國(guó)省干線公路隧道口滑坡災(zāi)害及工程處治技術(shù)研究

張永剛

(山西昔榆高速公路有限公司，山西 晉中 030600)

1 公路隧道項(xiàng)目背景

此國(guó)省干線公路隧道工程設(shè)計(jì)的是上下分離式雙車(chē)道，隧道襯砌寬度是10.86 m，要穿過(guò)低山丘陵，而且地形起伏相對(duì)比較大。公路隧道圍巖是粉砂質(zhì)泥巖+砂巖+未膠結(jié)礫巖，同時(shí)巖石節(jié)理裂隙表現(xiàn)較為發(fā)育。此國(guó)省干線公路隧道洞口段選擇的是SA5a型支護(hù)方式，初期支護(hù)選擇的是I18型鋼(布設(shè)間距為0.75 m)+C25噴射混凝土(厚度為25 cm)+φ25 mm注漿錨桿(長(zhǎng)度為3.5 m)，二次襯砌鋼筋混凝土(厚度為45 cm)，同時(shí)預(yù)留的變形量是10 cm，超前支護(hù)選擇的是管棚(規(guī)格為φ108 mm×6 mm)。

2 公路隧道洞口滑坡災(zāi)害及處治

2.1 洞口滑坡情況

公路隧道工程的右洞洞口樁號(hào)是K50+135，其中明洞的長(zhǎng)度是5 m，暗洞的進(jìn)洞樁號(hào)是K50+140，選擇的進(jìn)洞方式是“長(zhǎng)管棚+護(hù)拱”，工程原設(shè)計(jì)采用的施工方式是臺(tái)階法。當(dāng)公路隧道工程開(kāi)挖至10 m時(shí)，隧道洞口的左側(cè)仰坡發(fā)生了失穩(wěn)問(wèn)題，且仰坡地表形成了多條裂縫。通過(guò)綜合分析與研究最后決定選擇微型樁處治方案，于右線隧道的左側(cè)滑坡位置建立微型樁(共6排)，而微型樁以是鋼管(規(guī)格是φ108 mm×6 mm)為核心，選擇梅花布設(shè)方式，各個(gè)鋼管的間距是1.0 m×1.0 m，各排之間的距離是1.0 m，保證鋼管嵌入巖石的深度≥土層厚度的1/3。鋼管的內(nèi)部設(shè)置一束鋼筋(直徑是22 mm，數(shù)量是3根)，且長(zhǎng)度和鋼管的長(zhǎng)度一致，從而提高鋼管樁自身抗剪性能，同時(shí)進(jìn)行鋼管鉆孔、注漿，其中注漿孔的直徑是15 mm，間距是30 cm，初始注漿壓力應(yīng)控制為0.5 MPa，終止壓力則控制為2.5 MPa。

邊坡選擇微型樁處治方案，然后進(jìn)行右線隧道開(kāi)挖施工，當(dāng)掌子面掘進(jìn)長(zhǎng)度未達(dá)到20 m，邊坡就出現(xiàn)了滑坡災(zāi)害，由右線隧道的左側(cè)向YK50+100方向滑動(dòng)，導(dǎo)致右線隧道護(hù)拱被擠壓成為了V形，因此只能停止施工。

2.2 滑坡災(zāi)害成因

在公路隧道洞口出現(xiàn)滑坡災(zāi)害之后，建設(shè)單位展開(kāi)了滑坡體全面勘察與調(diào)查，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)此區(qū)域具備老滑坡體特點(diǎn)，也是出現(xiàn)滑坡災(zāi)害的重要內(nèi)因。在右線隧道開(kāi)始進(jìn)洞之前，需要完成邊坡與仰坡的開(kāi)挖，而這導(dǎo)致邊坡體失去了平衡，坡腳切除影響了滑坡前緣抵抗力，同時(shí)隧道洞口作業(yè)引發(fā)的巖體移動(dòng)、降雨與爆破振動(dòng)等都會(huì)誘發(fā)滑坡災(zāi)害。

