溝谷段隧道洞口滑坡綜合加固治理方案

劉傳利 桂登斌

摘要：我國(guó)西南片區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，其中滑坡災(zāi)害最為常見(jiàn)。文章以云南大關(guān)至永善高速公路溝谷處椿坪2號(hào)隧道洞口段為依托，采用理論分析、數(shù)值模擬分析了該洞口坡體的穩(wěn)定性，并針對(duì)具體施工提出相應(yīng)處治方案，得到結(jié)論：（1）采用傳統(tǒng)理論計(jì)算手段分析得到坡體穩(wěn)定性暴雨?duì)顟B(tài)下為1.006，天然狀態(tài)下為1.099;并采用數(shù)值模擬驗(yàn)證該坡體穩(wěn)定性在暴雨?duì)顟B(tài)下為0.99，天然狀態(tài)下為1.043，兩種手段相互驗(yàn)證了該滑坡的不穩(wěn)定性，需采用有效治理手段。（2）依托工程洞口處施工場(chǎng)地窄針且坡體不穩(wěn)定，提出以坡體治理為主，方便隧道施工為輔的溝谷段洞口綜合治理方案，采用溝谷回填+抗滑樁及抗滑擋墻相結(jié)合的綜合治理方案。

[作者簡(jiǎn)介]劉傳利 （1983—），男，碩士，高級(jí)工程師，從事公路隧道設(shè)計(jì)、咨詢和科研工作。

近年來(lái)，我國(guó)西南片區(qū)高速公路發(fā)展很快，在西南山區(qū)公路交通不僅隧線比大且自然災(zāi)害頻發(fā)，然而隧道洞口段滑坡綜合治理一直是導(dǎo)致隧道洞口段難以安全開(kāi)挖的首要問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者針對(duì)溝谷段滑坡的穩(wěn)定性、綜合治理方案進(jìn)行了大量研究。張鵬元[1]針對(duì)滑坡場(chǎng)區(qū)地質(zhì)、水文概況采用全埋入式抗滑樁對(duì)貴州中寨隧道洞口段滑坡進(jìn)行處理;李曉旭[2]采用PLAXIS有限元計(jì)算軟件驗(yàn)證了板樁墻在滑坡治理方面效果明顯，并指出洞口開(kāi)挖前做好預(yù)支護(hù)及臨時(shí)排水可以降低洞口滑坡的可能;張偉等人[3]采用非線性有限元法對(duì)該洞口滑坡進(jìn)行了分析，得到了塑性區(qū)分布特征及滑面位置;王國(guó)欣等人[4]提出有限元模擬和監(jiān)控量測(cè)相結(jié)合的方法是防治隧道洞口滑坡的可靠手段;

綜上所述，有大量學(xué)者對(duì)沿河傍山修建隧道洞口段滑坡治理進(jìn)行了大量研究，但未有對(duì)綜合治理隧道進(jìn)洞施工進(jìn)行分析研究。因此，本文采用數(shù)值模擬、理論計(jì)算等手段對(duì)云南大關(guān)至永善高速公路椿坪2號(hào)隧道出口段滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并給出相應(yīng)方案的優(yōu)化建議，可為今后類似工程治理與研究提供參考。

1 工程概況及滑坡特征

椿坪2號(hào)隧道洞口位于魯溪村金竹林，出口位于魯溪村禹家河溝，設(shè)計(jì)為分離式雙洞隧道，右線隧道起訖樁號(hào)K48+431～K49+591，全長(zhǎng)1 160 m，坡度-2.600 %，隧道最大埋深約372.0 m，位于K48+840處（圖1）。

椿坪2號(hào)隧道出口所處的魯溪村禹家河溝屬季風(fēng)影響性高原氣候，雨水充沛，春濕多雨，其降雨多集中于4～7月，約占全年降水量的53 %;隧道出口區(qū)的主干河流為金沙江，主要支流有大關(guān)河、灑漁河、上小河等河流;地表徑流主要來(lái)源于上游冰雪融化及季節(jié)性降水。受年內(nèi)、年際降水量不均影響，汛期降水集中，徑流量大，河水暴漲。溝谷上游有松散堆積體，暴雨季節(jié)易發(fā)生泥石流。

由于椿坪隧道出口洞口處發(fā)生兩次小滑塌，為確保滑坡整治方案的合理性，現(xiàn)場(chǎng)采用瞬變電磁解釋推斷出洞口處斷面坡體巖層分布如圖2所示，其中洞口段覆蓋層為厚度約12.8～31.5 m的碎石土，下覆基巖為中風(fēng)化灰?guī)r。

根據(jù)椿坪隧道出口段坡體斷面地層剖面圖，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)勘察資料，其中地層巖土物理力學(xué)參數(shù)選取如表1所示。在邊坡治理工程實(shí)施前，結(jié)合各潛在滑動(dòng)面的變形特點(diǎn)及穩(wěn)定程度，根據(jù)上表中各土層物理力學(xué)參數(shù)，采用GB T32864-2016《滑坡防治工程勘查規(guī)范》[5]中坡體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式對(duì)不同工況（天然工況、暴雨工況）的洞口處坡體穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

通過(guò)對(duì)該隧道進(jìn)口位置坡體分析研究，可得到結(jié)論：洞口位置處滑塌體受降雨及溝谷沖刷影響，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，建議加強(qiáng)支護(hù)，避免牽引后面山體下滑，上部堆積體所處的深層滑面滑動(dòng)安全系數(shù)在正常工況及暴雨工況下皆屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

