某滑坡與隧道斜交時(shí)的治理研究

馮衛(wèi)星

摘要 文章以重慶某高速施工圖設(shè)計(jì)某工點(diǎn)為例，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析驗(yàn)算，通過選取3組斷面分析驗(yàn)證了滑坡的主滑方向和穩(wěn)定性情況。目前，滑坡治理主要有兩個(gè)方向，滑坡抗滑樁處治和隧道加固處治。該項(xiàng)目主要采用了抗滑樁處治的措施，通過分析滑坡和隧道在斜交情況下的相互作用機(jī)理和隧道的破壞誘因等情況，合理確定了抗滑樁的布設(shè)方案和滑體的治理措施。

關(guān)鍵詞 滑坡；主滑方向；抗滑樁；隧道；斜交；作用機(jī)理

中圖分類號(hào) U451文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）12-0088-03

0 引言

滑坡支擋加固工程布置，若沒有特殊情況，一般要求嚴(yán)格貫徹工程的受力方向與滑坡主滑方向平行的理念，以有效發(fā)揮支擋加固工程的最大功效，或防止工程出現(xiàn)抗扭能力而導(dǎo)致工程失敗。因此，抗滑樁處治滑坡病害時(shí)，一般情況下應(yīng)嚴(yán)格貫徹抗滑樁的長(zhǎng)邊與滑坡主滑方向平行，以有效發(fā)揮抗滑樁的抗彎特性和防止樁體抗扭不足等出現(xiàn)的病害。

1 工程概況

重慶市某項(xiàng)目路線以隧道的形式通過滑坡前緣，滑坡體失穩(wěn)后會(huì)威脅前緣隧道出口以及隧道前大橋的施工及運(yùn)營安全。該滑坡體主要成分為崩坡積碎石土，厚度約3.6～24 m，平面呈長(zhǎng)條形，左側(cè)以基巖出露為界，右側(cè)以沖溝地形為界；崩坡積體前緣位于坡角土層的較薄地帶，后緣邊界位于基巖出露處，縱向長(zhǎng)約630 m、橫向?qū)捈s220 m、平均厚度約10 m；面積約13.86×104 m2，體積約138.6×104 m3，前緣高程約487.1 m、后緣高程約626.0 m，相對(duì)高差約138.9 m，潛在主滑方向?yàn)?01 °。

2 巖土體物理學(xué)性質(zhì)及巖土參數(shù)

結(jié)合室內(nèi)巖土試驗(yàn)力學(xué)性質(zhì)結(jié)果及周邊的鄰近項(xiàng)目工點(diǎn)試驗(yàn)成果，并結(jié)合該項(xiàng)目鄰近已完工運(yùn)營項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，綜合得出該工點(diǎn)基巖土層物理力學(xué)指標(biāo)及設(shè)計(jì)參數(shù)見表1和表2所示。

3 滑坡傳遞系數(shù)法穩(wěn)定性計(jì)算

該滑坡體現(xiàn)狀穩(wěn)定，未見明顯開裂變形跡象，但在極端天氣、施工振動(dòng)等因素影響下易失穩(wěn)發(fā)生滑塌，對(duì)隧道出口、大橋施工、運(yùn)營產(chǎn)生嚴(yán)重安全隱患。項(xiàng)目選取該工點(diǎn)三處典型斷面進(jìn)行分析計(jì)算，崩坡積體潛在滑面位于巖土界面處，近似呈折線形。采用基于極限平衡理論的傳遞系數(shù)法對(duì)該斜坡體的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，對(duì)3組斷面分別進(jìn)行穩(wěn)定系數(shù)、安全系數(shù)、剩余下滑力的模型計(jì)算，計(jì)算公式如下：

Ti=KsWisinαi?Wicosαitanφi?ciLi+ΨiTi?1 （1）

Ψi=cos（αi?1?αi）?sin（αi?1?αi）tanφi （2）

式中，Ti、Ti?1——第i和第i?1滑塊的剩余下滑力，其作用力方向與相應(yīng)滑塊底邊平行。

荷載組合與計(jì)算工況：

（1）荷載組合：

坡體自重：天然狀態(tài)下按天然重度計(jì)算，飽和狀態(tài)下按飽和重度計(jì)算。

地面荷載：一般變形區(qū)域大多為原始斜坡，不作考慮。

（2）計(jì)算工況：

非正常工況Ⅰ：處于極端暴雨?duì)顟B(tài)下的工況。

按照最不利情況綜合確定可能的剪出口位置，未考慮局部小型溜滑。穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖暫只示意BP06-1—BP06-1′剖面，見圖1所示。

該次勘察選擇BP06-1—BP06-1′、BP06-2—BP06-2′、BP06-3—BP06-3′剖面，對(duì)其現(xiàn)狀的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算可能存在的滑動(dòng)面，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表3所示。

