隧道古滑坡堆積體邊坡綜合加固施工技術(shù)研究

陸美玲

【關(guān)鍵詞】古滑坡堆積體;洞口邊坡;邊坡加固;數(shù)值分析

【中圖分類號】U455 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）05-0110-03

0 引言

眾所周知，隧道在我國交通領域具有重要的作用，隧道安全問題一直以來都是人類乃至國家關(guān)注的焦點。近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，交通壓力日益增大，隧道的建設規(guī)模也在逐漸增大。隧道由于地勢和結(jié)構(gòu)的特殊性，所以邊坡失穩(wěn)形成滑坡、崩塌等各種急劇險峻的地質(zhì)災害普遍存在，不僅會摧毀建筑物，還會威脅人們的生命安全，對安全通行造成不利的影響。隧道邊坡治理得到建筑領域乃至國家的重視。在隧道邊坡治理中，邊坡設計是提高治理效果的核心，隧道穿越堆積體邊坡施工存在較大的困難，尤其是體積較大且內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的堆積體邊坡，施工不當便會造成險峻的安全事故，因此必須秉持“先治坡后進洞”的原則，在保證邊坡穩(wěn)定性的基礎上，開展后續(xù)施工，保證施工安全。本文主要以某隧道古滑坡堆積體邊坡治理工程為例，對隧道的防排水、抗滑樁、錨桿-錨索框架梁等環(huán)節(jié)采取了一定的治理措施，對各建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化處理，采取堆積體綜合治理方案，進而提升隧道邊坡穩(wěn)定性。

1 古滑坡堆積體邊坡概況

該隧道地勢為低山地貌，地形切割嚴重，隧道區(qū)域的地表含有大量的碎石及石塊，隧道處的土質(zhì)屬于粉質(zhì)黏土，根據(jù)測量結(jié)果顯示，土層厚度在3～10 m。更深入一些的基巖屬于全風化泥質(zhì)粉砂巖，形成的結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，在一定的條件下會引發(fā)災害，屬于V級圍巖，巖體結(jié)構(gòu)不緊湊。隧道洞口上方的坡度為45°。隧道建設年限較長，洞口上方存在一處取土陡坎古堆積體邊坡，其主要形成原因是常年人工取土造成的，從表面看堆積體平面呈圈椅狀，邊坡表面不平整。在隧道后形成明顯的臨空面，降低了隧道邊坡的自然承受力，不進行加固處理很可能發(fā)生滑坡、開裂等不利情況，順坡向巖層會給予一定的加載作用，導致坡體產(chǎn)生一定程度的拉裂現(xiàn)象，隨著時間演變地表會產(chǎn)生裂縫。隧道邊坡常年外漏，在雨季會有雨水滲入裂縫，直接侵蝕軟化巖層，將原本細小的裂縫逐漸擴大，逐漸引發(fā)地質(zhì)災害。

結(jié)合現(xiàn)狀來看，病害并沒有貫通整個滑面，利用地質(zhì)鉆探、平面地質(zhì)調(diào)繪等技術(shù)對堆積體邊坡進行了勘察。根據(jù)勘察結(jié)果，此區(qū)域的堆積體具有多層、多級的特點，前級邊坡為既有變形區(qū)，中級邊坡為潛在變形區(qū)，后級邊坡則為坡體后部的緩坡區(qū)域，并且占有較大面積。由于隧道堆積體目前以極限平衡狀態(tài)支撐，因此在進行綜合處理前有必要對邊坡位置做預加固處理。

2 邊坡加固理論計算

在綜合加固前，要對隧道邊坡制訂施工方案，首先通過邊坡的簡化模型進行分析和計算[1]，然后對邊坡支護結(jié)構(gòu)初步擬定治理方案，最后結(jié)合邊坡實際參數(shù)制定并優(yōu)化具體的布置參數(shù)。優(yōu)化后的邊坡數(shù)值主要確定好斷面及滑面參數(shù)，并針對邊坡結(jié)構(gòu)計算剩余下滑力參數(shù)。

