黃土滑坡體對其正交下穿隧道的變形影響分析

李尚

摘要：挖掘、地震、降雨等原因會形成黃土滑坡體，并對其正交下穿隧道造成一定影響，甚至會威脅到鐵路或公路建設的安全，為此分析黃土滑坡體對其正交下穿隧道的變形影響非常必要。將某正交下穿隧道作為測試對象，使用管棚完成初期支護與超前支護，按照隧道方向布置6個監測點，分別對黃土滑坡體位移和隧道收斂變形進行監測，根據監測數據結果對隧道變形進行分析。測試結果表明：區域I黃土滑坡與隧道變形的概率均在10%以下，而其余4個區域黃土滑坡的概率在30%以上，變形概率均高于48%。由此可以說明，隧道周圍的黃土滑坡越嚴重，該隧道越容易出現變形。

關鍵詞：黃土；滑坡體；正交下穿；隧道；變形

0? ?引言

黃土滑坡現象是指在厚層濕陷性黃土的較高坡度區域中，由于混凝土塊體受自重影響a和相互作用，沿著較軟弱表面發生整體滑落的一類現象。滑坡體的邊界部一般呈現圓弧，破裂壁會產生陡坎現象，從而產生較陡峭的滑面，一般出現在40°～60°濕陷性黃土谷坡的最上方或最下方。

濕陷性黃土滑坡體形成以后，坡表面的穩定傾角在35°左右，并且常發生的區域為地下水溢出處。而挖掘、地震以及降雨等原因都會造成黃土滑坡體，并且會對其正交下穿的隧道造成一定影響，嚴重時還會使整個鐵路或公路的建設受到影響[1]。

正交下穿隧道即是將滑坡體軸流式與隧洞軸向運動成90°的交叉。按照與黃土地滑坡體正交下穿隧道的空間關系，可以將其分成在濕陷性黃土滑坡體內、滑床內和滑帶上3種情況。當隧洞與黃土滑坡體屬于正交關系時，隧洞的建設過程很可能會由于擾動現象，使得黃土滑坡體產生局部變化，進而使整個結構產生滑動現象。這不僅會使黃土滑坡體上下方面的隧道結構產生斷裂，還會使隧洞總體和邊坡的穩定性均受到嚴重破壞[2]。

目前，已有很多學者針對不同角度穿越隧道的黃土滑坡體的受力特征、變形機理等方面進行了研究。而當前的研究只針對隧道與滑坡體相對位置的分類及變形特征，并沒有將破壞的形式進行明確，因此無法在出現問題后進行及時整治。為此，有必要對黃土滑坡體及其對其正交下穿隧洞的變形作用加以深入研究。

1? ?工程概況

本文所研究的正交下穿隧道在某條客運專線的西車輛段內，該隧道長度約為1250m，為雙線淺埋的濕陷性黃土隧洞。隧道以約20°的小傾角下穿并與公路相接，下穿線路的總長度約為350m，其大致包括兩部分：正交下穿線路長度約215m，由公路正下方經過，該區段的地埋深約為12m；兩側公路路塹邊坡下穿線路長度大約198m，該區段的臺地埋深約在12～26m左右[3]。

此外，試驗路段在公路山體邊坡的其中一側寬度大約為35m。由于該隧道所在的土壤巖層為Q3砂質濕陷性黃土巖層構造，且土質較為疏松，因此土壤的穩定性也較差。該隧道挖掘的斷面相對較大，最大開挖跨度為17.2m，高為14.8m，最大開挖面積可以達到228m2，由此導致該隧道的地埋深度比較淺，施工難度非常大[4]。

2? ?正交下穿隧道初期支護

和隧道本身的巖層構造一樣，濕陷的黃土滑坡體的硬度一般比較小，所以它容易產生大范圍的下沉。同時由于本身的承載比較小，使得整個建筑物的穩定性較差，受水的沖擊也是非常巨大。如果發生被水浸泡的情況，則會使混凝土主體結構處于比較飽和狀況，并也會使其本身的剛度被迫減小，進而使質量受到較大影響[5]。

