復(fù)雜條件城市山嶺隧道渣場(chǎng)自然環(huán)境特點(diǎn)及整治對(duì)策研究

康志鵬，葛玉強(qiáng)，黎以良，陳宇，海大鵬

（中建隧道建設(shè)有限公司，重慶 401300）

康志鵬，葛玉強(qiáng)，黎以良，等.復(fù)雜條件城市山嶺隧道渣場(chǎng)自然環(huán)境特點(diǎn)及整治對(duì)策研究[J].重慶建筑，2019（7）：51-55.

0 引言

目前，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，國家不斷加大對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的投入，我國的公路隧道建設(shè)快速發(fā)展。雖然近幾年我國公路隧道發(fā)展迅猛，但在各類公路工程的建設(shè)當(dāng)中產(chǎn)生了許多環(huán)境問題，其中比較突出的就是公路隧道棄渣場(chǎng)的問題。公路工程由于隧道開挖產(chǎn)生了大量棄渣，這些沿線隧道渣料堆放在地勢(shì)低洼處，隨著棄渣的不斷累積，形成大規(guī)模的棄渣場(chǎng)。由于棄渣自然堆放，形成不規(guī)則形的平臺(tái)和松散堆積邊坡。這些邊坡在風(fēng)、雨等不利條件下極易發(fā)生各類滑坡等地質(zhì)災(zāi)害和嚴(yán)重的水土流失，對(duì)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境產(chǎn)生不利影響，甚至嚴(yán)重威脅到臨近公路工程的安全運(yùn)行。

不同類型的邊坡穩(wěn)定性問題，一直是國內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，目前已有許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究。陳國慶[1]等針對(duì)強(qiáng)度折減法只能得到單一不變的安全系數(shù)的缺點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡從破壞到失穩(wěn)整個(gè)過程的分析，提出結(jié)合動(dòng)態(tài)和整體強(qiáng)度折減法來評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性的方法；朱大勇[2]等從邊坡的坡面形態(tài)方面對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，通過大量邊坡失穩(wěn)的現(xiàn)場(chǎng)資料，并結(jié)合模型試驗(yàn)，分別得到凸坡和凹坡的穩(wěn)定性；張江偉[3]等對(duì)地震作用下各類邊坡破壞的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)各類模型理論和試驗(yàn)分析進(jìn)行介紹，分析了它們的特點(diǎn)和適用性；吳振君[4]等針對(duì)邊坡穩(wěn)定性因素敏感性，提出一種基于可靠度分析的新方法——可靠度分析方法；高玉峰[5]等回顧了土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的三種主要方法，針對(duì)它們存在的問題進(jìn)行研究，并指出了未來的發(fā)展方向；王旭春[6]等利用極限平衡理論對(duì)露天礦邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并研究了主要巖體參數(shù)對(duì)其穩(wěn)定性影響的敏感性；阮航[7]等針對(duì)影響公路邊坡穩(wěn)定性信息的隨機(jī)性、模糊性和不完整性，提出了一種改進(jìn)模糊評(píng)價(jià)方法，該模型將模擬的結(jié)果與邊坡實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比，表明該模型具有很好的一致性；唐朝輝[8]等討論了填土邊坡的不確定性，針對(duì)影響填土邊坡穩(wěn)定性的各類變量，建立了邊坡穩(wěn)定性影響的可靠度分析流程，系統(tǒng)地建立了一種填土邊坡穩(wěn)定性的可靠度分析方法；丁麗宏[9]提出了基于改進(jìn)的灰關(guān)聯(lián)和層次分析法相結(jié)合的邊坡穩(wěn)定性分析方法，該方法克服了傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)，并有效提高了精度。

邊坡的穩(wěn)定性研究雖然已取得眾多成果，但在城市山嶺隧道棄渣場(chǎng)坡體穩(wěn)定性研究方面還不夠系統(tǒng)。龍洲灣隧道棄渣堆積在溝谷地帶，形成了不規(guī)則形的平臺(tái)，棄渣場(chǎng)土層結(jié)構(gòu)松散，在降雨等不利條件下有可能發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境產(chǎn)生不利影響，威脅到當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全，因此必須對(duì)龍洲灣隧道棄渣場(chǎng)各個(gè)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評(píng)估，針對(duì)不穩(wěn)定的渣場(chǎng)邊坡提出有效的治理措施。

1 棄渣場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)概況

1.1 地形地貌

線路區(qū)位于四川盆地東部平行嶺谷區(qū)，背斜成山，向斜成谷，山高谷深，嶺谷相間。地形由窄條狀山脈和丘陵谷地組成。山脈兩側(cè)地勢(shì)陡峻，多形成陡坡和峻坡，山脊高程 400～500m。山脈之間寬闊的丘陵谷地相對(duì)低緩，丘頂高程 200～300m。地貌格局與區(qū)域構(gòu)造線相吻合，沿 NNE方向展布，且向斜成丘陵，背斜成山，呈隔擋式構(gòu)造。

