大田一号隧道洞门仰坡蠕滑体整治方案

2021-06-29向俐蓉

高速铁路技术 2021年3期

向俐蓉刘刚黄棋

(中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031)

贵广高速铁路大田一号隧道为双线隧道。在施工过程中，该隧道进口洞门仰坡山体发生了蠕动滑移。现场踏勘初步分析判定，该斜坡目前处于蠕滑变形阶段，存在较大的安全隐患，若不及时治理，在前缘继续临空及雨季地表水下渗进一步软化岩土体的情况下，极可能形成较大范围的工程滑坡，其治理难度及费用将大大增加。因此，必须对该仰坡蠕滑体的稳定性作出明确判断，并采用经济合理的技术方案进行加固整治。

1 工程概况

1.1 工程地质

大田一号隧道进口段为剥蚀丘陵地貌区，绝对高程160～300 m，自然坡度30°～50°，坡度较陡。地表上覆0～2 m厚坡残积的粉质黏土，植被发育，局部见基岩出露，下伏基岩为寒武系清溪组中段砂岩夹页岩。砂岩为灰绿色、青灰色，砂状结构或泥质粉砂质结构，薄-中厚层状构造，含砾石，节理发育，岩质坚硬。页岩夹层为薄层状，岩质软，易风化。

地下水以基岩裂隙水为主，分布于风化裂隙和构造裂隙中，接受大气降水的入渗补给，沿地形自然斜坡向低处渗流，以小泉和分散渗流于坡脚排泄于溪沟中。

1.2 蠕滑体现状及成因

现场踏勘发现仰坡上方自然边坡发育5条大致相互平行并沿坡面呈弧形状的裂缝，裂缝在地表呈时断时续的弧形状延伸,最长裂缝连续达20 m。裂缝呈“V”字型，上宽下窄，缝宽5～50 cm，深度30～100 cm,局部地段见小的错台现象。在新刷方的仰坡坡面右侧18～35 m范围内发育2条呈弧形的裂缝。裂缝长约15～20 m，缝宽5～30 cm，深度30～60 cm。

根据滑体范围内两个试坑的开挖情况及洞门附近蠕滑体挤出点的情况分析，滑体厚2～6 m，滑面为砂岩夹页岩的强风化层与上覆土层分界面。蠕滑体上覆土层成分为全风化的砂岩夹页岩及坡残积粘性土，夹10%～30%的砂页岩质碎石、角砾，直径2～40 mm。

施工揭示的地质情况与原勘察地质资料基本吻合，分析该自然边坡产生蠕滑的原因如下：

(1)施工开挖后未能及时完成边仰坡防护工程，施工即开挖进洞，隧道进洞较晚，仰坡既高又陡，未加固的仰坡土体前缘出现临空面。

(2)施工期间暴雨强度大，持续时间较长，大量降雨补给土体内地下水，增加了土体重量，降低了抗剪强度。

(3)前缘土体局部失稳后，仅清除坍塌体，未对仰坡及时加固，致仰坡临空面进一步加大。

以上原因导致仰坡变形进一步加剧，诱发仰坡土体大范围蠕动滑移。

1.3 稳定性评价

综合地表裂缝情况分析，隧道仰坡后山体已发生了蠕动滑移。该蠕滑体周界清楚，平面地貌整体呈撮箕形，且蠕滑过程分多次发展形成。首先是洞门处仰坡开挖导致土体临空失稳，清除坍滑体后继续施工，导致其后的土体继续临空蠕动滑移，地表产生裂缝，降雨减少后，蠕滑体暂时处于极限平衡状态。但若不及时治理，在前缘继续临空及雨季地表水下渗进一步软化土体的情况下，极可能在强风化层与弱风化层分界面形成贯通性滑动面，从而导致较大范围的工程滑坡体产生。

2 方案选定

我国在滑坡治理方面积累了大量的工程经验。归纳起来措施大致分为三类[1-3]。

(1)消除或减轻水的危害

这是整治滑坡不可或缺的辅助措施，也是首先采取的长期运用的措施。其目的是拦截、引排地表水和地下水，防止水进入滑坡体内，增加滑坡土体重量，降低滑面强度参数。

(2)改变滑坡体外形，设置抗滑结构物

这是近年来采用最多的治理方式。改变滑坡体外形的措施包括削坡减重，堆载反压和清除滑坡体；设置的抗滑结构物包括抗滑挡墙、抗滑桩以及锚杆(索)等。

(3)改善滑动带土石性质

一般采用焙烧法、爆破灌浆法、复合群桩法等物理(或化学)方法对滑坡潜在滑动面进行整治，改变滑面力学性质。

大田一号隧道洞门仰坡坡度较陡(自然坡度30°～50°)，且处于蠕滑极限平衡状态，采用改善滑动带土石性质的方法，施工机具难以架设，且施工对蠕滑体形成加载，措施发挥作用前对滑面存在不利影响，同时该工点也不具备堆载反压和削坡减重的条件。因此，该工点宜采用减轻水的危害与设置抗滑结构物相结合的工程措施进行整治。

仰坡的蠕滑过程分多次发展形成，其上方自然边坡发育5条大致相互平行并沿坡面呈弧形状的裂缝，说明该工点存在多个潜在滑动面。为确保蠕滑体的整体稳定性和局部稳定性都满足设计要求，抗滑结构物需采取多种措施相结合的综合治理手段：垂直于主滑面滑动方向设置一排或多排抗滑桩，确保蠕滑体的整体稳定性满足要求；坡面设置锚杆框架梁护坡工程，确保蠕滑体局部稳定性满足要求。

