè)置于邊坡坡腳、塹頂及抗滑樁樁后位置。

4.4 滑坡段襯砌結(jié)構(gòu)處理

為滿足滑坡整治低山側(cè)反壓回填需要，對(duì)明洞襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)處理，明確縱向開裂地段進(jìn)行拆換處理。

明洞處理：配合滑坡治理，明洞頂反壓回填土厚度達(dá)8～10m，需對(duì)DK19+410～+460 段明洞結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，明洞采用1m 厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，明洞兩側(cè)拱腰以下采用M10漿砌片石進(jìn)行回填。襯砌開裂變形地段處理：襯砌裂縫較寬，裂縫已貫通，變形較大，襯砌整體結(jié)構(gòu)已破壞，考慮后期運(yùn)營(yíng)安全，進(jìn)行拆換處理，拆換前先采用5m 長(zhǎng)直徑50mm 鋼花管對(duì)隧道拱墻圍巖進(jìn)行注漿加固處理，鋼花管孔底環(huán)向間距1.5m，縱向間距2m；對(duì)拆換段初期支護(hù)及二次襯砌進(jìn)行加強(qiáng)，初期支護(hù)厚度調(diào)整至30cm，二襯襯砌厚度調(diào)整至60cm。未施作二次襯砌地段處理：僅施工了初期支護(hù)地段，受滑坡影響變形嚴(yán)重，進(jìn)行拆換處理，拆換前先采用5m長(zhǎng)?50mm 鋼花管對(duì)隧道拱墻圍巖進(jìn)行注漿加固處理，鋼花管孔底環(huán)向間距1.5m，縱向間距2m；注漿漿液采用1∶1 水泥漿液，注漿壓力按0.3～0.5MPa。先對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行拆換，拆換段初期支護(hù)及二次襯砌進(jìn)行加強(qiáng)，初期支護(hù)厚度調(diào)整至30cm，二襯襯砌厚度調(diào)整至60cm。

5 結(jié)語

該隧道淺埋段發(fā)生滑坡后，通過現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)充勘探、監(jiān)控量測(cè)、滑坡原因分析、滑坡推力檢算，經(jīng)方案比選后采用的反壓回填、大減載、增設(shè)抗滑樁方案，滑坡整治后效果好，整治代價(jià)小。淺埋偏壓段在低山側(cè)拉槽施工卸載、明洞坡腳開挖后長(zhǎng)期不施作明洞、設(shè)計(jì)局部抗滑樁和地表注漿措施施作不到位，在地表強(qiáng)降雨惡化工程地質(zhì)條件后容易引發(fā)滑坡。