崩坡積體在非正常工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.086～1.106，處于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)。

4 滑坡體和隧道的相互作用機(jī)理

（1）作用角度。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和參考國內(nèi)外類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)來看，隧道和滑坡體的交角和相對(duì)位置關(guān)系對(duì)滑坡的穩(wěn)定性以及隧道本身的作用力都會(huì)有不同的影響結(jié)果：①隧道的軸線方向與滑坡體的滑動(dòng)方向，如果垂直或者交角較大時(shí)易產(chǎn)生滑坡，并對(duì)隧道的側(cè)壁產(chǎn)生的作用力較大，從而影響隧道開挖時(shí)危巖的破壞。②隧道的軸線方向與滑坡體的滑動(dòng)方向，如果小角度相交時(shí)，在隧道在施工時(shí)，隧道洞口易產(chǎn)生崩塌或者局部坍塌的情況，但是多數(shù)項(xiàng)目不會(huì)產(chǎn)生較大的滑坡。此外，結(jié)合隧道洞口的防排水工程，可有效減小滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）作用位置。①如果隧道位于滑坡體的下部位置，在隧道洞口開挖時(shí)，滑坡體的作用力向下，會(huì)使隧道上方土體產(chǎn)生楔形滑動(dòng)，進(jìn)一步增大滑坡體的傾角，從而使滑坡體的滑動(dòng)變形進(jìn)一步加大。②隧道如位于滑坡體的中間位置或位于滑坡體中，隧道在滑坡體蠕變過程中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重位移、構(gòu)造物變形甚至破壞，影響隧道的結(jié)構(gòu)安全。

5 隧道破壞的誘因

（1）隧道開挖應(yīng)力釋放導(dǎo)致的蠕變引起滑體變形。滑體本身具有不穩(wěn)定性，其中部分下滑力由于應(yīng)力的釋放，目前得到有效的趨穩(wěn)。在隧道施工開挖后，隨著應(yīng)力的釋放，導(dǎo)致滑體內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，坡體的蠕變和滑動(dòng)進(jìn)一步加劇，進(jìn)而增加砌襯的作用力，使隧道處于應(yīng)力增加的狀態(tài)。因此，不斷的擾動(dòng)等外界的干擾作用下，由于多年的積攢可能會(huì)使隧道在施工或者運(yùn)營階段，產(chǎn)生變形或者開裂等現(xiàn)象。

（2）地應(yīng)力引起的隧道變形。山體的地壓偏低或者松弛，圍巖在自然狀態(tài)下自身發(fā)生松弛，不能承擔(dān)自身重力。作用于襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載，主要作用于拱頂或者側(cè)壁，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)引起拱頂?shù)膹埨芽p，在滑體的作用下，進(jìn)一步加劇開裂，從而引起拱頂?shù)钠茐摹?/p>

（3）隧道偏壓引起的開裂。隧道偏壓是由于隧道結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力不對(duì)稱的狀態(tài)而引起的，這就表明作用于隧道左右的巖土壓力不同，一側(cè)受力為主動(dòng)土壓力，在力的作用下另一側(cè)上抬形成被動(dòng)土壓力。這說明隨著圍壓壓力分布不均勻程度以及偏壓程度加大[1]，隧道在偏壓的作用下，將在隧道的兩端或者拱和墻的接縫處產(chǎn)生開裂和錯(cuò)臺(tái)。

（4）特殊巖土引起的隧道變形。如隧道處于瓦斯、地應(yīng)力較大或者存在有弱膨脹土的地層中，對(duì)于隧道的結(jié)構(gòu)有嚴(yán)重影響，弱膨脹土尤其關(guān)鍵，膨脹性土壓的普遍特征為土壓和圍巖位移伴隨著時(shí)間增加[2]，位移也會(huì)不斷地增加，表現(xiàn)為土壓力的增大。膨脹性土壓力引起隧道的變形主要為：當(dāng)隧道襯砌存在剪應(yīng)力時(shí)，隧道的左右兩側(cè)受膨脹性土壓力的作用和擠壓，均會(huì)產(chǎn)生大量的橫向裂縫，由此，拱頂將會(huì)抬起，從而對(duì)隧道產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞。

6 隧道位于滑坡中間位置的治理方案分析

（1）反壓卸荷。反壓卸荷是正常治理高陡邊坡的常規(guī)措施，也是較為有效的常規(guī)手段之一，也常作為滑坡應(yīng)急措施，可以作為永久處理滑坡的措施。反壓卸荷通常是指對(duì)滑坡的后緣進(jìn)行清方卸荷，減小上部的荷載，使滑坡體穩(wěn)定下來；并將清方的土石方堆載至前緣，形成反壓，從而增大前緣的抗滑力，以有效降低減小滑梯的下滑力，使滑體保持自穩(wěn)。該方法大多適用于前緣較陡、后緣地勢(shì)平緩的地形，有部分局限性。

