板巖地區(qū)隧道洞口邊仰坡滑塌原因及治理措施研究

張安適 魏迎東

（中交三航局第三工程有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

高速公路隧道洞口邊仰坡的滑塌原因及工程治理是公路隧道建設(shè)經(jīng)常面臨的問(wèn)題，特別是板巖地區(qū)隧道仰坡滑塌，已逐漸引起了廣泛關(guān)注?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)板巖地區(qū)隧道洞口邊仰坡防護(hù)及滑塌的研究較少，實(shí)際上，對(duì)雨水較多的板巖地區(qū)，板巖遇水易風(fēng)化、強(qiáng)度急劇降低，節(jié)理裂隙極發(fā)育且呈微張、張開(kāi)狀，巖體破碎，碎塊間結(jié)合性差，在暴雨及久雨條件下，易放生山體滑移，產(chǎn)生滑坡斷縫，對(duì)路基邊坡有很大的安全隱患，對(duì)人的生命安全和社會(huì)將造成嚴(yán)重的影響。因此，為能夠較好對(duì)板巖地區(qū)隧道洞口邊仰坡進(jìn)行治理和預(yù)防，對(duì)滑坡原因及處治措施進(jìn)行深入的研究是很有必要性和重要性的。

1 工程概況

姑會(huì)隧道右幅樁號(hào) K41+843 處姑會(huì)隧道出口左、右洞洞口邊仰坡工程，在施工過(guò)程中，姑會(huì)隧道左右洞出口邊坡均為全風(fēng)化泥質(zhì)板巖，巖體結(jié)構(gòu)基本破壞，極破碎，邊坡穩(wěn)定性較差。受2017年5月、6月份強(qiáng)降雨影響，邊坡出現(xiàn)大面積滑坡，滑坡范圍超出設(shè)計(jì)邊仰坡范圍，引起隧道套拱開(kāi)裂，右幅隧道洞口初支斷面右側(cè)發(fā)生較大收斂位移，侵入二襯設(shè)計(jì)位置，且初噴砼出現(xiàn)裂縫，掉塊，局部工字鋼拱架外露且變形嚴(yán)重。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪和鉆探揭露，隧道右線最大埋深63.6 m，圍巖為第四系覆蓋層硬塑狀粉質(zhì)黏土及全～強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)板巖，部分段落為中風(fēng)化泥質(zhì)板巖。隧道進(jìn)出口段第四系覆蓋層厚度較大，分布于洞身的斜坡上，全風(fēng)化層原巖結(jié)構(gòu)已基本破壞，并且強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)板巖巖體體極破碎，片理化現(xiàn)象發(fā)育，在施工中很可能造成危險(xiǎn)事故的發(fā)生，除此之外，圍巖自穩(wěn)能力差。在開(kāi)挖的施工中要做好相關(guān)的支護(hù)工作，以防止拱部和側(cè)壁坍塌發(fā)生安全事故，地下水的出水狀態(tài)大致為潮濕或點(diǎn)滴狀，然而在降水量較高的季節(jié)則地下水的狀態(tài)可能出現(xiàn)淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊?/p>

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)構(gòu)造，該段邊坡整體而言，覆蓋層、強(qiáng)風(fēng)化板巖厚度大，節(jié)理裂隙極發(fā)育且呈微張、張開(kāi)狀，巖體破碎，碎塊間結(jié)合性差，在削坡階段如有過(guò)大的擾動(dòng)，容易造成坡體松動(dòng)巖塊向臨空面方向產(chǎn)生滑塌等不良地質(zhì)災(zāi)害。

項(xiàng)目地處貴州省黔南三都縣，位于東經(jīng)107°50′～108°10′，北緯25°25′～25°58′。這項(xiàng)工程所處地形主要為斜坡臺(tái)地，并且在苗嶺山脈附近，項(xiàng)目工程周?chē)鷰缀跏歉叨容^低的山脈，重巒疊嶂，地勢(shì)險(xiǎn)峻，河流和山谷形狀多為“U”形，這項(xiàng)工程的地貌復(fù)雜，并且存在許多齒狀、構(gòu)造溶蝕形等。通過(guò)對(duì)項(xiàng)目所處地區(qū)地貌的形態(tài)和特征將其分為溶丘洼地地貌、峰叢谷地地貌等。

