柳城隧道出口段洞頂滑坡體整治技術(shù)研究

王傳宗

(中鐵十六局集團有限公司 北京 100000)

1 工程概況

柳城隧道全長3 596 m，出口洞門為23 m帽檐斜切式，明暗分界里程為DK101＋587，線隧分界里程為DK101＋610，原設(shè)計邊仰坡采用拱形截水骨架護坡防護。隧道出口處于低山陡坡區(qū)段，第四系覆蓋層厚且松散，硬塑粉質(zhì)黏土覆蓋于飽和角礫土之上，長約300 m，寬約150 m，厚約13 m，埋深較小，地下水發(fā)育。

2 現(xiàn)場滑坡情況描述

南龍鐵路柳城隧道遭遇特大強降雨，洪水過后，排查地表時發(fā)現(xiàn):柳道城隧出口發(fā)生大體積溜塌，經(jīng)測算溜塌體積達11萬m3，原設(shè)計仰坡拱形骨架全部被毀，如圖 1所示；洞內(nèi) DK101＋580～DK101＋610段襯砌出現(xiàn)通長裂縫，裂縫寬度最大達2.1 mm，如圖2所示。

圖1 地表滑坡情況

圖2 襯砌裂縫情況

洞頂?shù)乇碜冃斡^測發(fā)現(xiàn)多處裂縫，大致七組，最長貫通性張拉裂縫達125 m，表面呈階梯狀，主要分布于隧道右側(cè)高山側(cè)，滑坡后緣抵近低山山脊。

3 滑坡體不良地質(zhì)分析

3.1 滑坡變形特征分析

隧道出口段滑坡形態(tài)呈牽引式，地質(zhì)為全風(fēng)化巖。結(jié)合深層變形觀測情況，可初步判定，屬中層滑坡，滑動土體層厚度最大約15 m，體量約11萬m3。坡體滑動方向朝向隧道明挖段，主軸方向為北東7.1°，走向與隧道線路交角約15°。

3.2 滑坡體推力分析

選取該滑動面上的50個部位取樣，進行土體剪切強度試驗[1－3]。滑動土體有效剪切強度數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 滑動土體剪切強度數(shù)據(jù)

通過試驗結(jié)果結(jié)合該段滑動土體特征數(shù)據(jù)，滑動體土質(zhì)離散性低，地層黏聚力C＝6.8 kPa、內(nèi)摩擦角φ＝21.8°。

根據(jù)滑動體整體變形特征，選取滑坡下段滑出(K＝0.98)、滑坡整體現(xiàn)狀(K＝1.0)、滑坡沿隧道越頂滑出(K＝1.05)三個工況進行內(nèi)摩擦角反算[4－6]。選定滑動體主軸前后 1-1′斷面和 3-3′斷面，其反算結(jié)果見表2。

表2 滑動體內(nèi)摩擦角參數(shù)

對比滑坡體土質(zhì)抗剪強度參數(shù)以及綜合內(nèi)摩擦角反算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)反算出的內(nèi)摩擦角與天然情況下的土體試驗結(jié)果較為接近。基于安全考慮，同時考慮土質(zhì)滑坡特性，并參考類似工程滑坡條件，故選定c＝7 kPa、φ＝20.1°為滑坡體計算指標(biāo)。

按照安全系數(shù)K＝1.05及c＝7 kPa、φ＝20.1°計算分析出隧道洞身段在滑坡體下滑時所要承受的推力大小為4 129 kPa。

4 滑坡整治方案研究

通過滑坡體不良地質(zhì)分析，表明該處滑坡下滑推力較大，滑坡體下部受載較長，且錨固段處于全風(fēng)化地層。基于現(xiàn)場情況，初步擬定三種施工方案。

4.1 雙排抗滑樁＋局部減載方案

針對該處滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，中部滑面埋深較大、下推力較大等情況，為降低施工對滑坡體的擾動，在滑坡中部設(shè)椅式抗滑樁、洞頂水溝外側(cè)5 m外設(shè)門式抗滑樁[7－9]，該方案設(shè)置抗滑樁25根，樁間距5 m，樁截面4×3.5 m，樁長45 m。

4.2 延長明洞＋清載加固＋多級擋墻方案

針對滑坡體所在坡度較陡，且坡面較長等滑坡體形態(tài)特征，對DK101＋430～DK101＋587段既有溜塌及滑坡范圍坡面進行清載加固處理，通過延長明洞重新刷坡的方式，減緩滑動體坡度，降低下滑推力，共設(shè)四級邊坡，采用框架錨桿＋栽種灌木方式，坡腳均設(shè)擋土墻[10－11]。該方案共設(shè)置擋墻242 m，擋墻高度6 m；框架錨桿一級、二級邊坡防護長度均為75 m，三級、四級邊坡防護長度均為86 m。

4.3 小減載＋抗滑樁＋鋼架樁方案

考慮到該段滑體中部滑面埋深過大、地質(zhì)條件差等特點，對滑坡坡面采取逐級減載的方式，以便沿滑體中部設(shè)置鋼架樁，對滑坡體下部采用抗滑樁[12]、框架支擋。該方案共設(shè)置擋墻72 m，擋墻高度6 m；抗滑樁12根，樁截面(4×3.5)m；框架錨桿邊坡防護75 m。

4.4 滑坡整治方案優(yōu)化

(1)雙排抗滑樁＋局部減載方案:抗滑樁長度較長，施工難度大；下排樁距地方軍用光纜較近，存在較高安全風(fēng)險；該方案所需施工工期較長，且工程費用過高(工程費用估算為1 210萬元)；征地面積小，土石方量低，生態(tài)環(huán)境影響小。