1.2 氣象和水文

（1） 氣象

工程區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，主要特點(diǎn)是空氣濕潤，春早夏長、冬暖多霧、秋雨連綿，降雨充沛，分配不均，年無霜期349d左右。

表1 Ⅰ-Ⅰ剖面穩(wěn)定性計(jì)算（天然工況）

表2 Ⅰ-Ⅰ剖面穩(wěn)定性計(jì)算（暴雨工況）

根據(jù)巴南區(qū)氣象局提供的資料顯示，當(dāng)?shù)貧鉁兀憾嗄昶骄鶜鉁貫?17.8℃，月平均氣溫最高 32.8℃（8月），最低 6.3℃（12月）。日極端最高氣溫為 42.5℃（2006年 8月 26日），最低-1.8℃（1975 年 12月 15日）。

降雨量：區(qū)內(nèi)以降雨為主，雪、冰雹少見，年最大降雨量1502.4mm（1982年），年最小降雨量為 819.20mm（1969 年），多年平均降雨量為 1141.8mm，降雨多集中在 4—9月，其降雨量最高達(dá)867.8mm，占年降雨量的76%。

（2） 水文

銅鑼山脈的地表水系屬長江水系，區(qū)內(nèi)高差較大，地形坡度大，地表季節(jié)性沖溝谷發(fā)育，地表徑流條件較良好，選址區(qū)及影響范圍內(nèi)無大的地表河流，隧道進(jìn)口有龍眼睛水庫，另外小水溝、溪溝、魚塘較多，地表水較發(fā)育。

1.3 工程地質(zhì)

巖性有灰?guī)r、白云巖、巖溶角礫巖、泥巖、砂巖、頁巖等。

擬建場(chǎng)地具有低山的“一山二槽三嶺”的高位巖溶槽谷地貌，可溶巖形成了較多的地下溶洞和暗河等；在嶺脊附近出露碎屑巖、侏羅系紅層含水巖組，因此水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

區(qū)域歷史上地震活動(dòng)較弱，地震震級(jí)低，強(qiáng)震活動(dòng)弱，屬地殼相對(duì)穩(wěn)定區(qū)塊。區(qū)域范圍內(nèi)無斷裂、破碎帶通過，構(gòu)造穩(wěn)定。場(chǎng)地?zé)o滑坡、泥石流、液化、震陷等地震穩(wěn)定性問題。工程區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖溶及巖溶塌陷、煤窯采空區(qū)。

2 棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 計(jì)算分析

棄渣場(chǎng)按設(shè)計(jì)堆渣后將形成兩個(gè)高填方邊坡，如圖1所示：

2.2 Ⅰ—Ⅰ剖面穩(wěn)定性分析

Ⅰ—Ⅰ剖面折線滑動(dòng)法穩(wěn)定性計(jì)算如圖2所示，天然工況Ⅰ—Ⅰ剖面穩(wěn)定性計(jì)算如表1所示，暴雨工況Ⅰ—Ⅰ剖面穩(wěn)定性計(jì)算如表2所示。

2.3 Ⅱ—Ⅱ剖面穩(wěn)定性分析

Ⅱ—Ⅱ剖面折線滑動(dòng)法穩(wěn)定性計(jì)算如圖3所示，天然工況Ⅱ—Ⅱ剖面穩(wěn)定性計(jì)算如表3所示，暴雨工況Ⅱ—Ⅱ剖面穩(wěn)定性計(jì)算如表4所示。

經(jīng)計(jì)算棄渣體Ⅰ—Ⅰ邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)天然工況為1.19，小于安全系數(shù)1.2，暴雨工況為1.19，大于安全系數(shù)1.1。Ⅰ—Ⅰ邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進(jìn)行處理。Ⅱ—Ⅱ邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)天然工況為1.31，大于安全系數(shù)1.2，暴雨工況為1.31，大于安全系數(shù)1.1，所以Ⅱ—Ⅱ邊坡暫時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)，不需要進(jìn)行處理。

表3 Ⅱ-Ⅱ剖面穩(wěn)定性計(jì)算（天然工況）

表4 Ⅱ-Ⅱ剖面穩(wěn)定性計(jì)算（暴雨工況）

3 攔渣壩穩(wěn)定性分析

通過上面分析，棄渣體Ⅰ—Ⅰ邊坡在天然工況下的穩(wěn)定性系數(shù)小于安全系數(shù)，通過設(shè)置攔渣壩來使其滿足要求。下面根據(jù)棄渣體的剩余下滑力對(duì)Ⅰ—Ⅰ剖面攔渣壩穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析。墻體及地層參數(shù)如表5所示。

表5 墻體及地層參數(shù)

圖1 棄渣場(chǎng)堆渣后形成的兩個(gè)高填方邊坡

圖2 Ⅰ—Ⅰ剖面折線滑動(dòng)法穩(wěn)定性計(jì)算示意圖

圖3 Ⅱ—Ⅱ剖面折線滑動(dòng)法穩(wěn)定性計(jì)算示意圖

墻身所受滑坡推力：Ea=345.000； Ex=345.000；Ey=0.000kN；作用點(diǎn)距離墻底高度=8.368m；墻身截面積=85.395m2；重量=1964.080kN。