這項(xiàng)工程區(qū)域主要在新華夏系扭動(dòng)構(gòu)造體系第三隆起帶的南延區(qū)域，并且所處區(qū)域還位于廣西山字形脊柱的北端位置，所處區(qū)域的東北部存在形態(tài)優(yōu)質(zhì)的華夏系，這項(xiàng)工程的所處區(qū)域山巒形態(tài)復(fù)雜以及多重構(gòu)造的影響，使得所處區(qū)域構(gòu)圖復(fù)雜繁瑣。

主要構(gòu)造為荔波向斜，軸向北東32 度，核部的方向主要為從南到北，地層區(qū)域主要是從三迭統(tǒng)地層到中石炭統(tǒng)地層，然而翼部的地層區(qū)域主要是從三迭統(tǒng)地層到上泥盆統(tǒng)地層，兩翼形態(tài)比較對(duì)稱。

主要地表水系為路線走廊帶主要的水系是珠江流域柳江水系，流經(jīng)區(qū)域地表河水是區(qū)內(nèi)的一級(jí)排泄單元，主要有水各河、污德河、牛長(zhǎng)河等。降水量較大，有良好的地下水資源。區(qū)內(nèi)主要包括碎屑巖類孔隙裂隙類和碳酸鹽類裂隙巖融水類含水巖組。

在這項(xiàng)工程區(qū)域內(nèi)有著豐富的地下水資源，依照該項(xiàng)目區(qū)內(nèi)巖性、地下水的存在形式等特征，將地下水的類型主要分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶水。該區(qū)域內(nèi)地下水資源豐富的原因是由于受到大氣的影響，降水量較高，所以地下水資源豐富，其中該工程的排泄區(qū)主要位于坐馬河和打扒河。

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)有著良好的氣候條件，處于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，降水量較高，氣候溫暖，并且從春季最晚的一次降霜到冬季第一次降霜的相隔時(shí)間較長(zhǎng)，有利于植物的生長(zhǎng)。但是所處區(qū)域的降水量存在差異較大的現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在該區(qū)域東部降水量極少，然而在此區(qū)域的南、北部降水量則會(huì)隨著海拔增高而逐漸的增加。多年平均降水量1195.9 mm，年最大降水量1621.7 mm（1954年），年最小降水量939.2 mm（1962年），日最大降水量212.2 mm（2000年6月21日），日最小降水量71.9 mm（2006年6月21日）。在一月到六月份，該區(qū)域降水量在逐漸的增加，然而在七月份到十二月份降雨量卻在逐漸降低，降雨的頻率在各個(gè)月份也大不相同，依次為：春季31.4%，夏季43.7%，秋季17.3%，冬季7.6%。

2 滑坡影響因素分析

在這項(xiàng)工程施工中極可能發(fā)生邊坡失穩(wěn)的現(xiàn)象，主要存在順層邊坡和開(kāi)挖后不穩(wěn)定邊坡。路線走向與巖層走向大體上一致，路塹邊坡為順向，當(dāng)巖層傾角小于邊坡坡角時(shí)，邊坡易失穩(wěn)。經(jīng)調(diào)查，沿線前段沿線自然邊坡穩(wěn)定性較好，除局部路段巖層傾角在15°～45°，巖體間存在有泥質(zhì)夾層，節(jié)理裂隙發(fā)育、強(qiáng)風(fēng)化層較厚的挖方邊坡存在失穩(wěn)可能。

根據(jù)邊坡滑塌產(chǎn)生現(xiàn)狀，并且根據(jù)實(shí)地勘察數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況，導(dǎo)致邊坡滑塌的主要原因有以下幾點(diǎn)：