(2)延長明洞＋清載加固＋多級擋墻方案:該方案施工安全風(fēng)險較小、工期短、總體工程費用相對較低(工程費用估算為844萬元)，但征地面積、土石方量較大。

(3)小減載＋抗滑樁＋鋼架樁方案:該方案工程費用估算為1 028萬元，但在抗滑樁施工過程中對周圍土體擾動較大，同樣存在較大安全風(fēng)險(見表3)。

表3 滑坡整治方案對比分析

通過綜合比較分析，最終確定選用延長明洞＋清載加固＋多級擋墻作為本次工程的整治方案。

5 延長明洞＋清載加固＋多級擋墻方案實施

根據(jù)已確定的滑坡段延長明洞＋清載加固＋多級擋墻處理方案組織施工，具體流程見圖3。

圖3 施工流程

(1)DK101＋587～DK101＋580暗洞段襯砌加固處理:對暗洞段裂縫襯砌進行徑向注漿加固，同時做好變形監(jiān)測；注漿孔按梅花形布置，孔口環(huán)向間距為1.0 m，縱向間距1.0 m。注漿管采用鋼花管，鋼花管制作采用?42 mm、壁厚3.5 mm的熱軋無縫鋼管，長3.0 m。注漿管應(yīng)埋設(shè)牢固，并有良好的止?jié){措施。注漿采用水泥漿，注漿壓力1.0～2.0 MPa，漿液水灰比1∶1(重量比)。

(2)DK101＋430～DK101＋587段清載加固處理:對既有溜塌及滑坡范圍坡面進行清載加固處理，清載過程應(yīng)自上而下順坡開挖，避免雨季施工，并沿坡體四周設(shè)C25砼矩形截水天溝。清載后的坡面均采用長12 m框架錨桿內(nèi)栽灌木防護，錨桿孔徑110 mm，單孔錨桿采用2?25 mm的HRB400鋼筋，間距3.0 m，錨孔采用M35水泥砂漿灌注。框架錨桿頂鑲邊下側(cè)設(shè)C25混凝土截水槽，高20 cm(嵌入邊坡10 cm)、寬10 cm，與框架梁上截水槽順接。坡腳均設(shè)擋土墻，高6 m，墻身沿線路方向每隔10～20 m結(jié)合墻高或地基條件的變化設(shè)置伸縮縫或沉降縫。于地面以上部分，每隔2 m上、下、左、右交錯設(shè)置PVC管泄水孔。最低排泄水孔下部及墻頂以下0.5 m高度(墻頂設(shè)平臺地段0.3 m)范圍內(nèi)設(shè)袋裝砂夾礫石反濾層，反濾層最低處設(shè)隔水層。做到分段開挖、分段防護。沿坡面設(shè)置位移監(jiān)測樁，設(shè)置于坡面變坡點及擋土墻背部。

(3)DK101＋587～DK101＋580暗洞段襯砌拆換、重筑:考慮該段襯砌裂縫已貫通，變形較大，襯砌結(jié)構(gòu)已不滿足設(shè)計要求，影響運營安全，故對該處襯砌進行拆換處理。為確保施工安全，每次鑿除、切割縱向?qū)挾葹?～2 m，切口表面應(yīng)粗糙(鑿毛標(biāo)準(zhǔn)為凹凸差不小于6 mm的粗糙面)，結(jié)構(gòu)應(yīng)致密，不得留有松散、氣泡、裂隙，采用鋼絲刷清理后沖洗干凈。拆除過程加強前后監(jiān)控觀測，鑿除到位后重新按設(shè)計要求對侵限初期支護鑿除處理，施作防水層、植筋、澆筑二次襯砌、養(yǎng)護。為防止襯砌滲漏水，在襯砌表面涂抹滲透結(jié)晶型防水涂料兩層進行防水處理。

(4)DK101＋610～DK101＋634明洞及洞門施工:考慮后期運營安全，洞口增設(shè)24 m長明洞，明洞采用偏壓明洞襯砌；洞門型式不變，仍采用帽檐斜切式緩沖結(jié)構(gòu)洞門。DK101＋593～DK101＋610段隧道基底位于粉質(zhì)黏土層，采用C20片石混凝土進行換填，換填深度至粗角礫土以下不小于0.5 m，寬度至隧道輪廓線外1 m。洞口其余地段基礎(chǔ)采用直徑1 m的鉆孔樁基礎(chǔ)進行加固處理，樁長27 m，樁間距3.9×3.9 m。襯砌采用0.9 m厚雙層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

(5)洞口回填、邊仰坡防護:明洞襯砌背后設(shè)置3 cm厚水泥砂漿保護層、防水板、土工布、6 cm厚磚砌保護層。砼澆筑后對兩側(cè)拱腰以下采用漿砌片石碼砌，明洞回填土頂面設(shè)置50 cm厚黏土隔水層。坡腳設(shè)C20片石混凝土護墻，護墻頂面厚1 m，基礎(chǔ)埋深不小于1.5 m，護墻基礎(chǔ)處于軟塑黏土中。基礎(chǔ)采用3排CFG樁進行加固處理，樁深至全風(fēng)化層以下1 m，樁間距1.2×1.2 m。洞口回填部分的邊仰坡采用拱形截水骨架護坡內(nèi)栽種灌木防護(見圖4)。

圖4 滑坡整治及洞口襯砌效果

6 結(jié)束語

柳城隧道出口段滑坡變形主要位于滑坡體中后部，在發(fā)生滑坡后，施工單位通過現(xiàn)場地質(zhì)勘探、地表監(jiān)測、洞內(nèi)斷面量測以及滑坡體力學(xué)分析，對現(xiàn)場情況進行了深入了解，經(jīng)參建各方商討并進行方案比選后，確定采用延長明洞＋清載加固＋多級擋墻方案。坡體通過整治后安全可靠，社會及經(jīng)濟效益良好。