2 滑坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬

采用FLAC6.0數(shù)值模擬軟件，采用軟件內(nèi)置滑坡強(qiáng)度折減法穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算方法，按式（1）將圍巖強(qiáng)度參數(shù)粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ值同時(shí)除以一個(gè)折減系數(shù)F得到一組新的c′、φ′值，依次迭代計(jì)算最終得到坡體破壞狀態(tài)的折減值F，即為坡體穩(wěn)定系數(shù)。

式（1）中，F(xiàn)為折減系數(shù);c為巖土材料的粘聚力;φ為巖土材料的內(nèi)摩擦角;c′為按F值折減后的粘聚力，φ′為按F值折減后的內(nèi)摩擦角。

其洞口段坡體二維穩(wěn)定性計(jì)算模型長(zhǎng)、寬、高分別為395 m、5 m、350 m，約束模型前、后、左、右及下邊界，其中模型分為上覆碎石土層和下覆中風(fēng)化泥巖層，土體物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，坡體天然、降水條件下穩(wěn)定性數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果如圖3、圖4所示。

通過(guò)圖3、圖4結(jié)合GB T3284-2016《滑坡防治工程勘察規(guī)范》可知，未處理暴雨工況下滑坡體安全系數(shù)為0.99，處于臨界失穩(wěn)狀態(tài);未處理天然工況下滑坡體安全系數(shù)為1.043，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。與穩(wěn)定性計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果差距約為6 %，驗(yàn)證了數(shù)值模擬計(jì)算的可靠性。

無(wú)論天然狀態(tài)下或暴雨?duì)顟B(tài)下都不宜直接進(jìn)行隧道施工，需對(duì)其進(jìn)行加固預(yù)處理。

3 滑坡治理方案

3.1 坡體治理方案

根據(jù)上節(jié)對(duì)椿坪2號(hào)隧道洞口的滑坡安全穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，未進(jìn)行處理的隧道出口邊坡上部堆積體在暴雨?duì)顟B(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)?，F(xiàn)通過(guò)分析對(duì)洞口段坡體進(jìn)行綜合治理，設(shè)計(jì)方案為：

（1）考慮現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，由于河溝的反壓回填擴(kuò)大工區(qū)施工場(chǎng)地。即考慮在椿坪隧道出口洞口處進(jìn)行填溝，將右洞沖溝順直到右洞口的右側(cè)，在沖溝后緣修建截排水溝，盡量將地表水引到其它沖溝內(nèi)。

（2）考慮抵抗上部堆積體下滑力，即在椿坪2號(hào)隧道出口處施做抗滑樁+樁板墻及抗滑擋墻，并在上部堆積體處進(jìn)行地面錨索加固，如圖5所示。

3.2 隧道進(jìn)洞預(yù)處理方案

椿坪2號(hào)隧道進(jìn)洞主要采取措施如下：第一步，完成禹家河溝填溝方案，施作洞口截水溝;第二步，施作長(zhǎng)為14 m抗滑樁及抗滑擋墻，呈“H”字形布置;第三步，施作17.5 m明洞，采用直徑1.5 m長(zhǎng)30 m樁基進(jìn)行明洞基底加固，并用鋼花管對(duì)明洞基底注漿加固;第四步，施作長(zhǎng)為25 m的108×6 mm熱軋無(wú)縫鋼管的雙層超前大管棚;第五步，待明洞樁基及基底處理達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行上覆土回填。具體方案示意如圖6所示。

4 結(jié)論

對(duì)椿坪2號(hào)隧道隧道滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，采用文獻(xiàn)調(diào)研、數(shù)值模擬等方法，驗(yàn)證了隧道進(jìn)口滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)并提出了相應(yīng)治理方案，得到結(jié)論：

（1）采用條分法計(jì)算得到溝谷段椿坪隧道2洞口段坡體穩(wěn)定性暴雨?duì)顟B(tài)下為1.006，天然狀態(tài)下為1.099;并采用數(shù)值模擬驗(yàn)證該坡體穩(wěn)定性在暴雨?duì)顟B(tài)下為0.99，天然狀態(tài)下為1.043。兩種手段皆說(shuō)明了該滑坡的不穩(wěn)定性，需采用有效治理手段。

（2）本文依托工程洞口處施工場(chǎng)地窄針且坡體不穩(wěn)定，提出以坡體治理為主，方便隧道施工為輔的溝谷段洞口綜合治理方案，采用溝谷回填+抗滑樁及抗滑擋墻相結(jié)合的綜合治理方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鵬元.公路隧道洞口滑坡分析與綜合治理[J].中外公路，2018，38（01）：43-46.

[2] 李曉旭.高速公路隧道洞口滑坡穩(wěn)定性分析及治理措施[J].公路，2017，62（12）：292-295.

[3] 張偉，焦玉勇，郭小紅.隧道洞口滑坡穩(wěn)定性分析與防止措施 [J].巖土力學(xué)，2008，29（S1）：311-314.

[4] 謝雄耀，黃宏偉.公路隧道洞口滑坡的機(jī)制分析及監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，（2）：268-274.

[5] 滑坡防治工程勘查規(guī)范： GB/T 32864-2016 [S]. 北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2016.