公路隧道洞口滑坡的機(jī)制分析與影響因素研究

盧聯(lián)川

（安徽省路橋工程集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230031）

由于公路隧道項(xiàng)目建設(shè)大多位于山區(qū)或者地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的區(qū)域，易導(dǎo)致洞口滑坡現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)前，我國(guó)交通路網(wǎng)越來越密集，對(duì)于公路項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量要求不斷提升，在偏遠(yuǎn)山區(qū)，不僅要克服高差等自然環(huán)境因素的影響，同時(shí)還要從施工技術(shù)及高頻率的工程施工病害的預(yù)防等方面加強(qiáng)研究。在眾多公路隧道施工病害中，洞口滑坡是公路隧道施工中的常見病害類型之一。文章從洞口滑坡病害的發(fā)展過程、產(chǎn)生原因、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，提出相關(guān)治理方案，供參考。

1 工程簡(jiǎn)介

某復(fù)雜地質(zhì)條件下的公路隧道工程位于島嶼支線工程段，為雙向分離式隧道。該公路隧道全長(zhǎng)4236m，設(shè)計(jì)凈高5m，凈寬9.68m，洞口滑坡位置發(fā)生于隧道進(jìn)口右線，滑坡體積約5000m3。

1.1 地質(zhì)條件

該項(xiàng)目工程地質(zhì)勘察資料顯示：隧道邊坡表層主要以第四紀(jì)殘坡積含亞黏土碎石為主，顏色淺黃色、中密度，遇水穩(wěn)定性變差，土體厚度最大23m，結(jié)構(gòu)下層中主要以強(qiáng)風(fēng)化的細(xì)砂巖為主，隸屬于砂巖類結(jié)構(gòu)。由于該隧道工程在洞口位置處，仰坡、邊坡交界位置為山溝，此地理位置的地表水相對(duì)豐富，并有水流經(jīng)過，水流量可達(dá)0.4～0.9L/s；在雨季時(shí)，水流量會(huì)有所增加，最大可達(dá)4.9L/s。地下水形式以基巖裂隙水為主，降雨是最主要的地下水位補(bǔ)充方式。

1.2 邊坡設(shè)計(jì)與施工

以實(shí)際設(shè)計(jì)圖紙為參考依據(jù)，邊坡設(shè)計(jì)中，高寬比為1∶0.5，邊坡的高度為30m，邊坡坡度方向未設(shè)置對(duì)應(yīng)的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，且邊坡主要以高陡為主。在該項(xiàng)目施工的過程中，主要以錨噴支護(hù)的形式進(jìn)行地基土層的開挖，但是在開挖之初，并沒有設(shè)計(jì)使用小導(dǎo)管進(jìn)行注漿作業(yè)。經(jīng)過相關(guān)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，邊坡另一側(cè)的支護(hù)變形量較大，并且在坡面上出現(xiàn)貫通式的裂縫，依據(jù)此，又重新進(jìn)行了小導(dǎo)管注漿，小導(dǎo)管的尺寸規(guī)格一般可控制在長(zhǎng)6m、寬1.5m、φ42×4mm，并且布置的設(shè)計(jì)形式以梅花型為主。

1.3 地質(zhì)基本構(gòu)造與地震

從地質(zhì)勘察的實(shí)際情況看，該項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)及其周邊地層產(chǎn)狀相對(duì)平緩且處于穩(wěn)定的狀態(tài)，在施工區(qū)域均未發(fā)現(xiàn)斷裂層，且場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)的地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，對(duì)應(yīng)的地震級(jí)烈度為6度。

2 滑坡特征及影響

2.1 滑坡特征

（1）滑坡的形成。該滑坡結(jié)構(gòu)中主要以粉質(zhì)黏土夾層為主，且為透水層，滑帶區(qū)域遇到水后易呈現(xiàn)出軟化狀態(tài)，土體結(jié)構(gòu)中的抗剪能力相對(duì)較低，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出滑動(dòng)松散的狀態(tài)。在隧道修建的過程中，該項(xiàng)目隧道遭遇暴雨襲擊，且雨量較大，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，滑坡的前部邊緣均向外部區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散，形成了以漸進(jìn)形式為主的牽引式的滑坡體系。