該隧道內的混凝土主體構造都較為疏松，施工之后容易發生分層倒塌的情況。而分層的厚度通常僅為25～70cm左右，因此要求有較高的初期支護。而管棚則能夠增加黃土滑坡體對于隧道土質巖層的強度與承載能力，在管棚施工中通過進行注漿，不僅能提高其耐折彎的程度以及耐剪切能力，還能使管擋產生隔斷土質巖層的效果[6]。

在隧道的試驗路段，需采用雙邊墻導坑技術來完成開挖。需確定的支護參數包括：初期支護采用27A型式鋼梁、掛網噴混凝土，鋼梁長度為1.2m。在邊墻部分采用φ25mm錨桿進行支撐，錨索長度為4.5m，寬度為1.2m，并根據管棚基礎形態加以設計。

超前支護則采用壁厚為10mm的φ172mm單層大管棚，管棚的間隔為45cm，并在拱頂115°范圍內進行操作。施工的總長度為72.5m，在掌子面上則采用φ27mm纖維錨索，其長度為10.5m，中間間隔為1.25m[7]。

3? ?正交下穿隧道變形監測

3.1? ?監測點布置

隨著隧道的方向進行路線設計，在隧道正上方的黃土滑坡體表面進行監測點布設設置。監測點1-1、1-2、1-3均設置在黃土滑坡體的軸線上，分別設置在滑坡體的坡腳、陡坡以及坡頂處三個區域。而監測點 2-1、2-2、2-3則均設置在隧道的正上方，其中分別間隔30m，并沿著隧道縱向開挖的方向進行監測點布置，監測點均處于黃土滑坡體的中間位置[8]。

3.2? ?監測方案

當隧道開挖到距離監測點2-1下方30m時開始進行監測，而在經過監測點2-3下方30m停止監測。隧道挖掘到第7d時，掌子面在監測點2-1的正下方；隧道挖掘到第15d時，掌子面在監測點2-2的正下方；而隧道挖掘到第21d時，掌子面則在監測點2-3的正下方。整個過程使用全站儀來進行監測，豎直方向的沉降是監測Z方向位移變化的數據顯示；而水平方向的位移是監測N方向與E方向位移變化的數據顯示[9]。

而在對隧道進行收斂變形監測時，左洞經過黃土滑坡體下方并進行穿過，而右洞則沒有經過黃土滑坡體。因此，需要選擇左、右兩個斷面完全相同的洞，并對其拱頂下沉與周邊收斂的數據進行監測，在巖石屬性相同與深埋條件一致的前提下，對比黃土滑坡體隧道與正常隧道的變形[10]。

3.3? ?監測結果分析

3.3.1? ?黃土滑坡體位移監測結果

黃土滑坡體位移監測數據如表1所示。由黃土滑坡體滑動方向監測到的位移數據可知：在豎直方向上，當隧道挖掘到監測點的下方時，黃土滑坡體的坡腳并沒有出現沉降；而黃土滑坡體的中部與頂部則沒有出現沉降，而經過20d之后位移則不會出現變化，最終發生沉降的位移為10mm。

在水平方向上，當隧道挖掘到監測點斷面的下方時，黃土滑坡體的坡腳并沒有出現沉降；而滑坡體的中部位移變化較大，向南移動18mm，向東則移動7mm；滑坡體的坡頂位移變化較小，向南移動4mm，向東移動5mm。

由隧道方向監測到的位移數據可知：在豎直方向上，當隧道挖掘到監測點的下方時，隧道上方的沉降出現急劇增加的狀態，而經過10d后則不再增加。監測點2-1出現沉降的距離為15mm，監測點2-2出現沉降的距離為13mm，監測點2-3出現沉降的距離為14mm。

在水平方向上，當隧道挖掘到監測點的下方時，監測點開始出現移動的跡象，而經過20d左右位移的變化相對趨于穩定狀態。監測點2-1向南移動7mm，向東移動8mm；監測點2-2向南移動9mm，向東移動9mm；監測點2-3向南移動6mm，向東移動6mm。

