大田一號(hào)隧道洞門仰坡蠕滑體整治方案

向俐蓉 劉 剛 黃 棋

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

貴廣高速鐵路大田一號(hào)隧道為雙線隧道。在施工過程中，該隧道進(jìn)口洞門仰坡山體發(fā)生了蠕動(dòng)滑移。現(xiàn)場(chǎng)踏勘初步分析判定，該斜坡目前處于蠕滑變形階段，存在較大的安全隱患，若不及時(shí)治理，在前緣繼續(xù)臨空及雨季地表水下滲進(jìn)一步軟化巖土體的情況下，極可能形成較大范圍的工程滑坡，其治理難度及費(fèi)用將大大增加。因此，必須對(duì)該仰坡蠕滑體的穩(wěn)定性作出明確判斷，并采用經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)方案進(jìn)行加固整治。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)

大田一號(hào)隧道進(jìn)口段為剝蝕丘陵地貌區(qū)，絕對(duì)高程160～300 m，自然坡度30°～50°，坡度較陡。地表上覆0～2 m厚坡殘積的粉質(zhì)黏土，植被發(fā)育，局部見基巖出露，下伏基巖為寒武系清溪組中段砂巖夾頁巖。砂巖為灰綠色、青灰色，砂狀結(jié)構(gòu)或泥質(zhì)粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄-中厚層狀構(gòu)造，含礫石，節(jié)理發(fā)育，巖質(zhì)堅(jiān)硬。頁巖夾層為薄層狀，巖質(zhì)軟，易風(fēng)化。

地下水以基巖裂隙水為主，分布于風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，接受大氣降水的入滲補(bǔ)給，沿地形自然斜坡向低處滲流，以小泉和分散滲流于坡腳排泄于溪溝中。

1.2 蠕滑體現(xiàn)狀及成因

現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)仰坡上方自然邊坡發(fā)育5條大致相互平行并沿坡面呈弧形狀的裂縫，裂縫在地表呈時(shí)斷時(shí)續(xù)的弧形狀延伸,最長裂縫連續(xù)達(dá)20 m。裂縫呈“V”字型，上寬下窄，縫寬5～50 cm，深度30～100 cm,局部地段見小的錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。在新刷方的仰坡坡面右側(cè)18～35 m范圍內(nèi)發(fā)育2條呈弧形的裂縫。裂縫長約15～20 m，縫寬5～30 cm，深度30～60 cm。

根據(jù)滑體范圍內(nèi)兩個(gè)試坑的開挖情況及洞門附近蠕滑體擠出點(diǎn)的情況分析，滑體厚2～6 m，滑面為砂巖夾頁巖的強(qiáng)風(fēng)化層與上覆土層分界面。蠕滑體上覆土層成分為全風(fēng)化的砂巖夾頁巖及坡殘積粘性土，夾10%～30%的砂頁巖質(zhì)碎石、角礫，直徑2～40 mm。

施工揭示的地質(zhì)情況與原勘察地質(zhì)資料基本吻合，分析該自然邊坡產(chǎn)生蠕滑的原因如下：

(1)施工開挖后未能及時(shí)完成邊仰坡防護(hù)工程，施工即開挖進(jìn)洞，隧道進(jìn)洞較晚，仰坡既高又陡，未加固的仰坡土體前緣出現(xiàn)臨空面。

(2)施工期間暴雨強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間較長，大量降雨補(bǔ)給土體內(nèi)地下水，增加了土體重量，降低了抗剪強(qiáng)度。

(3)前緣土體局部失穩(wěn)后，僅清除坍塌體，未對(duì)仰坡及時(shí)加固，致仰坡臨空面進(jìn)一步加大。

以上原因?qū)е卵銎伦冃芜M(jìn)一步加劇，誘發(fā)仰坡土體大范圍蠕動(dòng)滑移。

1.3 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

綜合地表裂縫情況分析，隧道仰坡后山體已發(fā)生了蠕動(dòng)滑移。該蠕滑體周界清楚，平面地貌整體呈撮箕形，且蠕滑過程分多次發(fā)展形成。首先是洞門處仰坡開挖導(dǎo)致土體臨空失穩(wěn)，清除坍滑體后繼續(xù)施工，導(dǎo)致其后的土體繼續(xù)臨空蠕動(dòng)滑移，地表產(chǎn)生裂縫，降雨減少后，蠕滑體暫時(shí)處于極限平衡狀態(tài)。但若不及時(shí)治理，在前緣繼續(xù)臨空及雨季地表水下滲進(jìn)一步軟化土體的情況下，極可能在強(qiáng)風(fēng)化層與弱風(fēng)化層分界面形成貫通性滑動(dòng)面，從而導(dǎo)致較大范圍的工程滑坡體產(chǎn)生。

2 方案選定

我國在滑坡治理方面積累了大量的工程經(jīng)驗(yàn)。歸納起來措施大致分為三類[1-3]。

(1)消除或減輕水的危害

這是整治滑坡不可或缺的輔助措施，也是首先采取的長期運(yùn)用的措施。其目的是攔截、引排地表水和地下水，防止水進(jìn)入滑坡體內(nèi)，增加滑坡土體重量，降低滑面強(qiáng)度參數(shù)。

