馬槽仔隧道進(jìn)口（大慶端）洞口滑坡處治

張成良，陳 剛，李江平，梁 橋

（1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210017；2.湖南工程學(xué)院建筑工程學(xué)院，湘潭 411104）

1 概況

1.1 隧道概況

馬槽仔隧道位于大廣高速公路南康至龍南段擴(kuò)容工程C7 施工標(biāo)段，分離式雙向六車道長隧道，設(shè)計時速100 km/h，隧道長度1847.5 m.

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)實地調(diào)查及原施工圖地勘鉆孔揭露，隧道通過的地段地層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，由第四系全新統(tǒng)沖殘坡層（Q4el+dl）、泥盆系上統(tǒng)三門灘組（D3s）泥灰?guī)r、白云巖及石炭系下統(tǒng)巖關(guān)組（C1y）頁巖組成.

隧道進(jìn)口仰坡地層巖性從上至下依次為上覆為碎石、粉質(zhì)黏土；下伏基巖為全、強風(fēng)化泥灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎～破碎，在隧道進(jìn)口處發(fā)育有1 組節(jié)理，J1：240°∠76°，巖層產(chǎn)狀170°∠38°.覆蓋層厚，厚度為8.3～22.3 m，如圖1、圖2所示.

圖1 隧道左線進(jìn)口地質(zhì)縱斷面圖

圖2 隧道右線進(jìn)口地質(zhì)縱斷面圖

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪、鉆探揭露并結(jié)合室內(nèi)巖土土工試驗，區(qū)內(nèi)地層按其時代及成因分類從上而下依次為第四系全新統(tǒng)殘坡積成因（Q4el+dl）的碎石土、泥盆系上統(tǒng)三門灘組（D3s）頁巖及泥灰?guī)r.

2 滑坡過程

2.1 第一次滑坡

（1）2019 年12 月底，施工單位開始現(xiàn)場清表，右幅明洞拉槽施工.

（2）2020 年3 月，開挖洞口并澆筑進(jìn)口右洞套拱，完成管棚安裝及管棚壓漿.

（3）2020 年3 月下旬至4 月初，龍南出現(xiàn)持續(xù)性雷陣雨天氣.3 月28 日套拱出現(xiàn)裂縫.

（4）2020 年4 月4 日洞頂?shù)乇?0 m 處發(fā)現(xiàn)裂縫.上午實測裂縫寬度約5 cm，下午再次實測裂縫寬度約20 cm，并出現(xiàn)沉降趨勢.4 月6 日裂縫處山體滑移，沉降約4.5 m，如圖3 所示.

圖3 隧道右線現(xiàn)場滑坡圖

（5）2020 年4 月8 日業(yè)主組織專家及參建各方對滑坡現(xiàn)場進(jìn)行踏勘，并進(jìn)行馬槽仔隧道大慶端洞口山體滑塌處治方案專家討論會，結(jié)合專家意見及地勘補勘報告，開展初步處治設(shè)計.

2.2 第二次滑坡

（1）2020 年五一節(jié)日期間，開挖馬槽仔隧道進(jìn)口左洞挖方路基及臺車工作面.

（2）2020 年5 月7 日，左洞地表出現(xiàn)多處橫縱裂縫.

2.3 臨時處治方案

（1）反壓回填.針對右洞洞口已開挖土體，在土體坡腳處用沙袋裝砂石反壓回填，穩(wěn)固滑動面，阻止滑塌繼續(xù)擴(kuò)大.

（2）滑塌坡面鋪設(shè)防水板覆蓋.在滑動坡面裂縫處鋪設(shè)EVA 防水板，防止雨水繼續(xù)灌入軟化土體，進(jìn)一步加劇滑動，并做好滑塌體外圍臨時排水措施.

（3）增設(shè)監(jiān)測點，及時觀測裂縫發(fā)展情況.

（4）在洞頂截水溝前面的平臺施工2 排φ140 鋼管樁，鋼管樁深度30 m.間距1 m×1.35 m，梅花形布置，鋼管樁內(nèi)插3 根φ25 鋼筋增強抗剪剛度，并灌注水泥漿液.

