某偏压隧道洞口段滑坡整治技术_唐勃.pdf

2020年第12期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-03-13 作者简介 唐勃 （1971-） ， 男 （汉族） ， 湖北咸宁人， 高级工程师， 现从事隧道及地下工程勘察设计工作。 某偏压隧道洞口段滑坡整治技术 唐勃* （中铁第四勘察设计院集团有限公司， 湖北 武汉 430063） 摘要 某铁路山隧道受车站站位影响， 隧道进口长距离处于浅埋偏压段， 上覆土层厚， 在强降雨及 坡脚施工影响下引发滑坡， 滑坡造成隧道衬砌纵向开裂， 危及施工及运营安全， 通过补充勘探、 滑坡 原因分析、 滑坡整治方案比较， 采用抗滑桩大减载反压回填取得了很好的整治效果。 关键词 偏压隧道； 洞口段； 滑坡； 综合整治 中图分类号 U416 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202012-0169-04 1工程概况 某隧道洞口段长约300m为浅埋偏压段， 隧道上半 断面通过坡积土层和全风化层， 隧道下半断面穿越前 震旦系建瓯群 （AnZJn） 云母石英片岩,弱风化， 节理裂 隙很发育， 岩体破碎， 地下水不发育。该隧道明挖浅埋 段地处剥蚀中低山区， 隧道穿越的山脉主要走向为北 北东向， 山体连绵， 沟壑纵横， 该段地形陡峻， 自然坡度 约30～45， 沟谷狭长， 呈条带状展布， 呈 “V” 形谷， 线 位与沟谷走向近似小角度相交通过， 沟谷地表无常流 水， 沟谷为山间洪水与地下水的排泄通道， 受大气降雨 影响严重， 雨水冲刷剧烈。设计在洞口段设置50m长 明洞， 之后的浅埋暗挖段采用V级围岩偏压衬砌， 双侧 壁导坑法施工， 高山侧根据地形情况局部设置了抗滑 桩和地表注浆加固处理。 2滑坡形成过程 隧道进口由于征地拆迁长期无法实施， 进口未能 及时开展工作面， 现场只能沿原沟谷地段 （大致平行于 线路方向） 在隧道低山侧开挖拉槽修建施工便道至明 洞底面， 布置施工场地。明洞施工完成后进入浅埋段 暗挖施工， 施工方法为三台阶临时仰拱法施工。滑坡 前由于高山侧初期支护变形严重侵入限界未施作二次 衬砌， 其两侧地段暗洞二次衬砌已经施工完毕。施工 期间雨停后， 排查地表排水系统时， 发现边仰坡坡面及 坡脚大面积喷射混凝土空鼓， 洞内衬砌拱腰位置有通 长的裂缝， 裂缝宽度最大达6.25mm， 洞内对隧道衬砌 内轮廓进行了测量， 发现隧道横向整体偏移， 最大横向 偏移量约25cm。通过地表变形观测发现 地表出现多 处裂缝， 大致分五组裂缝， 均呈圈椅状裂缝， 最长贯通 性拉张裂缝长近200m， 裂缝张开、 错动， 表面呈阶梯 状， 裂缝最宽25cm， 形成台坎30cm左右， 主要分布于 隧道右侧高山侧山体范围， 距线路中线 50～160m 范 围， 滑坡后缘抵近低山山脊。 地表测绘显示 隧道所处山体已经发生滑坡， 滑坡 长度约 160m， 宽度约 120m， 滑坡前后缘高差 85m 左 右， 滑坡方向 自隧道所穿越山体高山侧向低山侧隧道 明洞开挖临空面及平行于线路方向的施工便道开挖临 空面方向滑动， 大致滑动方向为北东16方向。见图1。 图1隧道地表变形状况 受滑坡影响， 隧道洞内二次衬砌右侧拱腰及左侧 边墙发现有通长的贯通裂缝， 裂缝宽度最大达 6.25mm， 量测显示隧道衬砌高山侧拱腰向洞内的最大 位移17.6cm， 低山侧拱腰向外最大位移为23.1cm， 隧道 整体向低山侧发生横向偏移。见图2。 滑坡发生后， 对地表位移进行了监测， 水平累计位 移值为57～68mm， 平均变化速率为1.01mm/d， 最大变 化速率为5.5mm/d。 