前期微型樁方案存在問(wèn)題：在選用處治方案時(shí)沒(méi)有予以高度重視，實(shí)地勘察與計(jì)算不全面，關(guān)于微型樁的優(yōu)勢(shì)與特征認(rèn)識(shí)不全，雖然微型樁具備良好的經(jīng)濟(jì)性、施工便捷性等優(yōu)勢(shì)，然而其抗彎能力相對(duì)較弱。此外，鋼管樁不具備連系頂梁，未構(gòu)成總體結(jié)構(gòu)，插入深度未滿(mǎn)足預(yù)期規(guī)定要求。

總而言之，雖然當(dāng)出現(xiàn)滑坡跡象后，及時(shí)采用了微型樁處治方案，但是實(shí)際效果并不是很理想。

2.3 鋼筋混凝土抗滑樁處治方案

滑坡災(zāi)害處治基本分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是減滑，例如削坡減載，或是滑坡后緣建立排水溝等；第二類(lèi)是抗滑加固，一般采用抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨桿以及擋土墻等。建設(shè)單位全面分析此公路隧道工程滑坡病害特點(diǎn)、邊坡情況與樁、墻以及錨等的相關(guān)處治方案，最后決定選擇剛度大、插入深度達(dá)標(biāo)的大直徑混凝土抗滑樁處治方案，并制定了下述幾項(xiàng)措施：(1)選擇YK50+240與ZK50+280山坡建立環(huán)形截水溝，以免山坡地表水流入公路隧道。選擇距離>左右側(cè)明洞仰坡5 m的位置建立截水溝，從而實(shí)現(xiàn)地表徑流的有效截排；(2)將右洞進(jìn)口的開(kāi)挖仰坡土層進(jìn)行卸載，按照由上至下的順序進(jìn)行隧道頂部、路塹段滑坡體的卸載與重新刷坡，其中土體刷坡率≥1∶2；(3)選擇YK50+80與YK50+145段建立路塹擋墻，高度為4 m。同時(shí)隧道明洞仰坡選擇“注漿鋼導(dǎo)管(φ42 mm×4 mm)+注漿(長(zhǎng)度是4.5 m，間距是1.5 m×1.5 m)”的防護(hù)模式；(4)科學(xué)優(yōu)化隧道作業(yè)流程，調(diào)整施工技術(shù)方案，選擇CRD方法，降低隧道作業(yè)對(duì)滑坡體帶來(lái)的不利影響。

與滑坡方向相垂直，建立抗滑樁(數(shù)量是7根)，樁身的尺寸與樁長(zhǎng)具體如下：1#至3#的樁長(zhǎng)是25 m，截面是2.5 m×3.5 m；4#至5#樁長(zhǎng)是22 m，截面是2 m×2.5 m；6#～7#樁長(zhǎng)是14 m，截面是1.75 m×2.0 m。此外，抗滑樁的平面位置情況詳見(jiàn)圖1。