3 隧道洞口滑坡地質(zhì)分析

3.1 滑坡地質(zhì)補充勘察

補充鉆孔平面布置如圖4 所示.

圖4 鉆孔平面布置示意圖

（1）第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）

碎石土（Q4el+dl）：主要由粉質(zhì)黏土及碎石構(gòu)成，局部夾含礫粉質(zhì)黏土及崩坡積塊石.碎石原巖為中風(fēng)化泥灰?guī)r，含量約50%～60%，粒徑3～8 cm居多，磨圓差，分選差，級配低，巖芯呈散體狀、土塊狀，局部夾土柱狀、柱狀.推薦［fa0］=250 kPa，qik=85 kPa，主要分布于山坡表部，厚度7.8～16.8 m 不等，所有鉆孔均有揭露.

粉質(zhì)黏土（Q4el+dl）：軟塑-可塑，成分以黏粒為主，粉砂粒次之，含少量角礫，干強度稍低，韌性一般，切面稍粗糙，巖芯呈土柱狀、土塊狀.推薦［fa0］=150 kPa，qik=60 kPa，主要分布于坡腳碎石土層與全風(fēng)化巖層之間，厚度1.5～2.5 m 不等，于鉆孔HPBK-3 及HPBK-4 揭露.

（2）泥盆系上統(tǒng)三門灘組（D3s）

全風(fēng)化頁巖（D3s）：原巖礦物基本風(fēng)化為黏土礦物，殘留部分原巖結(jié)構(gòu)，局部夾少量強風(fēng)化頁巖殘余，巖芯呈土柱狀，角礫狀，巖質(zhì)極軟.推薦［fa0］=200 kPa，qik=60 kPa，主要分布于覆蓋層與全風(fēng)化泥灰?guī)r之間，厚度7.2～14.0 m 不等，所有鉆孔均有揭露，部分鉆孔（HPBK-2、HPBK-3、HPBK-4、HPBK-5）于該層中上部揭露出煤層.

全風(fēng)化泥灰?guī)r（D3s）：原巖礦物基本風(fēng)化為黏土礦物，殘留部分原巖結(jié)構(gòu)，局部夾少量強風(fēng)化泥灰?guī)r殘余，巖芯呈土柱狀，土塊狀，局部夾碎塊狀、角礫狀，巖質(zhì)極軟.推薦［fa0］=200 kPa，qik=60 kPa，主要分布于全風(fēng)化頁巖與強風(fēng)化泥灰?guī)r之間，厚度2.7～19.4 m 不等，隧道左右洞之間該層厚度較大，所有鉆孔均有揭露，部分鉆孔未揭穿.

強風(fēng)化泥灰?guī)r（D3s）：泥晶結(jié)構(gòu)，鑲嵌碎裂構(gòu)造，主要成分為方解石，含量約50%，泥質(zhì)，含量約30%.節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖芯極破碎，呈碎塊狀，局部夾全風(fēng)化軟弱層，巖芯呈土柱狀、土塊狀.巖質(zhì)軟.推薦［fa0］=400 kPa，qik=100 kPa，主要分布于全風(fēng)化泥灰?guī)r與中風(fēng)化泥灰?guī)r之間，厚度1.8～7.0 m 不等，部分鉆孔未揭穿，除HPBK-12 鉆孔外，所有鉆孔均有揭露.

中風(fēng)化泥灰?guī)r（D3s）：中厚層狀構(gòu)造，主要成分為方解石，含量約50%，泥質(zhì)，含量約30%.節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯破碎，主要呈碎塊狀、短柱狀，局部夾柱狀，節(jié)長20～25 cm，巖質(zhì)較軟.推薦［fa0］=800 kPa，qik=180 kPa，主要分布于強風(fēng)化泥灰?guī)r層之下，厚度未揭穿，于鉆孔HPBK-6、HPBK-7、HPBK-11揭露.

3.2 滑坡補充勘察結(jié)論

（1）滑動面：根據(jù)第三方測斜結(jié)果，滑動面位于土巖界面附近，局部切入全風(fēng)化頁巖層內(nèi)，最大滑移深度15 m.