3滑坡成因及推力计算 169 2020年第12期西部探矿工程 3.1滑坡成因分析 结合地质测绘、 补勘资料、 深层变形观测情况、 洞 内裂缝情况及监控量测资料显示， 现场该段山体正处 于持续变形状态， 且深部变形较大。产生滑坡主要原 因 受近期持续强降雨影响， 大量地表水下渗致使土体 含水量增加， 土体容重加大， 抗剪切强度降低， 致使边 坡稳定安全系数一定程度降低； 该段斜坡坡脚洼形沟 谷， 容易汇集地表水和地下水， 受汇水冲刷与浸泡， 恶 化了边坡坡脚处的工程地质条件； 以上因素共同影响， 造成该段地表斜坡失稳， 滑坡产生。 结合地表裂缝及变形观测等方面资料显示 该处滑 坡形态呈现牵引式迭式滑坡， 滑坡主体处于全风化地 层。滑坡体量约33104m3， 为大型滑坡。结合深层变形 观测情况， 初步判定滑坡厚度最大可达22m左右， 属于 深层滑坡。主滑方向朝向隧道明挖段， 滑坡走向与隧道 交角约37， 滑坡主轴方向为北东16.6。滑坡产生的压 力荷载作用于衬砌， 造成衬砌拱腰及墙脚剪切开裂。 3.2滑坡推力确定 结合现场勘探地质取样情况， 共计取原状样25组， 开展土工抗剪强度试验， 结合测斜变形观测资料， 选定 滑面上下试样进行统计， 试验结果统计如表1所示。 统计指标 统计个数 平均值 最大值 最小值 标准差 变异系数 标准值 天然快剪 粘聚力C （kPa） 11 12.91 15.00 11.00 1.45 0.11 12.11 内摩擦角φ （） 11 29.30 34.10 23.70 2.55 0.09 27.89 饱和快剪 粘聚力C （kPa） 6 8.33 12.00 6.00 2.25 0.27 6.47 内摩擦角φ （） 6 26.45 28.30 24.30 1.54 0.06 25.18 表1土工抗剪强度试验统计表 断面编号 4-4′断面 5-5′断面 K0.98 22.2 21.0 K1.0 23.4 21.4 K1.05 24.5 22.4 采用 21.0 表2不同安全系数下内摩擦角反算结果 图2隧道衬砌裂缝状况 结合该段滑坡土质特性， 滑坡参数指标采用饱和 快剪指标。通过上述试验统计显示， 指标离散性低， 确 定滑坡体范围地层指标C6.5kPa， φ25.2。 据滑坡形态， 选定滑坡主轴方向前后断面进行综 合内摩擦角反算， 结合滑坡处于整体变形发展形态， 分 三种情况进行反算内摩擦角， 分别为K0.98 （滑坡下 段滑出） 、 K1.0 （滑坡整体现状） 、 K1.05 （滑坡沿隧道 越顶滑出） ， 反算情况及反算结果见表2。 对比土工试验结果及综合内摩擦角反算情况， 两 指标较为接近， 考虑到土工试验指标为滑坡体地层统 计指标， 反算综合内摩擦角为推定滑坡面指标， 基于安 全考虑， 同时考虑土质滑坡特性， 参考类似工程滑坡条 件， 选定C10kPa、 φ20为滑坡体计算指标。按照安 全系数K1.05及C10kPa、 φ20计算隧道洞身段所 要承受滑坡下滑推力为5212kPa。 4滑坡整治方案 170 2020年第12期西部探矿工程 4.1应急处治措施 滑坡发现后， 现场立即采用粘土对山体裂缝进行 夯填密实封堵， 防止雨水再次渗入滑动体； 同时暗挖施 工段利用隧道进口弃渣场的石质弃渣 （运距约1km） 在 低山侧进行反压回填， 限制滑坡进一步发展， 回填高度 初步定为隧道拱顶以上4m。反压回填处理后变形明 显减少。 4.2整治方案比选 结合线路右侧滑坡形态及该段隧道工程现况， 滑 坡下滑推力较大， 滑坡中下部受荷段过长， 滑坡中部锚 固段大多处于全风化层地层中， 设置单排抗滑桩提供 抗力有限， 设置多排桩则需超大截面、 超长桩长， 基于 现场情况， 考虑采用三种方案进行方案比选 （1） 多排桩局部减载方案。