卧牛山隧道进口滑坡综合治理措施.ppt

,,,,,,卧牛山隧道进口滑坡综合治理措施,二〇〇九年九月,,,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司李华,,主要内容,,,工程概况,一,,,隧道进口段工程地质特征,二,,,三,,,四,,,五,滑坡治理方案研究,施工方法和施工工序,滑坡特征及推力计算,,,,,,结束语,六,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,,一、工程概况,,卧牛山隧道为连霍国道主干线宝鸡至天水高速公路天水过境段一座上、下行分离的四车道高速公路长隧道，上行线里程桩号为SK107040～SK108470，长1430m；下行线里程桩号为XK107095～XK108442，长1347米。隧址位于甘肃省天水市麦积区甘泉镇与秦州区皂郊镇境内，并穿越卧牛山。在隧道地质勘察及地质灾害评价过程中，隧道上行线进口右侧存在不稳定的滑坡体。此滑坡体目前处于极限平衡状态，但是，在不利的外部因素继续作用下，特别是在暴雨、地震等不利因素的作用下，极易引发大范围的滑动。为了绕避此滑坡，进行了大量的路线方案比较，但是综合考虑路线线型、工程造价等方面因素，最终确定路线走向基本不变，需要采取工程措施对滑坡进行综合治理。,,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,,,,地形地貌,地层岩性及水文地质条件,隧址区地处陇西黄土高原的最南缘地貌区。隧道主要穿越卧牛山，卧牛山为北北东向延伸的低中山，东坡相对较陡，西坡相对较缓。地貌上总体属于天礼盆地剥蚀堆积红层低中山区。,二、隧道进口段工程地质特征,勘察区位于秦岭皱褶带北缘，祁、吕、贺山字型构造前弧西翼和六盘山带状构造西侧三大构造体系的复合部，地质构造十分复杂，隧址区位于天礼盆地边缘地带。但隧道进口段未发现断层。根据中国地震动参数区划图（GB183062001），隧址区地震动峰值加速度为0.30g，相当于基本地震烈度为Ⅷ度强，地震动反应谱特征周期均为0.40s。,SK107040～SK107150段隧道上行线进口段，该段围岩埋深0～16m，主要由滑坡堆积体的粉质粘土、砂泥质砾岩岩块组成，硬塑～可塑状态，进口段在地下水位以下，局部有泉水出露，易形成大塌方或滑坡体复活，围岩无自稳能力，可能会有淋雨状或涌流状出水，属Ⅵ级围岩。,地质构造与地震,,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,,,,卧牛山隧道进口滑坡位于SK107070～330段，滑坡周界明显，前缘为东西流向的邓家河，东西两侧分别为与滑坡主滑方向基本平行的两条自然沟，且西侧沟谷中有两处泉眼出露。滑坡总体为马蹄状，呈北西－南东展布，主滑方向约145，滑坡自然坡度约18。滑坡长约270m、宽约100～160m，面积约4104m2；滑体厚约9～16m，体积约6104m3，为一中型滑坡，属于中深层古滑坡。目前处于稳定状态。经调查，近几十年来未发生过滑动，在雨季局部有小滑塌、蠕滑。滑坡体中裂缝较为发育，将滑坡体切割成网格状，有代表性的约10多条裂缝，按裂缝性质主要可分为拉张裂缝、鼓胀裂缝、扇状裂缝3类，其次为弧状和羽状剪切裂缝。,3.1滑坡变形特征,三、滑坡特征与滑坡推力计算,3.2滑动面特征,卧牛山隧道进口滑坡滑动面主要为深部滑面和浅部滑面，浅部滑面从隧道拱顶越过，而深部滑面则从隧道侧墙剪出，深浅部滑面基本特征均为后缘陡峭，中、前缘滑面平缓。据地质钻探及室内土工实验可知，滑带土主要由粉质粘土和砂岩岩块组成，粉质粘土分布于滑动面上部和下部，呈灰色，土质不均匀，局部含亚粘土薄夹层，下部偶含砂砾，含水量约为20.6～26.6，基本呈可塑状态；砂岩岩块主要分布在滑动面的中部，呈杂色，以棕红色为主，夹有褐色、灰白色团块，结构构造已部分破坏，泥质胶结，胶结弱，遇水易软化、缩水易干裂，主要为砂岩，局部夹有砾岩薄层，钻探取芯岩芯多呈碎块状－短柱状。