（2）滑動方向：右洞主滑方向約349°，與路線夾角34°；左洞主滑方向約2°，與路線夾角24°.

（3）第一次右洞滑坡體最大寬度約48 m，滑動方向最大主軸長度約65 m，滑坡體面積約2500 m2，體量約30000 m3；

第二次左洞滑坡體最大寬度約71 m，滑動方向最大主軸長度約130 m，滑坡體面積約7100 m2，體量約85000 m3.屬中型土質(zhì)滑坡.

（4）滑動方式：為重力牽引式滑坡.

4 滑坡穩(wěn)定性分析與支擋設(shè)計

4.1 滑坡穩(wěn)定性計算模型及計算方法［1］

根據(jù)對滑坡變形現(xiàn)象和成因機制的分析，結(jié)合滑坡前期破壞模式分析，在滑坡前期治理穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上，建立1-1′、2-2′剖面和3-3′計算模型，如圖5 所示.

圖5 滑坡計算剖面圖

1-1′、2-2′、3-3′剖面滑面呈折線型，本次計算選取傳遞系數(shù)法.傳遞系數(shù)法是剛體極限平衡法中的一種應(yīng)用非常廣泛的方法，適用于任意形狀的滑裂面，其假定條間力的合力與上一條土條底面相平行，如圖6 所示.傳遞系數(shù)法計算公式如下：

圖6 傳遞系數(shù)法計算條分示意圖

式中：

Fs―滑坡穩(wěn)定性系數(shù)；

ψj―傳遞系數(shù)；

Ri—第i計算條塊滑體抗滑力（kN/m）；

Ti—第i計算條塊滑體下滑力（kN/m）；

Ni—第i計算條塊滑體在滑動面法線上的反力（kN/m）;

ci—第i計算條塊滑動面上巖土體的黏結(jié)強度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）

φi—第i計算條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（°）；

li—第i計算條塊滑動面長度（m）;

αi—第i計算條塊地下水流線平均傾角，一般情況下取浸潤線傾角與滑面傾角平均值（o），反傾時取負(fù)值;

Wi—第i計算條塊自重與建筑等地面荷載之和（kN/m）；

PWi—第i計算條塊單位寬度的滲透壓力，作用方向傾角為αi（kN/m）;

i—地下水滲透坡降；

γW—水的容重（kN/m3）;

Viu—第i計算條塊單位寬度巖土體的浸潤線以上體積（m3/m）;

Vid—第i計算條塊單位寬度巖土體的浸潤線以下體積（m3/m）;

γ—巖土體的天然容重（kN/m3）;

γ′—巖土體的浮容重（kN/m3）；

γsat—巖土體的飽和容重（kN/m3）；

第五，加強資金和項目的管理，這一點也非常重要。政府資金要一分錢花出一分錢的效益，要加強管理，加大監(jiān)督檢查和審計稽查的力度。在大型工程上堅持“四制”，在小型工程上要探索報賬制和吸引農(nóng)民參與、農(nóng)民自管自建等一些新的辦法，以提高建設(shè)資金的使用效率。還有一點，剛才提到的，現(xiàn)在水利資金的投資渠道比較多，還是要以縣級為單位，加大各方面的整合力度，以提高資金的使用效率。總之，通過采取以上五個方面的措施，進(jìn)一步搞好西部地區(qū)的水利建設(shè)，以支撐新一輪的西部大開發(fā)。

Fi—第i計算條塊所受地面荷載（kN）.

4.2 計算工況及荷載組合

工程區(qū)位于隧道口后側(cè)，計算工況為：

工況Ⅰ：自重＋正常地下水壓力＋地表荷載；

工況Ⅱ：自重＋暴雨下地下水壓力＋地表荷載.

4.3 計算參數(shù)取值

穩(wěn)定性計算建立在滑坡穩(wěn)定性分析基礎(chǔ)上.計算參數(shù)的確定是根據(jù)勘察報告對滑帶土抗剪強度建議值，如表1 所示，參數(shù)反演與工程類比，并考慮不同剖面、不同部位滑坡穩(wěn)定性的差異，對不同剖面、不同部位分段綜合取值，如表2 所示.勘察報告對滑帶土抗剪強度建議值偏低，因此滑帶土參數(shù)主要根據(jù)滑坡變形現(xiàn)象和變形破壞模式的分析，并以反算分析為主進(jìn)行取值.