（1）滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算

采用傾斜基底增強(qiáng)抗滑動(dòng)穩(wěn)定性，計(jì)算過程如下：

基底傾斜角度=5.71°；Wn=1954.333kN；En=34.329kN；Wt=195.433kN；Et=343.288kN；滑移力=147.855kN；抗滑力=795.465kN。

滑移驗(yàn)算滿足：Kc=5.380＞1.350。

地基土層水平向：滑移力=345.000kN；抗滑力=1066.306kN。

地基土層水平向：滑移驗(yàn)算滿足Kc2=3.091＞1.350。

（2）傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

相對(duì)于墻趾點(diǎn)，墻身重力的力臂Zw=6.749m；

相對(duì)于墻趾點(diǎn)，Ey的力臂Zx=9.500m；

相對(duì)于墻趾點(diǎn)，Ex的力臂Zy=7.000m。

驗(yàn)算擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定性：

傾覆力矩=2415.000kN·m；抗傾覆力矩=13256.434 kN·m。

傾覆驗(yàn)算滿足：K0=5.489＞1.500。

（3）地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算

基礎(chǔ)為天然基礎(chǔ)，驗(yàn)算墻底偏心距及壓應(yīng)力：

作用于基礎(chǔ)底的總豎向力=1988.661kN；總彎距=10841.434kN·m；基礎(chǔ)底面寬度B=13.752m；偏心距e=1.425m；基礎(chǔ)底面合力作用點(diǎn)距離基礎(chǔ)趾點(diǎn)的距離Zn=5.452m。

基底壓應(yīng)力：趾部=234.481kPa；踵部=54.727kPa。

作用于基底的合力偏心距驗(yàn)算滿足：e=1.425≤0.250x13.752=3.438m。

地基承載力驗(yàn)算滿足：最大壓應(yīng)力=234.481≤500.000kPa。

通過滑坡推力作用情況下對(duì)攔渣壩進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果滿足要求，故Ⅰ—Ⅰ剖面處攔渣壩穩(wěn)定。

5 棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定措施

（1）為防止棄渣場(chǎng)上游積水流入坡體，在棄渣場(chǎng)坡體坡頂設(shè)置一道截水溝，并在坡體兩側(cè)設(shè)置多道截水溝截流兩側(cè)坡面向中間匯水。

（2）截水溝溝寬60cm，高60cm，采用M10砂漿MU30片石砌成。溝槽底部做成三道臺(tái)階并鋪設(shè)鋼筋，采用直徑Φ8的HPB300鋼筋，以增加截水溝的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，延長使用壽命。截水溝的排水坡度不得緩于1%，以加強(qiáng)排水，防止積水漫入坡體。

（3）棄渣場(chǎng)坡體底部平行安裝3根直徑Φ1000mm鋼筋混凝土排水花管，花管環(huán)向設(shè)置5道Φ15滲水孔，外包無紡布（≥400g/m2），安裝時(shí)打孔側(cè)朝上，無孔部分埋設(shè)水泥砂漿保護(hù)層上（并位于地面下，施工中先挖槽）。

（4）棄渣場(chǎng)頂鋪設(shè)50cm厚黏土隔水層，減少雨水浸入棄渣體。

（5）棄渣場(chǎng)頂向外作3%的排水坡，以利排水。

（6）堆渣邊坡坡腳平臺(tái)處設(shè)置平臺(tái)截水溝連接至兩側(cè)截水溝，方便邊坡排水。

6 結(jié)論

（1）國內(nèi)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了大量研究，但在城市山嶺隧道棄渣場(chǎng)坡體穩(wěn)定性研究方面還不夠系統(tǒng)。龍洲灣隧道棄渣堆積在溝谷地帶，在降雨等不利條件下有可能發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境產(chǎn)生不利影響，威脅到當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全。

（2）棄渣場(chǎng)按設(shè)計(jì)堆渣后將形成兩個(gè)高填方邊坡，經(jīng)本文計(jì)算Ⅰ—Ⅰ邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進(jìn)行處理，Ⅱ—Ⅱ邊坡暫時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)，不需要進(jìn)行處理。

（3）通過滑坡推力作用情況下對(duì)攔渣壩進(jìn)行受力，計(jì)算結(jié)果滿足要求，故Ⅰ—Ⅰ剖面處攔渣壩穩(wěn)定。

（4）加強(qiáng)棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的措施主要從兩方面入手：一是要在渣場(chǎng)邊坡的頂部及側(cè)面設(shè)置截水溝，并在坡面鋪設(shè)隔水層，以防止降水流入坡體，對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響；二是要在邊坡坡底處設(shè)置多根排水管，加強(qiáng)坡體排水，并保護(hù)坡腳，增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。