(2)改變滑坡體外形，設(shè)置抗滑結(jié)構(gòu)物

這是近年來采用最多的治理方式。改變滑坡體外形的措施包括削坡減重，堆載反壓和清除滑坡體；設(shè)置的抗滑結(jié)構(gòu)物包括抗滑擋墻、抗滑樁以及錨桿(索)等。

(3)改善滑動(dòng)帶土石性質(zhì)

一般采用焙燒法、爆破灌漿法、復(fù)合群樁法等物理(或化學(xué))方法對(duì)滑坡潛在滑動(dòng)面進(jìn)行整治，改變滑面力學(xué)性質(zhì)。

大田一號(hào)隧道洞門仰坡坡度較陡(自然坡度30°～50°)，且處于蠕滑極限平衡狀態(tài)，采用改善滑動(dòng)帶土石性質(zhì)的方法，施工機(jī)具難以架設(shè)，且施工對(duì)蠕滑體形成加載，措施發(fā)揮作用前對(duì)滑面存在不利影響，同時(shí)該工點(diǎn)也不具備堆載反壓和削坡減重的條件。因此，該工點(diǎn)宜采用減輕水的危害與設(shè)置抗滑結(jié)構(gòu)物相結(jié)合的工程措施進(jìn)行整治。

仰坡的蠕滑過程分多次發(fā)展形成，其上方自然邊坡發(fā)育5條大致相互平行并沿坡面呈弧形狀的裂縫，說明該工點(diǎn)存在多個(gè)潛在滑動(dòng)面。為確保蠕滑體的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性都滿足設(shè)計(jì)要求，抗滑結(jié)構(gòu)物需采取多種措施相結(jié)合的綜合治理手段：垂直于主滑面滑動(dòng)方向設(shè)置一排或多排抗滑樁，確保蠕滑體的整體穩(wěn)定性滿足要求；坡面設(shè)置錨桿框架梁護(hù)坡工程，確保蠕滑體局部穩(wěn)定性滿足要求。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 計(jì)算參數(shù)

滑坡分析需對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行合理的選擇和確定，目前通常采用原位試驗(yàn)法與估算法相結(jié)合的計(jì)算方法來確定計(jì)算參數(shù)[4-5]。這主要是因?yàn)樵辉囼?yàn)法獲取的參數(shù)不確定一定反映了滑面的最不利工作狀態(tài)，例如原位試驗(yàn)時(shí)的滑面土體未處于飽水狀態(tài)，而未來滑面有可能處于飽水狀態(tài)。因此，應(yīng)先依據(jù)原位試驗(yàn)的獲取參數(shù)計(jì)算滑坡穩(wěn)定性，再判定計(jì)算所得穩(wěn)定系數(shù)與滑坡的實(shí)際穩(wěn)定狀態(tài)是否相符，若兩者不相符，則需采用估算指標(biāo)對(duì)原位試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行修正。

綜合原位試驗(yàn)法及估算法，本工點(diǎn)蠕滑體及滑面計(jì)算參數(shù)的為：天然容重r=20 kN/m3，飽和容重rd=21 kN/m3，C=15 kPa，φ=25°。巖層地基系數(shù)K=200 000 kN/m3，橫向容許承載力[σ]=1 400 kPa。沿土石分界面的整體穩(wěn)定性及推力計(jì)算均按傳遞系數(shù)法考慮[6]。

采用以上參數(shù)對(duì)各主軸斷面進(jìn)行計(jì)算，各主軸斷面的穩(wěn)定安全系數(shù)如表1所示。從表1可以看出，計(jì)算結(jié)果與目前仰坡的穩(wěn)定狀態(tài)(極限平衡狀態(tài))相符，說明計(jì)算參數(shù)取值合理。

表1 各斷面整體穩(wěn)定系數(shù)表

3.2 抗滑樁設(shè)計(jì)

抗滑樁是確保本蠕滑體整體穩(wěn)定性的重要結(jié)構(gòu)物，其推力可根據(jù)蠕滑體穩(wěn)定安全系數(shù)、滑動(dòng)面、邊界條件及滑動(dòng)面強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算確定。根據(jù)TB 10025-2019《鐵路路基擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，滑坡整治后的穩(wěn)定安全系數(shù)一般為1.1～1.25，對(duì)重要工程、危害大的滑坡宜取大值。因此本工點(diǎn)設(shè)計(jì)穩(wěn)定安全系數(shù)取為1.25。采用瑞典條分法計(jì)算蠕滑體的剩余下滑力，如表2所示。

表2 蠕滑體剩余下滑力、樁推力及樁設(shè)計(jì)要素表

從表2可以看出，蠕滑體最大剩余下滑力為 1 248 kN/m。考慮到該工點(diǎn)滑坡推力較大，且蠕變體為淺層滑體，存在滑體從中間剪出的可能性，故設(shè)置兩排抗滑樁進(jìn)行整治。第1排抗滑樁位于蠕滑體中部，第2排抗滑樁位于主滑面剪出口。

