紫金山隧道進口滑坡及山體開裂處治技術探討

程耀烜

（山西省交通科學研究院，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，砂巖為強風化粗粒結構，層理構造；泥巖為強風化泥質結構，層理構造。圍巖節理裂隙發育，有點狀滲水可能，巖體破碎，層間結合差，無自穩能力，Jv=20、Kv=0.35、Rc=9、[BQ]=164.5，均判定為Ⅵ級圍巖。

ZK44+337—ZK44+382段右側山體在路基施工過程中發生滑坡，致使左線右側邊坡局部垮塌，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）發現不同程度的環向裂縫，一共產生13條裂縫，長度為2～87 m，裂縫最寬達30 cm，如圖1所示。

根據地質鉆孔揭露情況：整個滑坡體的巖層主要由三疊系中統銅川組灰白色鈣質膠結中-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；滑坡后緣滑面發育在紫紅色泥巖上，擦痕發育，產狀為350°∠25°；滑坡體西側完整巖體產狀為0°∠15°；滑坡體東側完整巖體產狀為 5°∠25°，節理密度為90°/3條/m、5°/3條/m；滑坡體西部邊界以走向15°方向的貫通節理破碎帶分界，節理破碎帶以西巖層相對完整，兩組節理發育，節理密度為90°/3條/m、15°/3條/m；在滑坡體上節理密度為90°/13條/m、15°/10條/m；可見滑坡體上巖體均發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位移樁的方法進行監控量測后發現，當二次滑坡發生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。根據監控量測結果及地質勘察結果（如圖2所示）分析該滑坡及山體開裂的誘因如下。

2.1 進口滑坡產生的誘因

a）誘發滑坡的內因主要是巖體破碎、節理發育，以及順坡、順層的地貌特征和賦存軟弱夾層（泥巖）的地層結構，泥巖遇水軟化形成滑移面。

b）誘發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，滑坡后緣與東側沖溝交界處地層為泥巖，坡度較緩，季節性持續降水順泥巖入滲，導致泥巖軟化，抗剪強度大幅降低；同時，11月的暴雪增加了山體瞬時荷載，最終導致滑坡發生。

2.2 山體開裂的原因

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

圖2 滑坡地質橫斷面圖（單位：m）

3 處治方案

對于滑坡處治，首先應該從防止地表水繼續下滲、誘發滑坡繼續發展入手，故處治方案應先考慮對裂縫進行封閉并做好相應的截、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、預應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段路基右側挖方邊坡存在局部塌落現象，坡面存在紫紅色泥巖軟弱層，通過穩定性分析計算，該段邊坡穩定性系數未達到《公路路基設計規范》（JTG D30—2004）表 3.7.4中要求[1]。為保證坡體穩定，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（樁中心距離路基設計線1.6 m）設置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水泥混凝土現澆，起到封閉和穩固坡腳的作用。通過設置以上抗滑措施，該邊坡穩定安全系數達到1.25，滿足規范要求。

b）ZK44+344.456—ZK44+384.281段明洞位于滑坡區，雖然滑體已經卸載處理，當卸載面以下仍然存在砂泥巖互層，地質條件較差，為了確保明洞順利施工和安全運營，在路基設計線右側7 m處設置截面為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段在路基設計線右側14 m處設置截面為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）滑坡區內右洞尚未施工，為了減小因右洞施工對右側巖體擾動，確保右洞安全施工，在右洞右側，距離路基設計線21 m處（距離隧道標高設計線20 m）設置截面為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，并于仰拱位置打設注漿導管（如圖4所示），同時做好臨時邊仰坡的防護，并加大監測力度，隨時觀察可能存在的變化，并作出應急措施；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，明洞混凝土達到設計強度的80%以上時，及時開始在明洞兩側及洞頂回填石渣土[5]，增加對明洞右側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→臨時排水系統設置→ZK44+280—ZK44+340段路基右側坡腳抗滑樁施工及邊坡噴錨支護→明洞右側及右洞右側抗滑樁施工→左線明洞延長段施工→左線明洞回填施工→右線套拱開挖→右線兩側打設鋼管并注漿（先打右側高邊坡處鋼管）→鋪設防水板→套拱鋼拱架架立→架設套拱鋼筋→澆筑套拱混凝土→套拱兩側及拱頂漿砌片石砌筑→拱上石渣土回填→完善排水系統。

3.2 方案二 左線路基抗滑樁、預應力錨索、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段右側采用抗滑樁+預應力錨索+擋土墻方案。具體如下：

a）ZK44+341.5—ZK44+366.5 段，右側坡腳處布置抗滑樁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，嵌入穩定巖層深度至少7 m，樁頂處設置1 000 kN預應力錨索。樁身開挖時應跳槽開挖（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段右側設置預應力錨索，平面間距為4 m，進行滑體加固，增加右側山體穩定性。

c）ZK44+365—ZK44+400段右側坡頂外邊緣以外5 m處設置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→排水系統設置→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→預應力錨索施工→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。

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，方案一優于方案二。

b）方案一在延長明洞的基礎上在明洞仰拱處打設鋼管錨固，輔以明洞右側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、預應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。