表1 軟塑粉質(zhì)黏土指標(biāo)

表1 （續(xù)）

表2 穩(wěn)定性計算參數(shù)取值表

1-1′、2-2′、3-3′剖面分別選取不同的計算模型進(jìn)行滑坡滑動帶抗剪強度參數(shù)的反算，反演參數(shù)計算條分圖如圖7～圖9所示.計算中需注意以下幾方面：

圖7 1-1′剖面穩(wěn)定性計算條分圖

圖8 2-2′剖面穩(wěn)定性計算條分圖

圖9 3-3′剖面穩(wěn)定性計算條分圖

（1）選取的1-1′、2-2′、3-3′三個剖面，由于邊坡已出現(xiàn)滑動，邊坡中部和后緣出現(xiàn)多處裂縫，計算安全系數(shù)取0.98；

（2）由于滑坡所處斜坡坡面長，匯水面積大，工況1 與工況2 的滑面參數(shù)變化不大，兩種工況取相同滑面參數(shù)；

（3）滑坡區(qū)域地層第一層為碎石土層，第二層為頁巖層，滑動面位于土層分界處，地下水位位于地面以下4 m，頁巖層為不透水層，地下水為上層滯水；工況1 計算時不考慮動水壓力和水浮托力作用，工況2 暴雨工況計算時考慮動水壓力和水的浮托力作用.

4.4 剩余下滑力計算［2］

滑坡推力的計算和設(shè)計載荷取值是滑坡治理工程設(shè)計的關(guān)鍵.該滑坡治理工程等級為Ⅰ類，分別計算工況Ⅰ和工況Ⅱ，取剩余下滑力大值作為抗滑樁設(shè)計荷載.

滑坡治理工程設(shè)計安全系數(shù)的選取如表3 所示，防治工程等級Ⅰ級時，正常工況取1.20～1.30，非正常工況取1.10～1.20.根據(jù)勘察報告，滑坡區(qū)巖土種類多，變化大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度劃分為復(fù)雜.為長期有效保證隧道施工與運營期的安全，非正常工況取1.15.

表3 滑坡防治工程設(shè)計穩(wěn)定安全系數(shù)

1-1′、2-2′、3-3′剖面分別是穩(wěn)定性較差的此次重點治理滑面，結(jié)合方案設(shè)計的工程布置位置，計算和確定滑坡剩余下滑推力.其計算結(jié)果如表4所示.

表4 滑坡剩余下滑推力計算結(jié)果

由于工況1 計算時不考慮動水壓力和水浮托力作用，工況2 暴雨工況計算時考慮動水壓力和水的浮托力作用，本次設(shè)計取剩余下滑力較大值1200 kN/m 作為設(shè)計荷載.

4.5 抗滑樁設(shè)計

經(jīng)計算，隧道洞口后側(cè)剩余下滑力約為1200 kN/m，采用雙排樁布置，每排承受600 kN/m 剩余下滑力，樁徑為1.8 m，樁長約32 m，梅花形布置，樁頂采用冠梁連接，使抗滑樁和樁間土成為受力整體，增強抗滑樁整體受彎剛度.

隧道洞門后側(cè)布置抗滑樁具體布置如圖10所示.

圖10 隧道洞口滑坡處治平面布置圖

根據(jù)滑坡體的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征［3］，荷載分布按三角形分布考慮；采用m 法設(shè)計；考慮錨固段巖層剛度相差不大，抗滑樁樁底支承采用鉸接方式.