根據(jù)抗滑樁設(shè)置位置，采用瑞典條分法計(jì)算確定抗滑樁所承擔(dān)的推力[7-8]，第1排抗滑樁推力取其所支擋上部蠕滑體的剩余下滑力，第2排抗滑樁推力取斷面剩余下滑力減去第1排抗滑樁推力后的剩余力。根據(jù)推力設(shè)計(jì)抗滑樁截面、樁長等設(shè)計(jì)要素(結(jié)果如表2所示)。

3.3 護(hù)坡及防排水設(shè)計(jì)

本工點(diǎn)護(hù)坡采用錨桿框架梁防護(hù)，目的是確保蠕滑體的局部穩(wěn)定性滿足要求。錨桿框架梁按構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)蠕滑體剩余下滑力較大的坡面(主要位于蠕滑體的中部區(qū)域)，框架梁框架間距采用3.0 m，錨桿采用大錨桿。對(duì)蠕滑體剩余下滑力較小的坡面(主要位于蠕滑體的四周區(qū)域)，框架梁框架間距采用4.0 m，錨桿采用大錨桿。

防排水是滑坡治理過程中必不可少的措施，采用構(gòu)造設(shè)計(jì)。本工點(diǎn)采用的防排水措施如下：對(duì)蠕滑體開裂的裂縫采用粘土夯填密封，避免雨水下滲；蠕滑體四周設(shè)置環(huán)形天溝，避免雨水匯入蠕滑體區(qū)域；開挖邊坡平臺(tái)設(shè)置截水溝，將蠕滑體范圍內(nèi)的降水快速排出。

3.4 主要工程措施

大田一號(hào)隧道進(jìn)口洞門蠕滑體整治方案平面布置如圖1所示，代表性主軸斷面如圖2、圖3所示。

圖1 大田一號(hào)隧道進(jìn)口仰坡蠕滑體整治方案平面圖

圖2 蠕滑體主軸斷面3整治方案圖

圖3 蠕滑體主軸斷面6整治方案圖

(1)抗滑樁

在大田一號(hào)隧道進(jìn)口洞門蠕滑體的中部，垂直于線 路設(shè)置第1排抗滑樁，共7根，樁截面為 1.5 m×2 m～1.75 m×2.75 m，樁間距為6 m，樁長13.0～21 m。

在大田一號(hào)隧道進(jìn)口洞門蠕滑體主滑面剪出口處，垂直于線路設(shè)置第2排抗滑樁，共7根，樁截面為2.0 m×3.0 m，樁間為5 m，樁長21.0～26.5 m。

(2)錨桿框架梁

隧道仰坡開挖邊坡臺(tái)階以上部分，即圖1中E-F-G-H-L-K-E區(qū)域，設(shè)置錨桿框架梁內(nèi)噴混植生護(hù)坡，框架梁框架間距采用3.0 m，矩形布置，錨桿框架梁施工時(shí)避開第二排抗滑樁樁位位置。框架梁采用C35混凝土澆注，每孔錨桿長10 m，錨桿采用3根φ32 HRB400鋼筋焊接在一起形成大錨桿。

隧道仰坡開挖邊坡臺(tái)階以上其余部分，即圖1中A-B-C-D-E-F-G-H-I-J-A及K-L-M-N-K區(qū)域，設(shè)置錨桿框架梁內(nèi)噴混植生護(hù)坡，框架梁框架間距采用4.0 m，矩形布置，錨桿框架梁施工時(shí)，避開第二排抗滑樁樁位位置，嚴(yán)禁錨桿施工破壞樁體，框架梁采用C35混凝土澆注，每孔錨桿長10 m，錨桿采用φ32 HRB400鋼筋。

(3)截排水工程

采用人工夯填粘土的方法對(duì)滑坡體上裂縫進(jìn)行逐處夯實(shí)。在蠕滑體周界外設(shè)置環(huán)形截水溝，環(huán)形截水溝在線路小里程端引入橋下自然沖溝內(nèi)；隧道進(jìn)口開挖邊坡外側(cè)設(shè)置天溝，天溝出水口順接入環(huán)形截水溝，天溝排水縱坡不得小于2‰；隧道進(jìn)口開挖邊坡臺(tái)階處設(shè)置平臺(tái)截水溝，平臺(tái)截水溝出水口順接入環(huán)形截水溝。

(4)隧道進(jìn)口接長明洞，進(jìn)洞30 m拱部設(shè)φ108大管棚注漿加固，大管棚環(huán)向間距0.4 m。

4 結(jié)束語

貴廣高速鐵路大田一號(hào)隧道進(jìn)口仰坡蠕滑體采用截排水、抗滑結(jié)構(gòu)等多種措施相結(jié)合的綜合治理方案整治后，效果良好。貴廣高速鐵路于2014年12月通車，運(yùn)營至今，該蠕滑體未再出現(xiàn)蠕滑現(xiàn)象，仰坡穩(wěn)定，說明該綜合整治方案措施合理，安全有效。