圖1 抗滑樁平面位置

2.4 公路隧道設(shè)計(jì)變更

處治滑坡體之后，雖然主滑坡建立了抗滑樁，但是抗滑樁可能無(wú)法阻止仰坡繼續(xù)滑移，若是繼續(xù)對(duì)隧道洞口進(jìn)行開(kāi)挖施工，發(fā)生滑坡失穩(wěn)問(wèn)題就可能會(huì)造成重大事故，所以為了嚴(yán)格控制隧道開(kāi)挖施工變形，降低施工對(duì)滑坡體的不利影響，需要制定下述幾項(xiàng)措施：(1)隧道洞口實(shí)施地表注漿。而注漿施工的縱向長(zhǎng)度是20 m，橫向?qū)挾仁?0 m，選擇的注漿管是鋼管(規(guī)格是φ60 mm×4 mm)，管身是梅花形，并設(shè)置注漿孔(φ12 mm)，孔的間距需要控制在20 cm。漿液選擇的是水泥漿液，具體參數(shù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行確定；(2)隧道洞身襯砌必須以SA5 h支護(hù)作為基準(zhǔn)。也就是超前鋼管為φ60 mm×4 mm，環(huán)向間距控制為30 cm，根據(jù)拱頂132°圓心角進(jìn)行布局，長(zhǎng)度是3 m，仰角是20°。初期支護(hù)選擇的是H175型鋼，掛設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)，同時(shí)噴射混凝土(厚度是25 cm)，徑向選擇的是“鋼管(φ42 mm×4 mm)+注漿”，此外鋼管的環(huán)向與縱向間距分別為100 cm、50 cm，二次襯砌鋼筋混凝土(厚度是60 cm)，主筋選擇的是φ25 mm鋼筋，間距控制為20 cm；(3)選擇CRD法，以人工方式進(jìn)行開(kāi)挖，并建立臨時(shí)的仰拱與核心柱，其中仰拱選擇的是I18型鋼，噴射C25混凝土(厚度是20 cm)。

此方案的設(shè)計(jì)與貫徹，實(shí)現(xiàn)了有序、有效施工，保證了隧道與邊坡安全。

3 抗滑措施對(duì)比分析

對(duì)比分析了微型樁與鋼筋混凝土抗滑樁處治技術(shù)。

3.1 技術(shù)性

微型樁的主要特點(diǎn)是：(1)拉壓承載力相對(duì)較高，抗彎承載力比較低，尤其是單根鋼管樁自身承載力與剛度十分有限，必須選擇連系梁、樁前建立支撐結(jié)構(gòu)等方式強(qiáng)化微型樁抗滑性能；(2)安全性、經(jīng)濟(jì)性較為突出，適用領(lǐng)域比較寬；(3)工程現(xiàn)場(chǎng)要求相對(duì)偏低，作業(yè)效率高，是搶險(xiǎn)工程的首選。綜合微型樁的一系列優(yōu)勢(shì)，其在滑坡處治、基坑支護(hù)等領(lǐng)域應(yīng)用的較為普遍。

抗滑樁的主要特點(diǎn)是：(1)樁截面具備良好的剛度，且抗彎能力比較強(qiáng)；(2)作業(yè)方式比較多，比如靜壓、人工成孔以及機(jī)械鉆孔等；(3)若是工程現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，大型機(jī)械難以進(jìn)場(chǎng)，就會(huì)更加施工難度；(4)安全可靠，效果突出；(5)成本高。

此公路隧道工程前期，隧道洞口發(fā)生了滑坡現(xiàn)象，綜合分析公路隧道工程實(shí)際情況，以搶險(xiǎn)為視角，需要及時(shí)有效處治滑坡災(zāi)害，而抗滑樁處治方案受工程條件影響，必須選擇人工成孔方式，施工效率低，所以工程前期最后選擇了微型樁處治技術(shù)方案。

3.2 工程造價(jià)

微型樁與抗滑樁處治方案的工程造價(jià)情況詳見(jiàn)表1。

表1 微型樁與抗滑樁處治方案工程造價(jià)

根據(jù)表1可知，在成本造價(jià)方面微型樁處治方案明顯優(yōu)于抗滑樁處治方案。

4 總 結(jié)

在公路隧道邊坡發(fā)生失穩(wěn)病害問(wèn)題后，必須予以高度重視，并采用有效的處治方案，以免滑坡災(zāi)害進(jìn)一步演化、惡化，從而造成嚴(yán)重后果。同時(shí)在微型樁與抗滑樁處治方案比選時(shí)，需要綜合分析技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性以及安全性等相關(guān)要素，針對(duì)微型樁的抗滑能力弱、剛度小劣勢(shì)要充分重視，并制定科學(xué)、有效的預(yù)防措施，以保證公路隧道的安全性。