5 隧道洞口滑坡處治方案

根據(jù)現(xiàn)場多次踏勘與滑坡穩(wěn)定性分析及方案設(shè)計，該滑坡治理首先考慮以抗滑樁支擋加固整體滑動面，確保整體穩(wěn)定［4-5］，同時兼顧隧道淺埋暗挖進(jìn)口后變形塌方等施工風(fēng)險，主要措施為左右線抗滑樁+左線延伸暗洞+右洞套拱增強+洞身暗洞范圍地表注漿+反壓回填［6］.具體措施如下：

（1）采用沿隧道右洞明洞段軸向設(shè)置抗滑樁，防止隧道明洞施工期間開挖形成臨空面，再次誘發(fā)滑坡+設(shè)置垂直于洞軸向抗滑樁進(jìn)行支擋，確保隧道運營期間的安全；

（2）右洞洞口外延20 m 至K124+455，明洞襯砌外設(shè)置套拱，套拱長度增長到26 m，右洞大管棚L(fēng)=42 m（含套拱長度），大管棚導(dǎo)向墻與明洞套拱分開施做，先施工2 m 長導(dǎo)向墻及大管棚，后施工明洞套拱及反壓回填土層，在套拱的防護(hù)下施工明洞段襯砌；

（3）左洞洞口外延至Z2K124+430，明洞長度由10 m 調(diào)整至5 m，暗洞長度增加30 m.左洞洞口套拱長度設(shè)計為3 m.同時增長大管棚，采用φ108 mm鋼管，左洞大管棚L(fēng)=42 m（含套拱長度）.根據(jù)成孔情況，大管棚可采用跟管施工;

（4）隧道洞口段暗洞局部采用地表注漿加固，注漿范圍橫向：左右線開挖線以外3 m.縱向范圍Z2K124+435～Z2K124+500、K124+485～K124+525.加固深度為隧道地表至仰拱以下5 m，注漿孔間距1.2 m×1.2 m 梅花形布置，為降低地表注漿的鋼花管對隧道大管棚施工的干擾及縮減施工工期，注漿工藝采用二重管WSS 后退式注漿［7］，注漿孔內(nèi)無須安裝鋼花管，鉆至指定深度后采用鉆注一體機對隧道洞身范圍進(jìn)行注漿加固，降低隧道暗洞施工坍方冒頂風(fēng)險；

（5）左右洞洞口段襯砌在大管棚有效長度內(nèi)的Va 型襯砌再增設(shè)φ50 小導(dǎo)管超前支護(hù)措施，大管棚環(huán)向間距調(diào)整為0.3 m；

（6）在滑坡地表范圍采用排水滲溝+仰斜式排水孔+隧底碎石盲溝+降水井排水；

（7）坡體內(nèi)設(shè)置排水滲溝，應(yīng)自上而下、從中間向兩側(cè)坡面重力式排水，最小縱坡不小于3%，防止溝內(nèi)積水；

（8）為進(jìn)一步控制滑移段隧道初支的沉降變形，將暗挖初支鋼架的最大跨和邊墻腳處的鎖腳錨管調(diào)整為89 mm 鎖腳鋼管，長度6 m；

（9）為降低地下水位，采用洞口附近設(shè)置降水井；

（10）于隧道左洞Z2K124+467、+492 洞身左右側(cè)及洞身范圍、明暗分界處設(shè)置三排φ108 鋼管樁，長度20 m，鋼管采用絲扣連接，絲扣長15 cm，φ 102×6 套絲鋼管長30 cm，同一排鋼管應(yīng)使鋼管接頭錯開；

（11）隧道左右洞二襯臺車必須同步組裝，待明洞護(hù)拱完成后，可立即施作護(hù)拱內(nèi)的明洞襯砌，更好地保證整個護(hù)拱的穩(wěn)定并更安全在護(hù)拱頂部回填.

6 結(jié)論

由于隧道洞口為全風(fēng)化頁巖及全風(fēng)化泥灰?guī)r堆積體，地質(zhì)條件差，施工期間連續(xù)暴雨產(chǎn)生較大滲透力，導(dǎo)致巖土體物理力學(xué)參數(shù)持續(xù)弱化，同時隧道洞口開挖時存在臨空面，使得坡體失穩(wěn)，產(chǎn)生滑坡.通過對隧道洞口穩(wěn)定性分析與計算，綜合考慮設(shè)計了抗滑樁等多種處理措施，同時加強施工監(jiān)測，成功處理了滑坡，為今后類似工程提供借鑒.