针对滑坡下滑力较 大、 滑体整体埋深较大、 滑坡中部滑体埋深过大等滑坡 形态特征， 并考虑降低施工扰动影响， 临近隧道高山侧 设置抗滑桩， 坡顶方向设置门式抗滑桩， 滑坡中部设置 椅式抗滑桩。该方案共设置88根抗滑桩， 桩截面4m 3.5m， 最大桩长达45m。 （2） 钢架桩抗滑桩小减载方案。该段滑坡滑体 中部滑面埋深过大、 地质条件差等条件， 对滑坡坡面采 取逐级减载， 以便沿滑体中部设置钢架桩， 坡脚设置单 排抗滑桩， 对坡脚进行反压回填。该方案共设置53根 抗滑桩， 桩截面4m3.5m。 （3） 单排抗滑桩大减载反压方案。针对该段滑 坡滑面埋深、 风化层深厚、 滑坡裂缝已发展至山脊线附 近等特点， 该方案施工组织较为简单， 同时结合坡脚既 有弃渣场规划进行反压回填， 该方案共设置24根抗滑 桩， 桩截面3m2.75m。 排桩局部减载方案特点超长抗滑桩施工过程中 存在较大安全风险， 并且施工工期长、 施工扰动大、 工 程费用过高 （工程费用估算5490万元） ， 但征地面积小， 土石方数量低， 生态环境影响小。钢架桩抗滑桩小 减载方案特点 抗滑桩施工同样存在较大安全风险， 施 工扰动大， 工程费用相应降低 （工程费用估算3028万 元） 。单排抗滑桩大减载反压方案特点 工程费用 相对较低， 征地、 减载土方数量较大， 但总体工程费用 低 （工程费用估算1044万元） ， 施工风险相对较小， 施工 工期也相对缩短。 通过综合分析比选， 确定选用单排抗滑桩大减 载反压方案。 4.3滑坡整治施工 结合线路右侧滑坡形态及该段隧道工程现况， 滑 坡下滑推力较大， 滑坡中下部受荷段过长， 滑坡中部锚 固段大多处于全风化层地层中的特点， 设计采用单排 桩大减载反压进行处理。 滑坡减载 对既有溜坍及滑坡范围坡面进行减载 加固处理， 减载过程应自上而下顺坡开挖， 避免雨季施 工； 减载土方于坡脚反压回填或分层堆载于附近弃渣 场； 减载坡面坡率为1 ∶ 1.5， 平台宽度5m， 每级边坡高 8m， 减载坡面及平台采用种草灌植乔木防护， 分段开 挖分段防护。增设抗滑桩 在DK19282～475段隧 道右侧设置27根抗滑桩， 桩桩间距 （垂直主轴方向中 中） 为6.0m， 桩身均采用C35钢筋混凝土现浇。桩身截 面尺寸为2.75m （宽垂直主轴方向） 3.0m （厚平行 主轴方向） ； 1～17桩桩长27m； 18～27桩桩长24m。 减载后的坡面防护 坡面清载后采用种草灌植乔木防 护。排水施工 减载边坡平台设C25混凝土梯形截水 沟； 于桩顶或回填面以上边坡平台不小于1.0m处设 2～3排仰斜排水孔， 排水孔长20m， 上倾10， 纵向间距 15m； 在滑坡周边设C25混凝土现浇环形截水沟， 环形 截水沟呈梯形； 沟谷采用隧道石质弃渣和滑坡减载土 方反压回填， 远离滑坡体侧设置排水沟。滑坡监测 在 抗滑桩与隧道 （明洞） 间、 边坡顶部平台钻孔埋设测斜 管， 管底部设置于稳定地层内， 要求坡面加固防护工程 及明洞、 隧道工程施工过程及工程竣工一年内加强监 测； 沿坡面设置位移监测桩， 设置于边坡坡脚、 堑顶及 抗滑桩桩后位置。 4.4滑坡段衬砌结构处理 为满足滑坡整治低山侧反压回填需要， 对明洞衬砌 结构进行加强处理， 明确纵向开裂地段进行拆换处理。 明洞处理 配合滑坡治理， 明洞顶反压回填土厚度 达8～10m， 需对DK19410～460段明洞结构进行加 强， 明洞采用1m厚钢筋混凝土结构， 明洞两侧拱腰以 下采用M10浆砌片石进行回填。衬砌开裂变形地段处 理 衬砌裂缝较宽， 裂缝已贯通， 变形较大， 衬砌整体结 构已破坏， 考虑后期运营安全， 进行拆换处理， 拆换前 先采用5m长直径50mm钢花管对隧道拱墙围岩进行 注浆加固处理， 钢花管孔底环向间距1.5m， 纵向间距 2m； 对拆换段初期支护及二次衬砌进行加强， 初期支 护厚度调整至30cm， 二衬衬砌厚度调整至60cm。