,,,滑坡变形及滑动面特征,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,,,,典型横断面,,图3-1地质结构模型,滑动面主要为深部滑面和浅部滑面，浅部滑面从隧道拱顶越过，而深部滑面则从隧道侧墙剪出，深浅部滑面基本特征均为后缘陡峭，中、前缘滑面平缓。,三、滑坡特征与滑坡推力计算,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,,,,通过不平衡推力法的隐式解对“计算滑面01”和“计算滑面02”分别进行了计算，并考虑了地震作用的影响。“计算滑面01”的稳定性安全系数为1.291，“计算滑面02”的稳定性安全系数为0.994。由此可知滑坡第二滑面（即深部滑面）的稳定性系数最小、稳定性最差。因此，从工程安全的角度出发，本文主要进行第二滑面的桩后剩余下滑力，用于抗滑桩及隧道的结构设计。,3.3滑坡推力计算,三、滑坡特征与滑坡推力计算,滑面02剩余下滑力计算结果,滑坡推力计算,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,,,,,,,,,四、综合治理方案,,,根据地质、滑坡推力计算情况及主滑方向，在隧道下行线出口XK107080～140段右侧（滑坡堆积体前缘）设置一排抗滑桩，共7根，其中3根预应力锚索抗滑桩和4根普通抗滑桩。预应力锚索抗滑桩设置于在滑坡主滑方向附近，编号为4＃～6＃桩，每根桩桩长为27m，嵌固深度为10m，截面为2.02.5m矩形桩；预应力锚索锚固力为500KN、倾角为30度、锚固段长度为10m；普通抗滑桩设置于滑坡两边缘，编号为1＃～3＃桩、7＃桩，嵌固深度为12m，桩长25m，截面为2.02.5m矩形桩。,4.1抗滑桩设计,为了保证隧道开挖过程中围岩的稳定及施工人员的安全，必须首先对滑坡进行支挡处理，然后方可进行隧道的开挖。由于本滑坡具有下滑力在主滑方向大而两侧小的特点，在主滑方向附近采用普通抗滑桩，将使得桩具有所受荷载大、嵌固深度长、截面面积大等缺点，不能达到经济合理的要求。预应力锚索抗滑桩很好的改变了普通抗滑桩悬臂受力的缺点，能够承受很大的荷载，且可以节约工程造价。因此，本文采用了在主滑附近采用预应力锚索抗滑桩进行支挡，在滑坡两侧采用普通抗滑桩。,抗滑桩设计,,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,卧牛山隧道进口平面图,四、综合治理方案,,,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,,,,,,,,,四、综合治理方案,,,4.2隧道结构设计,由于该段埋深在5m～28.2m，属浅埋隧道，设计时洞顶荷载按完全松散荷载考虑，本段采用传统的矿山法设计施工，即隧道衬砌型式为两次模筑混凝土衬砌，初期支护按主要承载结构设计，采用较厚的一次模筑混凝土衬砌型式，并采用50～80cm变截面衬砌，拱顶50cm厚，侧墙75～80cm厚，中间设有封闭的钢拱架,钢拱架间距50cm，以抵抗围岩的松动压力及滑坡堆积体纵向的推力，二次衬砌采用35～45cm厚钢筋混凝土，保证后期营运安全。,隧道结构设计,,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,,,,,,,,,四、综合治理方案,,,4.3隧道辅助措施设计,为了防止该滑坡体在施工过程中坍塌，设计采用超前长管棚（3环94m）穿过堆积体后缘，通过注浆提高围岩自身承载能力，提高岩体承托能力，改善结构受力条件。