（2）滑體結(jié)構(gòu)特征?；w結(jié)構(gòu)中，主要以松散的土層結(jié)構(gòu)為主，且在土層的組成成分中，主要包含有粉質(zhì)黏土夾層碎塊石。粉質(zhì)黏土具有可塑性強(qiáng)的特點(diǎn)，且較大部分分布于滑體結(jié)構(gòu)的底部區(qū)域中，再加上滑體結(jié)構(gòu)中的前部厚度體系相對(duì)較薄，后緣厚度相對(duì)較大，滑體結(jié)構(gòu)的剖面位置呈現(xiàn)出“襪”狀。

（3）滑體結(jié)構(gòu)的特征。在地質(zhì)勘察的過程中，滑體結(jié)構(gòu)顯示較為清晰，且在滑體剪切面結(jié)構(gòu)中，存在局部的劃痕，并且部分劃痕呈現(xiàn)出一定量的擦痕，以發(fā)生滑體邊坡結(jié)構(gòu)剝落為主。在滑坡發(fā)生以后，滑體產(chǎn)生的最大位移接近8m，且滑體結(jié)構(gòu)可直接作用于明洞上，明洞會(huì)受到一定量滑坡體的沖擊力作用，導(dǎo)致明洞內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)滲水現(xiàn)象和錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。

2.2 洞口滑坡成因及主要影響因素

依據(jù)實(shí)時(shí)洞口滑坡數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際地質(zhì)及地形條件，以調(diào)查實(shí)際施工環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀為主，分析出公路隧道洞口邊坡滑坡的原因及主要影響因素。

（1）地質(zhì)地形因素。此滑坡體地質(zhì)以結(jié)構(gòu)松散、滲水性好、力學(xué)性能差為主要特征，因此導(dǎo)致土層結(jié)構(gòu)的抗剪能力較小，遇水后容易軟化。由于下層土層結(jié)構(gòu)中主要以細(xì)砂巖為主，且呈現(xiàn)出遇水軟化的特點(diǎn)，此地質(zhì)特征對(duì)洞口滑坡現(xiàn)象的出現(xiàn)提供了一定的便利條件。

（2）水的因素。在發(fā)生洞口滑坡的時(shí)間階段中，天氣主要以陰雨天氣為主，地表水匯聚，使得地質(zhì)土層結(jié)構(gòu)中的巖體發(fā)生軟化現(xiàn)象，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的抗剪能力較弱，易產(chǎn)生滑動(dòng)。同時(shí)，在滑坡產(chǎn)生后，由于隧道結(jié)構(gòu)體系中沒有產(chǎn)生明顯的抵抗滑坡的推力，因此會(huì)造成隧道明洞結(jié)構(gòu)開裂，導(dǎo)致滲水現(xiàn)象發(fā)生。

（3）人為因素。公路隧道設(shè)計(jì)及施工至關(guān)重要，從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，如果設(shè)計(jì)中的邊坡坡率較陡，再加上此區(qū)域地塊的地質(zhì)條件、雨水條件等，都會(huì)對(duì)土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利因素，而坡率設(shè)計(jì)為1∶0.5，對(duì)于防止洞口滑坡發(fā)生是不科學(xué)的。

（4）施工因素。從施工環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，在公路隧道施工的環(huán)節(jié)中，未涉及明洞的回填作業(yè)，這樣不僅會(huì)造成開挖斷面結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期外露，同時(shí)也會(huì)造成邊坡失穩(wěn)，坡體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及變形量較大，嚴(yán)重影響洞口處邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 洞口滑坡穩(wěn)定性及評(píng)價(jià)

3.1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

（1）參數(shù)計(jì)算及工況。主要分為兩個(gè)工況。工況1：土體結(jié)構(gòu)自重+天然狀態(tài)；工況2：土體結(jié)構(gòu)自重+暴雨環(huán)境狀態(tài)。洞口滑體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 洞口滑體穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值