未施 作二次衬砌地段处理 仅施工了初期支护地段， 受滑坡影 响变形严重， 进行拆换处理， 拆换前先采用5m长∅50mm 钢花管对隧道拱墙围岩进行注浆加固处理， 钢花管孔 171 2020年第12期西部探矿工程 底环向间距1.5m， 纵向间距2m； 注浆浆液采用1 ∶ 1水 泥浆液， 注浆压力按0.3～0.5MPa。先对初期支护进行 拆换， 拆换段初期支护及二次衬砌进行加强， 初期支护 厚度调整至30cm， 二衬衬砌厚度调整至60cm。 5结语 该隧道浅埋段发生滑坡后， 通过现场补充勘探、 监 控量测、 滑坡原因分析、 滑坡推力检算， 经方案比选后 采用的反压回填、 大减载、 增设抗滑桩方案， 滑坡整治 后效果好， 整治代价小。浅埋偏压段在低山侧拉槽施 工卸载、 明洞坡脚开挖后长期不施作明洞、 设计局部抗 滑桩和地表注浆措施施作不到位， 在地表强降雨恶化 工程地质条件后容易引发滑坡。 参考文献 [1]邓小鹏.温岭隧道滑坡分析与处治方案研究[J].公路,20145 199-122. 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The longitudinal cracking of tunnel lining caused by landslide endangers the safety of construction and opera- tion. Through supplementary exploration, landslide cause analysis and comparison of landslide treatment schemes, the of anti slide pile large load reduction back pressure backfill is adopt- ed, and good treatment effect is achieved. Key words unsymmetrically loaded tunnel；tunnel entrance； landslide； comprehensive improvement （上接第168页） 4结论 （1） 基坑阴阳角位置， 钢支撑斜撑于钢围檩上， 结 构除受弯剪作用外， 还将受到较大的轴向力作用。 （2）“L” 型抗剪销钉锚固于基坑围护结构， 并与钢 围檩焊接固定， 可有效提高钢围檩结构的抗剪能力、 比 “一” 字型销钉施工更为简单、 便捷， 且不损伤钢围檩 “H” 型钢， 提高了材料的循环利用率。 （3）“L” 型抗剪销钉在地铁车站围护结构端头井、 盾构井的钢支撑斜撑施工中具有显著的经济效益及较 好的应用前景。 参考文献 [1]闫超.巨厚砂层地质条件下的地铁车站基坑设计研究[J].土 工基础， 2019， 33 （2） 129-132. [2]皮海波.隧道工程钢围檩、 支撑及系梁施工实例分析[J].安徽 建筑， 2018， 24 （6） 201-202. [3]王琪.钢围檩与基坑竖向围护体的装配式连接结构 CN201910946750.0[P].2020. [4]黄河勘测规划设计研究院有限公司.用于基坑临时支护的 钢围檩连接结构 CN201821764452.7[P].2019. [5]中建八局轨道交通建设有限公司.钢支撑安装于基坑围檩 用的托架及其施工方法 CN201911078756.7[P].2020. 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