蘭州市北環路安寧隧道滑坡成因淺析

裴國鈞

（蘭州市城市建設設計院，甘肅蘭州 730030）

1 研究背景

蘭州市北環路安寧隧道滑坡位于蘭州市安寧區徐家灣洄水灣溝北部山坡上。北環路工程建設是蘭州市政府確定的重點工程建設項目。安寧隧道為雙向隧道，單側隧道為3車道，隧道寬16.5 m，高9 m，兩個隧道相距50 m，隧道進口均為滑坡西側的大關山溝。由于隧道臨近金城關斷裂處，受此斷裂影響，巖體破碎，次級構造發育，開挖時左、右隧道均發生大范圍坍塌。其中，左線（北側）隧道在ZK0+270處發生坍塌（距隧道進口118 m），坍塌石方量達1 000 m3，右線（南側）隧道在YK0+418處發生坍塌（距隧道進口246 m），坍塌石方量達200 m3。引發山體變形的工程活動主要為南側隧道，大跨度隧道的開挖改變了周圍原有巖體的應力分布條件，加之開挖時爆破作業的影響，使表層本已破碎的巖土體開裂下錯，形成滑坡，目前還未形成統一的滑面，坡體未出現整體下滑。

2 地質災害概況及危害情況調查

安寧隧道滑坡位于安寧隧道進口東100 m的斜坡之上，地理坐標：東經 103°46′09″，北緯36°05′27″。斜坡上緩下陡，上部坡度 30°～45°,中下部坡度達45°～60°。坡體發育3條小型沖溝。滑坡位于坡體中上部，屬坡積土～基巖滑坡。滑坡體縱向長136 m,橫向寬30～134 m，主滑方向181°左右，滑體上部由粉土和碎石土組成，下部為破碎的前寒武系皋蘭群（PtG1）片巖、石英片巖、黑云母片麻巖，片理產狀275°∠65°,片理、節理極為發育，將巖體切割為碎塊狀，據調查，滑坡體表面發育7條規模不等的裂縫，裂縫呈弧型展布于滑坡體之上，未見地下水出露。

滑坡處于蠕動變形階段，在強降雨、地震或人類工程活動的作用下，極易發生滑坡災害，嚴重威脅溝底居民及企業的生命和財產安全，也導致隧道無法施工。

3 自然條件、地質、環境分析

3.1 自然條件

安寧隧道滑坡位于蘭州市安寧區徐家灣洄水灣溝北部山坡，洄水灣溝道出口與洄水灣路相接，且有盤山簡易道路可至滑坡頂部，交通較為便利。屬侵蝕～構造低中山地貌，山坡坡腳高程1 550 m，坡頂高程1 721 m，高差171 m，坡向近南北向（北高南底），坡面地形起伏較大。由于勘查區位于近南北方向延伸的山梁的前緣地段，因此整體上看，中部隆起、兩側較低，但是由于山勢陡峭，加之受構造影響（金城關斷裂東西向通過坡腳前緣），節理裂隙非常發育，風化強烈，巖體呈碎塊狀，坡面小型崩塌和滑坍發育，在長期降水的作用下，形成多條小型沖溝。坡體西南角坡腳地帶人工開挖（道路及建房擴展土地）形成高5～8 m，長約45 m的邊坡，坡度大于65°。坡面上部和下部植被覆蓋率超過60%（人工林，以松樹為主），中部植被不發育，水土流失嚴重。坡頂經過整平，開發為休閑場所，坡腳為洄水灣溝，溝口地帶為居民住房和企業用地，溝道寬 3～5m，主溝道坡度 20°～25°。

3.2 氣象水文地質條件

安寧隧道滑坡區深居內陸，遠離海洋，大陸性季風氣候明顯，氣候干燥、降水量少是其基本特征。年降水量在400 mm左右，集中在5～9月。蘭州市區多年平均降水量為311.7 mm，年蒸發量為1 446.4 mm，相當于年降水量的4.6倍。

安寧隧道滑坡區地下水類型主要為基巖裂隙水，主要分布于巖體風化裂隙、構造裂隙和斷裂破碎帶中。由于裂隙發育的程度、規模不一，因而地下水的分布埋藏變化懸殊。斷裂破碎帶連通性好，富水性強，而其余地段巖層導水性、富水性均較差。單泉流量一般小于0.1 L/s，地下水徑流模數小于 1.0 L/s·km2，富水性貧乏，水質較差。

3.3 人類工程環境活動

隨著經濟的迅速發展和人口的不斷增加，附近村民建房及道路拓展中的坡角開挖導致邊坡失穩，發生小型滑塌、崩塌；坡面綠化采用漫灌，致使地表水入滲，改變坡體水文地質條件，降低了土體的強度，同時黃土（黃土狀粉土）區在地表水局部匯集和長期沖蝕的條件下易形成落水洞和沖溝，影響坡體的穩定。但是現狀條件下引發該滑坡的主要因素是隧道建設。