（1）地質(zhì)因素：發(fā)生滑塌變形的土體主要為穩(wěn)定性較差的覆蓋層，開(kāi)挖后長(zhǎng)時(shí)間暴露，在干濕變化條件下板巖強(qiáng)度逐漸降低，自穩(wěn)能力變差，故表現(xiàn)為主要為表層滑塌。

（2）水的因素：變形土體結(jié)構(gòu)較松散，易受降雨及地表水入滲運(yùn)移的影響；下伏板巖為相對(duì)隔水層。降雨時(shí)間較長(zhǎng)或者降雨量較大，致使大量的地表水順著第四系土體向下滲透，在巖土交界面產(chǎn)生一定量的積水，并順基巖頂面流動(dòng)，使土巖接觸面被軟化，形成軟弱夾層，因此形成滑塌。

（3）路基開(kāi)挖形成大臨空面，排水邊溝不暢等，誘發(fā)了邊坡土體的滑動(dòng)。

（4）強(qiáng)風(fēng)化板巖厚度大，覆蓋層已發(fā)生滑塌，如不對(duì)邊坡加強(qiáng)支護(hù)，強(qiáng)風(fēng)化層在各種誘因下極易發(fā)生更大的二次滑坡，對(duì)隧道洞口安全和下方橋梁構(gòu)造物造成嚴(yán)重威脅。

3 滑坡治理方案

3.1 原設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)姑會(huì)隧道左右洞出口邊仰坡采用噴錨防護(hù)，3.5 長(zhǎng)ф22 砂漿錨桿，1.2 m*1.2 m 梅花形布置，10 cm 厚 C20 噴射混凝土。

3.2 隧道仰坡滑塌處治設(shè)計(jì)

對(duì)邊坡自上而下進(jìn)行刷坡清方，清方之前需滑坡體頂部插打鋼管樁，這是為了防止在刷坡的過(guò)程中發(fā)生誘發(fā)上部繼續(xù)滑坡的現(xiàn)象，進(jìn)而保證施工安全。采用鋼管樁+小導(dǎo)管注漿+擋墻方式進(jìn)行處治，具體方案如下：

（1）對(duì)滑坡體塌方土石方進(jìn)行全部挖除，按坡比進(jìn)行開(kāi)挖；

（2）在邊坡滑坡頂部及第四、第五級(jí)平臺(tái)設(shè)置2 排ф89*6 mm 鋼管樁，鋼管樁長(zhǎng)15 m，橫向間距1.4 m，縱向間距1.2 m，并錯(cuò)開(kāi)布置，樁頂設(shè)置2 m*1 m 的 C30混凝土樁頂連接承臺(tái)，長(zhǎng)58.5 m，以防繼續(xù)向上滑塌；

（3）隧道仰坡范圍采用ф42*4 mm 鋼花管注漿+掛網(wǎng)噴漿防護(hù)，鋼花管長(zhǎng)5 m，間距1.5*1.5 m，梅花形布置，掛設(shè)6.5 鋼筋網(wǎng)20*20 cm，10 cm 厚 C20 噴射混凝土；

（4）完善邊仰坡外側(cè)坡頂截排水系統(tǒng)；

（5）邊坡平臺(tái)采用20cm 厚C25 混凝土硬化，平臺(tái)寬度4m；

（6）對(duì)明洞（未施工）段右側(cè)邊坡坡腳進(jìn)行反壓回填，同時(shí)，采用型鋼對(duì)初期支護(hù)拱架進(jìn)行臨時(shí)支撐；

（7）對(duì) K41+824～838 段洞身進(jìn)行徑向?42×4 mm 小導(dǎo)管注漿，小導(dǎo)管長(zhǎng)度4.5 m，間距120×120 cm，梅花形布置；