（2）計(jì)算結(jié)果。通過選擇兩個(gè)剖面結(jié)構(gòu)，利用傳遞系數(shù)法，對(duì)兩個(gè)剖面體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，得出結(jié)果如表2所示。

表2 滑體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)

3.2 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

依據(jù)對(duì)應(yīng)剖面結(jié)構(gòu)中的滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，同時(shí)結(jié)合實(shí)地的勘察設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)滑坡體結(jié)構(gòu)具有一定的變形跡象，且在滑體結(jié)構(gòu)中，在天然狀況下處于基本穩(wěn)定性狀態(tài)，在飽和的土體結(jié)構(gòu)狀態(tài)下處于不穩(wěn)定的滑坡狀態(tài)。當(dāng)滑坡塌陷到達(dá)隧道洞口時(shí)，應(yīng)暫停施工，分析洞口滑體的主要原因，并采取相關(guān)的治理措施。

4 隧道洞口滑坡治理方案及措施

4.1 治理方案的選擇

從理論層面進(jìn)行分析，公路隧道施工中的滑坡現(xiàn)象治理措施主要包含滑坡體結(jié)構(gòu)的清除、支護(hù)圍擋結(jié)構(gòu)的使用、地表水的排水方案、回填反壓等。不同的治理措施或方案，需要依據(jù)不同的滑體位置及地質(zhì)條件等因素進(jìn)行分析，選擇不同的治理措施，后期工程開展的經(jīng)濟(jì)效益也不相同。

下面將重點(diǎn)分析支擋工程、地表排水處理措施的方案設(shè)計(jì)。

（1）支擋工程的施工方式及分類較多，主要以擋土墻的設(shè)計(jì)、抗滑樁的應(yīng)用為主。抗滑擋土墻一般設(shè)計(jì)為重力式擋土墻，滑體產(chǎn)生后會(huì)呈現(xiàn)出前移的狀態(tài)；抗滑樁結(jié)構(gòu)從整體的受力特征上看，主要呈現(xiàn)出普適性，同時(shí)由于滑坡體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及對(duì)地質(zhì)環(huán)境干擾性較小等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多樁施工，以保證實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)科學(xué)性、合理性。

（2）地表排水主要會(huì)造成土體自重加大、下滑力增強(qiáng)、滑帶土的抗剪力增大，同時(shí)導(dǎo)致地下水資源中的動(dòng)力壓力增強(qiáng)。在地表排水體系中，主要以改善洞口滑體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性為主，不僅能夠改善土體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)環(huán)境，同時(shí)能夠作為一種滑體治理的預(yù)防措施，因此在施工的過程中，必須結(jié)合其他工程類型對(duì)相關(guān)工程措施進(jìn)行綜合利用。

依據(jù)該工程的實(shí)際情況，抗滑樁的施工工期相對(duì)較長(zhǎng)，且施工難度相對(duì)較大，因此會(huì)導(dǎo)致隧道施工周期難以符合要求。如果該工程采用地表排水與削方減載相互結(jié)合的治理措施，最終的洞口滑體治理效果會(huì)更為明顯。

4.2 洞口滑體治理方案布局

首先對(duì)滑坡體后緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行削方處理，然后再對(duì)洞口上部的覆蓋層進(jìn)行清理。

4.3 治理措施實(shí)施后的效果

對(duì)所選擇的兩個(gè)剖面結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析，計(jì)算分析結(jié)果如表3所示。

表3 滑體穩(wěn)定性計(jì)算成果統(tǒng)計(jì)

從表3的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，治理措施實(shí)施后，洞口滑坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性符合施工安全的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，公路隧道洞口滑坡現(xiàn)象的產(chǎn)生原因較多，主要包含設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)、地質(zhì)條件及水因素等，治理措施的選擇需要結(jié)合滑坡穩(wěn)定性，土層地質(zhì)條件等綜合分析。因此滑坡結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)發(fā)生過程及演變過程就顯得尤為重要，尤其是在滑坡過程中的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析中，以突出穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算為主，以為后續(xù)類似工程滑坡防治措施的制定奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。