2.1 滑面參數(shù)及反算指標計算

在計算斷面及斷面參數(shù)時，要確定好計算位置，利用該邊坡的中間主軸斷面作為計算主體，治理隊伍還需要對邊坡存在的潛在滑動面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定程度進行調(diào)查，同時記錄其變形特征和程度，結(jié)合邊坡各結(jié)構(gòu)所承受的最大作用力，確定地層土體力學指標作為反算參數(shù)。確定坡體的現(xiàn)狀，在邊坡前端處已經(jīng)產(chǎn)生了多處裂縫，其中間部位及后端尚未產(chǎn)生裂縫，由此可以判定此處屬于蠕滑變形階段。在滑動面沒有發(fā)生大面積的貫通反應，沒有出現(xiàn)大面積的失穩(wěn)現(xiàn)象，結(jié)合主滑方向斷面的地質(zhì)材料進行計算，并確定好滑面參數(shù)，在不同工況下計算穩(wěn)定系數(shù)，并按照詳細數(shù)值計算下滑力，反算指標計算結(jié)果見表1。

2.2 剩余下滑力計算

剩余下滑力計算過程中需要確定潛在下滑面的位置及各項數(shù)據(jù)信息，并按照各個下滑面含有的實際內(nèi)摩擦角系數(shù)、黏聚力系數(shù)及安全系數(shù)，結(jié)合邊坡穩(wěn)定性評估進行計算，一般情況下，不同層次的下滑面各系數(shù)均存在一定的差異，此過程中可以以各地層土體力學指標反算成果作為參考依據(jù)，設計綜合加固方案，并將各數(shù)值進行驗算治理方案效果，利用安全系數(shù)1.25和1.30計算隧道邊坡剩余下滑力[2]。

3 古滑坡堆積體邊坡綜合加固施工

3.1 設計加固方案

工程在開始進行主體結(jié)構(gòu)開洞加固施工前，最重要的是做好開洞加固施工方案，在進行邊坡加固的時候，為了保證結(jié)構(gòu)加固施工的合理性，需要由正規(guī)的檢測機構(gòu)對施工建筑結(jié)構(gòu)進行檢測，確定該部位需要進行加固施工后再進行施工處理。首先，以結(jié)構(gòu)鑒定報告作為加固施工依據(jù)。其次，施工人員需要根據(jù)結(jié)構(gòu)鑒定報告確定加固設計及施工范圍。最后，施工單位需要結(jié)合施工情況判斷建筑的安全性，設定該建筑的安全等級，避免施工中發(fā)生安全隱患。

結(jié)合隧道邊坡的實際情況，可以在塹頂處設計兩排埋置式抗滑樁，提高該位置的承受力，邊坡坡面位置將安排低預應力錨索、錨桿框架梁結(jié)構(gòu)，更好地彌補此處的性能缺陷，提高邊坡的穩(wěn)定性，避免發(fā)生滑坡、土體下滑等不良情況。隧道洞口坡腳處為了避免其支撐力度不足，需要減一跨橋梁，同時要增設一處路基并回填反壓。隧道病害嚴重的主要因素是水的侵蝕，于是在滑坡周邊設置了截排水溝，并完善其排水系統(tǒng)。由于隧道坡頂處產(chǎn)生了大量的拉接縫，因此采用黏土充填的方式設置成阻攔線，避免雨水滲入加深侵蝕[3]。為了加強邊坡土體的強度和穩(wěn)固性，在塹頂處設置兩排抗滑樁，并調(diào)整其間距和抗滑樁的長度和規(guī)格，按照工程的實際情況進行布置，坡面錨索、錨桿由cable結(jié)構(gòu)單元添加，在該區(qū)域的隧道坡面需要利用框架梁連接錨索及錨桿進行設置，支護結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見表2、表3。

3.2 確定測試點

計算并確定隧道各項參數(shù)可以增強加固效果，首先需要對工程中的抗滑樁位置、抗滑樁尺寸的參數(shù)進行計算和分析，然后優(yōu)化錨索預應力。此3項參數(shù)對邊坡的加固程度有著直接的影響，將其進行對比和分析，在不同參數(shù)的影響下確定邊坡處的安全系數(shù)。施工人員可以在施工現(xiàn)場選取3個檢測點，檢測坡頂最大水平位移。此工程在位于第一排抗滑樁前、兩排抗滑樁之間及第二排抗滑樁之后設置了3個不同的檢測點，并且3個檢測點的檢測目標各不相同，分別檢測坡體前緣變形信息、滑面變形信息、坡體后緣變形信息。