3.3.2? ?隧道收斂變形監測結果

隧道拱頂出現下沉跡象以及收斂變形跡象時，所監測到的數據分別如表2和表3所示。

由表2中隧道拱頂下沉數據可知：正常隧道的斷面，在30d之后拱頂下沉的變化速率小于0.3mm/d，周圍巖壁的變化相對比較穩定，累計下沉為25mm，平均下沉的速率為0.65mm/d；而黃土滑坡體的隧道斷面，在40d之后拱頂下沉的變化速率小于0.3mm/d，此時累計下沉為92mm，平均下沉的速率為1.875mm/d 。

由表3隧道收斂變形數據可知：正常隧道斷面的上臺階監測到24d時，收斂速率為0.4mm/d，此時隧道下臺階的挖掘出現監測中斷的跡象，累計收斂的距離為9mm，平均的收斂速率為0.5mm/d。下臺階監測到24d時，收斂速率為0.15mm/d，此時累計收斂的距離為10mm，平均的收斂速率則為0.4mm/d。而黃土滑坡體隧道斷面的上臺階監測到24d時，收斂速率為3mm/d，此時隧道下臺階的挖掘出現監測中斷的跡象，累計收斂的距離為72mm，平均收斂速率3.4mm/d。下臺階監測到24d時，收斂速率為0.25mm/d，此時累計收斂的距離為37mm，而平均的收斂速率則為1.3375mm/d。

3.3.3? ?黃土滑坡與隧道變形概率測試

通過以上討論，研究黃土滑坡體對其正交下穿隧洞的影響作用。選取黃土滑坡體隧道的測量目標，對隧洞的應變作出研究和測量。隧道變形越嚴重，則說明區域內黃土滑坡越嚴重。根據這一論述，在黃土滑坡體隧道中隨機劃分5個區域，對隧道變形進行測定，并記錄如表4所示。

根據當前對于隧道變形的要求中規定，黃土滑坡的概率與隧道變形的概率均在10%以下。而由表4中記錄的數據可以看出，區域I剛好滿足這一規定，說明該區域內隧道沒有出現明顯變形。而其他區域內滑坡的概率均在30%以上，而變形的概率則均高于48%，說明其余4個區域的黃土滑坡體與隧道變形均有著明顯的變化。因此，通過上述結果能夠證明，隧道周圍的黃土滑坡越嚴重，該隧道越容易出現變形。

3.3.4? ?監測結果分析

根據對黃土滑坡體隧道監測到的數據可知，當隧道挖掘到監測點斷面下方時，經過20d左右，整體位移的變化相對比較穩定，測試監測點的水平位移與下沉距離都比較小。但對于黃土滑坡體來講，其坡腳的位移變化相對比較小，滑坡體的中部位移變化最大，坡頂位移變化最小。綜上所述，黃土滑坡體的位移變化相對比較小。由此說明，隧道挖掘并沒有造成黃土滑坡體的滑動，并且隧道挖掘對滑坡體上部的位移影響比較小。

根據隧道監測數據可得，黃土滑坡體隧道的變形速率，拱頂下沉達到92mm，周邊收斂37mm，變形持續的時間在30～40d之間。在巖石屬性相同與深埋條件一致的前提下，對比黃土滑坡體隧道與正常隧道的變形可知，隧道的收斂變形、變形速率和變形持續時間均比黃土滑坡體之外的隧道要大。

4? ?結束語

挖掘、地震、降雨等原因會形成黃土滑坡體，并對其正交下穿隧道造成一定影響，甚至會威脅到鐵路或公路建設的安全，為此分析黃土滑坡體對其正交下穿隧道的變形影響非常必要。將某正交下穿隧道作為測試對象，使用管棚完成初期支護與超前支護，按照隧道方向布置6個監測點，分別對黃土滑坡體位移和隧道收斂變形進行監測，根據監測數據結果對隧道變形進行分析。

通過上述的測試可以證明，隧道周圍的黃土滑坡越嚴重，隧道越容易出現變形。但該測試全程在實驗室的條件下進行，沒有顧及到實際運行時效果。因此在后續測試過程中，需要根據實際運行情況進行更詳細的研究。本文所研究的結論還存在一定的不足之處，還必須對其進行更為詳盡的研究和探討，使其所得出的結論能夠更為精確。

參考文獻

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