根據現場調查，滑坡區內人類工程活動較為頻繁，主要表現在4個方面：一是坡腳修建便道，二是居民開挖坡腳開辟住宅用地，三是坡面綠化及灌溉活動，四是隧道建設改變了山體的受力結構。

4 滑坡基本特征及穩定性分析

4.1 滑坡邊界、規模和形態特征

滑坡區屬侵蝕～構造低中山地貌，滑坡所在山坡坡腳高程1 550 m，坡頂高程1 721 m，高差171 m，坡向近南北向（北高南底），坡面地形起伏較大。由于勘查區位于近南北方向延伸的山梁的前緣地段，因此整體上看，中部隆起、兩側較低。由于山勢陡峭，加之受構造影響（金城關斷裂東西向通過坡腳前緣），節理裂隙非常發育，風化強烈，巖體呈碎塊狀，坡面小型崩塌和滑坍發育，在長期降水的作用下，形成多條小型沖溝。坡體西南角坡腳地帶人工開挖（道路及建房擴展土地）形成高5～8 m，長約45 m的邊坡，坡度大于65°。坡面上部和下部植被覆蓋率超過60%（人工林，以松樹為主），中部植被不發育，水土流失嚴重。

滑坡位于該坡體的中上部，平面形態近似簸箕形，L1裂縫確定為滑坡的上界，高程最大1 705.5 m，前緣剪出口位于山體中部，高程1 601 m，西側邊界受L6裂縫控制，東側邊界為L1和L5控制，滑坡體縱向長136 m,橫向寬30～134 m，主滑方向181°左右。該滑坡處于蠕動變形階段，目前對地形破壞程度較小，破壞主要變形特征為主要7條拉張裂縫。滑坡體上坡面起伏較大，坡面發育3條小型沖溝，沖溝深度0.5～1.5 m，近南北向發育。坡體上部坡度 30°～45°, 中下部坡度達 45°～60°，植被覆蓋率較低。總面積約10 200 m2，滑體總體積約 40 萬 m3。

4.2 滑坡的變形特征分析

安寧隧道滑坡位于洄水灣溝北部山坡中上部，由于未發生滑動破壞，因此原始地貌特征未發生大的改變，該滑坡主要的變形特征為裂縫，較大規模的有7條。L1～L6密集分布于滑體上部，為拉張裂縫，長度39～60 m不等，裂縫寬度3～45 cm不等，多呈近弧形，弧頂指向方向10°左右；L7裂縫位于滑坡體下部，其性質為擠壓裂縫，近直線型延展，方向80°左右。

該滑坡為隧道施工開挖引發。2011年9月，施工單位（西部中大建設集團有限公司）和監理單位（甘肅鐵科建設工程咨詢有限公司）發現隧道施工塌方嚴重，坡體變形破壞（裂縫），隨即暫停施工。2011年12月2日～2011年12月21日，西部中大建設集團有限公司對坡體進行了變形監測。根據監測資料，3個偏位監測點42～52 mm左右，兩個洞頂山體下沉監測點分別為34.99 mm和24.33 mm，證明該滑坡處于蠕動變形階段。

裂縫垂向發育特征：滑坡區山勢陡峭，巖體呈碎塊狀，給勘查工作造成極大困難，先期布設的探井由于塌方嚴重，基本都沒有達到預期目的。為了盡可能查明裂縫特征，我們在L1～L6裂縫處分別對垂直裂縫實施了槽探，6條探槽不但查明了覆蓋層厚度，也對6條拉張裂縫的發育特征有了更進一步的認識，基本查明了裂縫垂直深度和裂隙面的特征。L7裂縫由于地形限制，無施工條件，L1裂縫由于垮塌，未能揭穿裂縫，其他裂縫均已揭穿。總體看，裂縫垂向延伸均較淺，一般不大于3 m，裂隙面坡度一般為90°左右。

4.3 滑體厚度

根據現場調查、井探等勘查手段，基本確定該滑坡未形成連續的滑動面，其變形主要體現為分布于滑坡中上部的裂縫，滑坡厚度采用計算最危險滑動面獲得，上部和下部較薄，中部較厚，最危險滑動面呈弧形，滑體中部最大厚度約22 m。但是，由于本次勘查未使用鉆探手段，未查明深部變形特征。本勘查報告建議將第一條裂隙面與已開挖隧道頂部位置連線面推測為最危險滑動面，由此確定其滑體厚度最大（滑坡中下部）約30 m左右。