（2）埋入式抗滑樁。埋入式抗滑樁嵌固段可以嵌直滑床底部的穩(wěn)定巖層，有效地支撐滑體的下滑力，在處理滑坡中是一種常規(guī)的有效方案。抗滑樁的設(shè)置可以有效地形成局部的穩(wěn)定區(qū)域，避免對(duì)隧道的側(cè)壁形成擠壓和受力的破壞。正常抗滑樁樁間距可以做到樁徑的3～5倍，一般受力可以達(dá)到成千以上的滑坡推力，一般應(yīng)用于滑坡和高大邊坡設(shè)計(jì)的防治工程中。

（3）隧道的預(yù)加固措施和開挖方式。在新建項(xiàng)目中，路線選線盡可能避免隧道處于滑坡體中的這種情況。如果無法避免或局部無法避免，可以采取設(shè)置抗滑樁和增強(qiáng)砌襯強(qiáng)度的方法，一方面可以減小作用于隧道的下滑力，另一方面可以增強(qiáng)隧道的自穩(wěn)能力。在已建項(xiàng)目中，若隧道本身已發(fā)生變形，增強(qiáng)砌襯強(qiáng)度僅僅只是作為一個(gè)加固手段；滑體本身如果還存在下滑的可能，那么增加砌襯強(qiáng)度僅僅只是作為一個(gè)輔助手段。

隧道位于滑坡體中的情況，應(yīng)先進(jìn)行抗滑樁或其他的加固措施施工，再進(jìn)行隧道的開挖。位于滑體范圍內(nèi)，可以采取控制爆破或者機(jī)械開挖的方式進(jìn)行隧道施工，以有效降低常規(guī)爆破引起的滑體蠕變和位移，降低對(duì)隧道的應(yīng)力作用。

7 隧道抗滑樁的布設(shè)原則

對(duì)于該工點(diǎn)隧道工程而言，無論隧道以何種形式通過滑坡，一般均應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)滑坡的特征布置確定抗滑樁工程的方位角，而不是依據(jù)隧道走向布置。以不變應(yīng)萬變，即以不變的滑坡主滑方向?yàn)橹骶€，應(yīng)對(duì)萬變的隧道工程布置。

此外，隧道雖然設(shè)置了不同形式的初砌支擋結(jié)構(gòu)，但考慮隧道的薄殼狀構(gòu)造和結(jié)構(gòu)對(duì)受力的敏感性，應(yīng)確保抗滑樁的布置與隧道結(jié)構(gòu)物之間存在一定的安全距離，防止抗滑樁在滑坡作用下發(fā)生變形，進(jìn)而推擠前部隧道結(jié)構(gòu)而造成隧道出現(xiàn)病害。并且要求無論抗滑樁布置于滑坡的哪個(gè)部位，即無論是滑坡的主滑段、牽引段，還是抗滑段，穩(wěn)定性計(jì)算均不能考慮抗滑樁與隧道之間的樁前滑面以上的巖土體抗力。

由此分析，該工點(diǎn)主滑斷面BP06-1—BP06-1′剖面的滑坡推力最大，并且以滑動(dòng)方向?yàn)榉纸纾饾u向兩側(cè)減小。并且，隧道砌襯所受到的滑坡推力在剖面和隧道軸線交點(diǎn)處至隧道口方向的推力逐漸減弱。結(jié)合該項(xiàng)目穩(wěn)定性計(jì)算和地形情況來看，在遠(yuǎn)離隧道口一段距離的位置處，將抗滑樁設(shè)置于滑坡的阻滑段較為合理。

8 抗滑樁設(shè)計(jì)及設(shè)置情況

通過計(jì)算分析，目前BP06-1—BP06-1′剩余下滑力為960 kN/m，目前現(xiàn)狀整體屬于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)，在極端暴雨、施工擾動(dòng)等不利工況下可能會(huì)誘發(fā)失穩(wěn)滑移。擬在崩坡積體前緣的抗滑段位置設(shè)置抗滑樁，樁身尺寸為1.75 m×2.5 m、樁間距為5 m、樁長(zhǎng)26 m；沿山腰垂直于滑動(dòng)方向進(jìn)行布設(shè)，位于左右洞中間位置設(shè)置1#～5#樁，垂直于滑動(dòng)方向設(shè)置6#～18#樁，距隧道洞門安全距離為20 m；與隧道軸線方向交角為56 °。

設(shè)計(jì)的抗滑樁嵌固段位于中風(fēng)化灰?guī)r層中，嵌固段長(zhǎng)度為12 m、懸臂段為24 m，可抵抗下滑力約1 100 kN/m，治理后滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