3.3 優(yōu)化抗滑樁位置

在隧道古滑坡堆積體邊坡綜合加固中，原抗滑樁位置將不再滿足現(xiàn)在的穩(wěn)定效果，需要給予一定的位置優(yōu)化，提高抗滑樁的作用效果。在本工程中，主要利用了3種優(yōu)化布置方案：①第一排及第二排抗滑樁的位置均設置在坡頂前，前者與坡頂之間的距離控制在5 m，后者與坡頂之間的距離控制在55 m。②兩排抗滑樁均設置在坡頂前，與第一種唯一不同的是間距，第一排抗滑樁距坡頂前10 m，第二排設置為60 m。③第一排與第二排抗滑樁同樣設置在坡頂前，前者與坡頂間距為15 m，后者與坡頂間距為65 m。結(jié)合3種不同的加固形式，確定滑坡體的坡頂最大水平位移，并結(jié)合相關(guān)數(shù)值計算出相應的安全系數(shù)。

3.4 優(yōu)化抗滑樁截面尺寸

抗滑樁截面面積對隧道邊坡的穩(wěn)定性有著一定的影響，顯然工程中的原抗滑樁截面沒有發(fā)揮較大的作用，因此加固治理工程要對抗滑樁截面進行控制，主要是對其尺寸面積進行優(yōu)化。本工程選用的3種不同尺寸大小的抗滑樁截面，分別為4 m2、6 m2、9 m2，對截面的布置方式是以較長邊順坡向布置，并分別計算出對應的安全系數(shù)?？够瑯督孛婷娣e對邊坡穩(wěn)定性的影響力度并不大，但是選用合適尺寸及面積的截面，可以延長隧道邊坡壽命。使用不同抗滑樁截面面積計算安全系數(shù)，結(jié)果分別為1.280、1.301、1.309。從計算結(jié)果來看，邊坡穩(wěn)定性與抗滑樁截面面積成正比，而坡頂最大水平位移量與抗滑樁尺寸成反比。選用面積較大抗滑樁截面對隧道的穩(wěn)定性越有幫助，但是考慮經(jīng)濟成本及安全要求，選用截面尺寸2 m×3 m的設置最佳。

3.5 優(yōu)化錨索預應力

錨索預應力對隧道邊坡穩(wěn)定性有著較大的影響，本文使用3種預應力大小進行對比分析，并選用最佳的加固治理方案，使用100 kN、150 kN、200 kN數(shù)值大小的預應力，分別進行加固計算，得出安全系數(shù)及最大水平位移如圖1所示，結(jié)合曲線圖來看，以預應力水平為指標，可以判斷預應力大小對滑坡的影響力，滑坡體穩(wěn)定性與預應力水平的大小成反比[4]。錨索預應力越大，對坡體的穩(wěn)定性越有利。結(jié)合實際工況，并考慮施工成本，選用預應力150 kN的錨索最佳。

4 邊坡綜合治理效果評價

將以上加固方案應用到該工程加固治理中，具有明顯的效果，在加固前下滑坡體安全系數(shù)為1.05，不符合國家規(guī)定的坡體安全要求，屬于臨界失穩(wěn)狀態(tài)，極限承受力小，對其施加一點作用力便會發(fā)生破壞，使用壽命極短。對隧道中的單項邊坡采取一定的加固措施，也只能夠?qū)踩禂?shù)提升到標準規(guī)范。經(jīng)過綜合加固治理后，極大程度地提升了隧道邊坡的穩(wěn)定性，將原本三級的邊坡安全系數(shù)升至為一級，安全系數(shù)提升至1.340。通過工程加固效果來看，實施的綜合加固治理方案具有較強的實用價值，充分滿足規(guī)范要求，并保證隧道運行安全，延長隧道的使用壽命。

5 結(jié)語

隧道工程是維持交通運輸?shù)闹匾~帶，由于多數(shù)的隧道工程處于地勢環(huán)境險峻的區(qū)域，經(jīng)過一定條件產(chǎn)生的病害，對綜合加固放置工程帶來了一定難度，在進行隧道古滑坡堆積體邊坡綜合加固施工時，必須選用最優(yōu)的加固方案，在保證施工安全的前提下，提高施工質(zhì)量。

參 考 文 獻

[1]劉運澤，洪勇，李柏霄.隧道洞口古滑坡堆積體邊坡綜合加固治理技術(shù)研究[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版），2020，52（3）：351-358.

[2]李波，曾亮亮，任東偉，等.某路塹高邊坡穩(wěn)定性評價及優(yōu)化設計[J].水利與建筑工程學報，2020，18（1）：115-121.

[3]陳守輝，孫旭敏，滿毅.高陡巖石邊坡加固與復綠綜合防護施工技術(shù)[J].廣東土木與建筑，2011，18（1）：13-16.

[4]張著芳.巖土工程施工中基坑邊坡失穩(wěn)及加固處理技術(shù)分析[J].交通世界，2020（21）：24-25，45.