管棚钢管采用Φ108*6mm热轧无缝钢管，环向间距40～50cm。钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距约20cm，平行路线轴线布置，仰角1～2（不包括路线纵坡）。为增强钢管的刚度，注浆完成后管内应以30号水泥砂浆填充。为了保证钻孔方向，在明洞衬砌外设60cm厚C25混凝土套拱，套拱纵向长2.0m。考虑钻进中的下垂，钻孔方向应较钢管设计方向上偏1～2度。,隧道辅助措施设计,为了提高岩体C、Φ值，设计采用环向注浆小导管对滑坡堆积体地段围岩预加固，小导管采用外径42mm，壁厚4mm，长400cm的热扎无缝钢管，环向间距约100cm，纵向间距150cm，外插角控制在45度左右，尾端支撑于钢架上，环向小导管注浆采用水泥浆液，添加水泥重量5％的水玻璃，浆液扩散半径按75～100cm控制。形成隧道开挖轮廓线外3～4m围岩加固圈，见右图,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,,,,,,,,,五、施工方法和施工工序,,,5.1施工方法及临时支护,由于卧牛山隧道进口围岩软弱、松散，并在滑坡堆积体中，围岩变形快，侧压力大，自稳时间短，开挖后极易产生围岩失稳坍塌。因此为保证隧道施工洞口的稳定性和控制隧道开挖过程中出现围岩有害沉降变形，要求施工时在该段采用双侧壁导坑法。临时支护采用I16工字钢、喷射C20混凝土，并在拱脚处每侧设置四根锁脚小导管，抑制一次模筑衬砌整体下沉。采用此方法虽然掘进速度稍慢一些，但分部开挖减小了每个坑道的跨度，有利于增强坑道围岩的相对稳定，易于进行局部支护，同时也有利于提前探明地质情况，有利于抑制结构整体沉降，便于及时处理或变更施工手段。施工中必须坚持先支护（强支护）、后开挖（短进尺、弱爆破）、快封闭、勤量测的施工原则。,隧道施工方法及临时支护,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,,,,,,,,,,五、施工方法和施工工序,,,5.2施工工序,施工工序,1）首先进行下行线K107080～140段右侧锚索抗滑桩和普通抗滑桩施工；2）等抗滑桩桩身混凝土达到一定的强度后，再进行下行线明洞开挖并施作一次衬砌；3）下行线明洞反压回填后，然后开始上行线明洞拉槽开挖，预留核心土体，施作临时锚喷支护，再进行2m套拱和洞口第一环管棚的施作；4）施工上行线明洞一次衬砌并反压回填，再分别进行上、下线暗洞掘进。5）施工过程中若发现掌子面不能自稳，应迅速喷射C20混凝土临时封闭掌子面，厚度控制在8～10cm，确保掌子面围岩稳定。6）隧道进入暗洞施工后，应立即布设洞内、洞外监测点，重点是拱顶下沉观测和洞内净空位移观测，及时量测，及时反馈信息。,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,,,,,,,,,,六、结束语,,,几点体会,1）随着我国高速公路发展，公路选线不可避免会遇到不良地质，如滑坡、岩堆、软弱地基等，设计时根据地质条件合理选择方案，同时应考虑节省工程造价。2）滑坡滑动面从隧道洞身穿越，首先应采取工程措施保证滑坡的稳定。其次需要综合对隧道结构、地表排水、施工方案等进行设计。3）为了尽量少扰动原围岩，施工方法优先选择双侧壁导坑开挖，遵循“短开挖、少扰动、强支护、勤量测”的施工原则，严禁爆破开挖，有利于控制地表沉降。4）由于该滑坡体目前处于稳定状态，洞室开挖时，滑坡堆积体土体较松散，易失稳开裂。辅助施工采用超前长管棚和环向注浆小导管对松散岩体进行预加固，并能起到棚架作用。5）合理安排两个洞口施工工序，对稳定滑坡堆积体有很大帮助。,甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司,汇报结束谢谢各位专家、代表,