在BP06-1—BP06-1′、BP06-2—BP06-2′、BP06-3—BP06-3′斷面沿滑動(dòng)方向，分別設(shè)置6處深孔位移檢測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)施工期的位移檢測(cè)。

9 施工防治和安全措施

該滑坡地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，結(jié)合勘察揭露的地層信息及坡體結(jié)構(gòu)條件，應(yīng)在施工過程中進(jìn)行必要的動(dòng)態(tài)調(diào)整，地層分界線應(yīng)嚴(yán)格勘察。由于抗滑樁位于山腰位置，中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化分界線的高程起伏較大，施工過程采取動(dòng)態(tài)調(diào)整和信息化施工。

（1）隧道施工前，應(yīng)先進(jìn)行抗滑樁的施工；待抗滑樁施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以后，再進(jìn)行相鄰樁井的開挖；樁井開挖應(yīng)按照“隔二挖一”的開挖原則，避免卸載過大，引發(fā)滑坡下滑加劇。

（2）該工點(diǎn)隧道施工洞口上方需開挖施工便道，需要注意的是該便道的開挖也會(huì)導(dǎo)致滑坡的大范圍失穩(wěn)，必須先完成抗滑樁的施工，再進(jìn)行施工便道的開挖。進(jìn)行施工便道施工前，應(yīng)先進(jìn)行施工便道的專項(xiàng)審查，并做好施工便道開挖后的臨時(shí)錨噴和防排水措施。

（3）隧道開挖掘進(jìn)過程中，在位于抗滑樁距離較近位置，應(yīng)采取控制爆破或者機(jī)械開挖等措施，避免采取光面爆破等措施對(duì)施工完成后的抗滑樁產(chǎn)生擾動(dòng)。隧道洞口開挖前應(yīng)注意控制仰坡和抗滑樁的安全距離，在開挖時(shí)應(yīng)隨時(shí)注意滑坡的位移檢測(cè)和滑面的地下水滲出等情況。

（4）洞門開挖過程中，如發(fā)現(xiàn)危巖情況比較差，甚至存在坍塌風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)及時(shí)和設(shè)計(jì)人員聯(lián)系，避免洞門的大范圍垮塌和應(yīng)力的集中釋放使上部抗滑樁受力增強(qiáng)，導(dǎo)致抗滑樁結(jié)構(gòu)變形，如在雨季施工，還應(yīng)嚴(yán)格控制施工進(jìn)度。此外，應(yīng)密切觀察洞門的位移、拱頂沉降以及側(cè)壁的收斂情況。

10 結(jié)論

（1）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)滑坡的形態(tài)和目前的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)傳遞系數(shù)法的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果初步判定了該滑坡的滑動(dòng)方向。選取3處斷面，結(jié)合穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果分析出最不利的滑動(dòng)斷面，通過傳遞系數(shù)法計(jì)算了穩(wěn)定性系數(shù)和安全系數(shù)，并判斷該滑坡體處于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)，然后以此為基礎(chǔ)，判別該滑坡體處理的必要性和可行性。

（2）對(duì)位于隧道的滑坡受力及相互作用機(jī)理進(jìn)行了分析，找到了引起隧道破壞和變形的主要原因，選取了三種不同情況進(jìn)行了論證。結(jié)果表明，在不同的位置、不同的交叉角度引起的隧道變形及破壞方式不同，對(duì)類似工程工點(diǎn)的設(shè)計(jì)和方案選取具有指導(dǎo)意義。

（3）通過穩(wěn)定性計(jì)算和地質(zhì)調(diào)查等手段，歸納分析了滑坡對(duì)隧道破壞的幾種模式，作為該工點(diǎn)滑坡治理方案的依據(jù)，為抗滑樁的位置布設(shè)和受力分析提供支撐條件。

（4）歸納總結(jié)了滑坡引起隧道變形的4種常見情況：隧道開挖應(yīng)力釋放導(dǎo)致的蠕變引起滑體變形、地應(yīng)力引起的隧道變形、隧道偏壓引起的開裂、特殊巖土引起的隧道變形。此理論依據(jù)可為今后分析滑坡隧道中作用力的計(jì)算和研究提供思路。

（5）提出制定了滑坡處理的方案、明確了抗滑樁的布設(shè)位置，抗滑樁小尺寸斷面應(yīng)垂直于滑動(dòng)方向，大尺寸斷面平行于滑動(dòng)方向。針對(duì)該工點(diǎn)特殊地質(zhì)條件、臨時(shí)工程對(duì)滑坡的擾動(dòng)情況，提出了具體的防治方法，為今后類似工程項(xiàng)目提供借鑒意義和參考。

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