4.4 滑坡體積及其特征

根據平面測繪和滑體厚度的推算，分段分塊對滑坡體積進行初步計算。

安寧隧道滑坡為中型坡積土～基巖滑坡，平面形態近似簸箕形。該滑坡處于蠕滑變形階段，滑坡邊界依靠裂縫特征確定。 L1裂縫確定為滑坡的上界，前緣剪出口位于山體中部，西側邊界受L6裂縫控制，東側邊界為L1和L5控制。滑坡體縱向長136 m,橫向寬30～134 m，使用推測最危險滑動面，滑體最大厚度約30 m，總面積約10 200 m2，斷面面積平均3 400 m2，滑體總體積約40萬m3。

該滑坡滑動面為計算最危險滑動面，滑床物質成分為前寒武系皋蘭群黑云母片麻巖等，片理（片麻理）發育，風化強烈，節理裂隙發育，巖體呈碎塊狀，巖層產狀275°∠65°。滑面呈弧線形。該滑坡處于蠕滑階段，未形成明顯的滑壁。L7裂縫為滑坡剪出口位置，該地段坡度大于45°。L7裂縫為擠壓裂縫，裂縫上部土體向臨空面剪出約1～2 cm，地貌特征無明顯變化，未見羽狀裂縫或凸起等變形特征。

4.5 滑坡穩定性分析

4.5.1滑坡穩定性計算模型

采用“理正巖土計算軟件5.5版”復雜土層土坡穩定計算進行滑坡穩定分析計算。根據勘察結果，該滑坡的滑面并非是標準的圓弧形，而是近似弧形，應適用折線滑動面法，按下式計算。傳遞系數法（折線型滑動面）計算模型見圖1，條塊受力分析見圖2。

圖1傳遞系數法（折線型滑動面）計算模型

圖2 條塊受力分析圖

式中：ψj——第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數（j=i）,ψj=cos（αi-αi+1）-sin（αi-αi+1）tgφi+1；

Wi——第i條塊的重量,kN/m；

Ci——第i條塊內聚力,kPa；

Φi——第i條塊內摩擦角,°；

Li——第i條塊滑帶長度,m；

αi——第i條塊滑帶傾角,°；

βi——第i條塊地下水線與滑帶的夾角,°；

A——地震加速度（重力加速度g）；

F——穩定系數;

N——滑塊分割總數。

4.5.2滑坡土體計算參數及計算工況

經模型分析，滑坡受力土體參數見表1。

表1 滑坡受力土體參數

計算工況選取：工況1——現狀條件；工況2——現狀條件+暴雨；工況3——現狀條件+地震。

（1）現狀條件的地表荷載

滑坡區主要荷載有公路荷載，驗算荷載等級按掛-120級考慮，雙列車隊，荷載強度按49.813 kN/m考慮，分布寬度7.3 m。

（2）暴雨水荷載考慮

通過野外調查及勘探工作揭露，滑坡區地下水在第四系松散層內分布較少，地下水穩定水位埋深較大，本次計算不考慮地下水的影響。考慮到降雨大量下滲，計算時降雨工況偏安全考慮取滑坡土體參數為飽和重度。

（3）地震荷載

按照《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2001），滑坡區地震基本烈度為8度，設計基本地震動峰值加速度為0.2 g。考慮地震力對滑坡的影響，應計入地震力P，作用于各滑塊重心處，水平指向下滑方向。

式中：P——作用于滑坡體重心的地震水平慣性力，kN/m；

C1——地震力計算的綜合影響系數，一般取0.25；

C2——地震力計算的重要性修正系數，取1；

Kh——水平地震力系數，對7、8、9度地震分別為 0.1、0.2及 0.4；

Gs——滑坡體重力，kN/m。

4.5.3滑坡穩定性計算結果

該滑坡根據成因及現狀劃分為4個計算斷面進行計算，圖3為1～4號4個斷面計算簡圖，計算結果見表2。

圖3 斷面計算簡圖

表2 滑坡穩定性系數計算結果

5 結語

依據《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2002）表3.2.1及表5.3.1，安寧隧道滑坡工程安全等級為一級，滑坡穩定安全系數取1.35。計算結果表明：安寧隧道滑坡各斷面穩定性結算結果均小于安全系數，滑坡處于不穩定狀態。為了保障人民群眾的生命財產安全，須選用經濟合理、行之有效的治理方案和措施進行滑坡治理，有效遏制滑坡變形破壞的進一步發展，防止新的滑坡的形成。

[1]GB 50330-2002，建筑邊坡技術規范[S].

[2]DZ/T0218-2006,滑坡防治工程勘查規范[S].

[2]尚守平，周福霖.結構抗震設計[M].北京：高等教育出版社,2003.