（8）坡腳增設(shè)45 米長(zhǎng)5m 高C20 片石砼護(hù)腳墻，并對(duì)因清方卸載端損環(huán)的洞頂截水溝進(jìn)行改移。

（9）在洞口段右側(cè)坡腳平行線路方向增設(shè)14 米長(zhǎng)，5 米高C20 片石砼抗滑擋墻防護(hù)。

（10）對(duì)右洞右側(cè)第一級(jí)、第二級(jí)、第三級(jí)、第四級(jí)邊坡進(jìn)行植草防護(hù)。

（11）對(duì)洞內(nèi)斷面，洞口上方邊坡進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，待圍巖及邊坡穩(wěn)定后，對(duì) K41+824～840 段初期支護(hù)進(jìn)行工字鋼拱架更換，重新施作噴射砼。為確保安全，工字鋼拱架應(yīng)逐榀更換。

（12）姑會(huì)隧道右洞明洞段至姑會(huì)特大橋1#橋右幅0#橋臺(tái)仰拱底采用 C15片石砼進(jìn)行換填。

圖3.1 姑會(huì)隧道洞口仰坡滑塌處理縱斷面圖

圖3.2 姑會(huì)隧道洞口仰坡滑塌處理平面圖

4 邊仰坡塌方治理施工及監(jiān)測(cè)驗(yàn)證

按照該段處治防護(hù)方案，對(duì)邊坡進(jìn)行施工、監(jiān)控量測(cè)，施工完成后監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)無(wú)明顯變形、穩(wěn)定性較好，未對(duì)隧道洞口安全及行車(chē)運(yùn)營(yíng)造成威脅。

圖4.1 荔榕高速姑會(huì)隧道仰坡滑塌處理完成圖

5 結(jié)論

根據(jù)板巖地區(qū)，荔波至榕江高速公路姑會(huì)隧道出口左、右洞洞口邊仰坡滑塌處治過(guò)程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況、施工及監(jiān)測(cè)情況，可得以下結(jié)論：

（1）板巖地區(qū)地表土體主要為穩(wěn)定性較差的覆蓋層，開(kāi)挖后長(zhǎng)時(shí)間暴露，在干濕變化條件下板巖強(qiáng)度逐漸降低，自穩(wěn)能力變差，易造成邊坡表層滑塌。

（2）板巖地區(qū)隧道邊仰坡土體結(jié)構(gòu)較松散，易受降雨及地表水入滲運(yùn)移的影響，在降雨量較大或者是降雨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致地表水順著第四系土體向下放滲透，并在巖土交界面處地表水會(huì)產(chǎn)生一定的積累，并且并順基巖頂面流動(dòng)，使土巖接觸面轉(zhuǎn)變成軟弱夾層，從而導(dǎo)致滑塌的現(xiàn)象發(fā)生。

（3）隧道洞口開(kāi)挖形成大臨空面，排水邊溝不暢等，支護(hù)不及時(shí)均會(huì)誘發(fā)了邊坡土體的滑動(dòng)。

（4）強(qiáng)風(fēng)化板巖厚度大，節(jié)理裂隙極發(fā)育且呈張開(kāi)狀，巖體破碎，碎塊間結(jié)合性差，覆蓋層已發(fā)生滑塌，如不對(duì)邊坡加強(qiáng)支護(hù)，強(qiáng)風(fēng)化層在各種誘因下極易發(fā)生更大的二次滑坡，因此應(yīng)對(duì)板巖地區(qū)隧道洞口邊仰坡做好充分的安全防范措施，防止安全事故的發(fā)生。

（5）總的來(lái)說(shuō)，板巖地區(qū)在施工過(guò)程中，受施工擾動(dòng)及雨水影響，不及時(shí)支護(hù)易造成隧道洞口邊仰坡滑塌，因此實(shí)際工程必須重視板巖遇水因風(fēng)化、軟化的作用。

（6）本文分析加深了對(duì)“板巖地區(qū)”隧道邊仰坡滑塌原因和治理的理解，對(duì)類似板巖地區(qū)隧道邊仰坡的防護(hù)及治理提供了較好的參考。