3 方案设计

3.1 计算参数

滑坡分析需对计算参数进行合理的选择和确定，目前通常采用原位试验法与估算法相结合的计算方法来确定计算参数[4-5]。这主要是因为原位试验法获取的参数不确定一定反映了滑面的最不利工作状态，例如原位试验时的滑面土体未处于饱水状态，而未来滑面有可能处于饱水状态。因此，应先依据原位试验的获取参数计算滑坡稳定性，再判定计算所得稳定系数与滑坡的实际稳定状态是否相符，若两者不相符，则需采用估算指标对原位试验参数进行修正。

综合原位试验法及估算法，本工点蠕滑体及滑面计算参数的为：天然容重r=20 kN/m3，饱和容重rd=21 kN/m3，C=15 kPa，φ=25°。岩层地基系数K=200 000 kN/m3，横向容许承载力[σ]=1 400 kPa。沿土石分界面的整体稳定性及推力计算均按传递系数法考虑[6]。

采用以上参数对各主轴断面进行计算，各主轴断面的稳定安全系数如表1所示。从表1可以看出，计算结果与目前仰坡的稳定状态(极限平衡状态)相符，说明计算参数取值合理。

表1 各断面整体稳定系数表

3.2 抗滑桩设计

抗滑桩是确保本蠕滑体整体稳定性的重要结构物，其推力可根据蠕滑体稳定安全系数、滑动面、边界条件及滑动面强度指标计算确定。根据TB 10025-2019《铁路路基挡结构设计规范》，滑坡整治后的稳定安全系数一般为1.1～1.25，对重要工程、危害大的滑坡宜取大值。因此本工点设计稳定安全系数取为1.25。采用瑞典条分法计算蠕滑体的剩余下滑力，如表2所示。

表2 蠕滑体剩余下滑力、桩推力及桩设计要素表

从表2可以看出，蠕滑体最大剩余下滑力为 1 248 kN/m。考虑到该工点滑坡推力较大，且蠕变体为浅层滑体，存在滑体从中间剪出的可能性，故设置两排抗滑桩进行整治。第1排抗滑桩位于蠕滑体中部，第2排抗滑桩位于主滑面剪出口。

根据抗滑桩设置位置，采用瑞典条分法计算确定抗滑桩所承担的推力[7-8]，第1排抗滑桩推力取其所支挡上部蠕滑体的剩余下滑力，第2排抗滑桩推力取断面剩余下滑力减去第1排抗滑桩推力后的剩余力。根据推力设计抗滑桩截面、桩长等设计要素(结果如表2所示)。

3.3 护坡及防排水设计

本工点护坡采用锚杆框架梁防护，目的是确保蠕滑体的局部稳定性满足要求。锚杆框架梁按构造要求进行设计。对蠕滑体剩余下滑力较大的坡面(主要位于蠕滑体的中部区域)，框架梁框架间距采用3.0 m，锚杆采用大锚杆。对蠕滑体剩余下滑力较小的坡面(主要位于蠕滑体的四周区域)，框架梁框架间距采用4.0 m，锚杆采用大锚杆。

防排水是滑坡治理过程中必不可少的措施，采用构造设计。本工点采用的防排水措施如下：对蠕滑体开裂的裂缝采用粘土夯填密封，避免雨水下渗；蠕滑体四周设置环形天沟，避免雨水汇入蠕滑体区域；开挖边坡平台设置截水沟，将蠕滑体范围内的降水快速排出。

3.4 主要工程措施

大田一号隧道进口洞门蠕滑体整治方案平面布置如图1所示，代表性主轴断面如图2、图3所示。

图1 大田一号隧道进口仰坡蠕滑体整治方案平面图

图2 蠕滑体主轴断面3整治方案图

图3 蠕滑体主轴断面6整治方案图

(1)抗滑桩

在大田一号隧道进口洞门蠕滑体的中部，垂直于线路设置第1排抗滑桩，共7根，桩截面为 1.5 m×2 m～1.75 m×2.75 m，桩间距为6 m，桩长13.0～21 m。

在大田一号隧道进口洞门蠕滑体主滑面剪出口处，垂直于线路设置第2排抗滑桩，共7根，桩截面为2.0 m×3.0 m，桩间为5 m，桩长21.0～26.5 m。

(2)锚杆框架梁

隧道仰坡开挖边坡台阶以上部分，即图1中E-F-G-H-L-K-E区域，设置锚杆框架梁内喷混植生护坡，框架梁框架间距采用3.0 m，矩形布置，锚杆框架梁施工时避开第二排抗滑桩桩位位置。框架梁采用C35混凝土浇注，每孔锚杆长10 m，锚杆采用3根φ32 HRB400钢筋焊接在一起形成大锚杆。

隧道仰坡开挖边坡台阶以上其余部分，即图1中A-B-C-D-E-F-G-H-I-J-A及K-L-M-N-K区域，设置锚杆框架梁内喷混植生护坡，框架梁框架间距采用4.0 m，矩形布置，锚杆框架梁施工时，避开第二排抗滑桩桩位位置，严禁锚杆施工破坏桩体，框架梁采用C35混凝土浇注，每孔锚杆长10 m，锚杆采用φ32 HRB400钢筋。

(3)截排水工程

采用人工夯填粘土的方法对滑坡体上裂缝进行逐处夯实。在蠕滑体周界外设置环形截水沟，环形截水沟在线路小里程端引入桥下自然冲沟内；隧道进口开挖边坡外侧设置天沟，天沟出水口顺接入环形截水沟，天沟排水纵坡不得小于2‰；隧道进口开挖边坡台阶处设置平台截水沟，平台截水沟出水口顺接入环形截水沟。

(4)隧道进口接长明洞，进洞30 m拱部设φ108大管棚注浆加固，大管棚环向间距0.4 m。