某公路隧道進(jìn)口滑坡勘察及穩(wěn)定性評價(jià)

張國銀

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

1 概況

某公路隧道為左右線分離式隧道，兩隧道左側(cè)邊墻最大間距約為25 m，隧道右線全長2 288 m，隧道底板最大埋深178.36 m；隧道左線全長2 308 m，隧道底板最大埋深177.26 m。左右線均屬長隧道，隧道總體走向呈257°～266°。

根據(jù)勘察結(jié)果，隧道進(jìn)口位于基巖陡坡上，基巖巖性由三疊系劉家溝組強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾薄層泥巖組成，坡面植被發(fā)育，巖層受風(fēng)化影響，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，且?guī)r層傾向與邊坡坡向一致，呈不利組合，仰坡穩(wěn)定性較差。

施工過程中，在進(jìn)口端洞頂截水溝、邊仰坡施工完成后，左右洞之間邊仰坡山體發(fā)生滑塌，見圖1。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，隧道左洞仰坡在距離洞口約50 m處出現(xiàn)一條長40 m，寬1.2 m，深約6 m左右的斜向裂縫，洞口邊坡整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，屬于被開挖切腳的順層巖質(zhì)邊坡滑坡[1]。

圖1 滑坡全貌照片

2 工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

隧址區(qū)地貌單元為侵蝕剝蝕基巖中山區(qū)，區(qū)內(nèi)地形起伏較大，沖溝發(fā)育，隧道與山體走向斜交。隧道進(jìn)口為基巖陡坡，植被發(fā)育，主要為松木等。隧道地表海拔高程介于1 093～1279 m，相對高差約為186 m。

2.2 地層巖性

勘察區(qū)范圍內(nèi)地層主要由三疊系劉家溝組磚紅色中-厚層細(xì)粒長石砂巖、粉砂巖為主，上部夾泥巖、砂質(zhì)泥巖或砂質(zhì)頁巖，中下部為中-厚層狀砂巖偶夾少量薄層泥質(zhì)砂巖。整個(gè)隧道圍巖97%位于該組地層中。鉆探揭示其強(qiáng)風(fēng)化層厚度為10～15 m。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

項(xiàng)目區(qū)展布于Ⅱ級構(gòu)造單元呂梁-太行斷塊及疊加于其上的Ⅲ級構(gòu)造單元沁水塊坳內(nèi)，路線所處的Ⅳ級構(gòu)造單元為郭道-安澤近南北向褶帶，隧址區(qū)構(gòu)造較復(fù)雜，隧道中部發(fā)現(xiàn)一南-北向?qū)ΨQ背斜構(gòu)造-Sb，滑坡附近無斷層通過。隧道進(jìn)口巖體產(chǎn)狀：94°∠22°，發(fā)育兩組節(jié)理產(chǎn)狀：180°～190°∠75°～82°（3條 /m），90°～95°∠67°（6條 /m）。

由圖2、圖3可知，巖層傾向和隧洞進(jìn)口坡面傾向基本相同，屬順向坡，所發(fā)育的兩組優(yōu)勢節(jié)理傾角皆比較大，因此存在沿層面和節(jié)理面組合面滑坡的可能性，呈不利組合關(guān)系。

圖2 隧道進(jìn)口節(jié)理走向玫瑰花圖

圖3 結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖

2.4 水文地質(zhì)

隧址區(qū)圍巖巖性以中-薄層狀砂巖為主，偶夾薄層砂質(zhì)泥巖，砂巖具大孔隙或裂隙，是很好的含水介質(zhì)，有利于大氣降水的下滲補(bǔ)給，而砂質(zhì)泥巖具有一定的隔水性，使地下水進(jìn)一步富集。

隧址區(qū)地表小型沖溝發(fā)育，大部分屬于季節(jié)性沖溝，平時(shí)無水，雨季可形成短暫水流，隧道出口分布有少量地表水，其水面標(biāo)高高于隧道前半段設(shè)計(jì)標(biāo)高，說明隧洞內(nèi)有地下水分布，地下水類型為碎屑巖裂隙水，補(bǔ)給來源主要靠大氣降水。

3 滑坡工程地質(zhì)特征

3.1 滑坡形態(tài)特征及現(xiàn)狀

該滑坡從滑動特征上，可分為南北2塊次級滑體。

①號次級滑體（北側(cè)）已經(jīng)發(fā)生整體滑動，坡體變形較為劇烈，平面形態(tài)近似紡錘形，滑體周界清晰，主要受巖體2組節(jié)理裂隙控制，后緣（見圖4）呈陡坎狀，較為光滑，可見明顯擦痕，高度約3.5 m左右，南側(cè)周界（見圖5）較為平整，為巖體一組（275°∠67°～75°）結(jié)構(gòu)面，深度3～4 m，北側(cè)周界位于軟弱面與砂巖分界位置，較為明顯，前緣剪出口已被滑坡掩埋，根據(jù)施工單位介紹，剪出口位于斜坡底部軟弱夾層位置；滑動面位于砂巖所夾的泥巖接觸面，厚度約0.01～0.02 m，滑動傾角為20°～25°左右?；w主要由三疊系劉家溝組強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾薄層泥巖構(gòu)成，滑坡體塊碎石多呈稍密狀，且局部含孔隙水稍明顯，有滲水現(xiàn)象，滑坡體中南部相對較厚，北側(cè)較薄，其主軸長約80 m，平均寬度18 m，滑體厚度5～8 m，滑體體積約0.6萬m3，滑動方向98°，與巖層傾向基本一致，滑坡體自然坡面20°～30°，坡面上以松木為主。屬小型順層基巖滑坡。

圖4 滑體后緣裂縫

圖5 滑坡南側(cè)周界照片

②號次級滑體（南側(cè)）尚未發(fā)生整體滑動，但后緣已經(jīng)出現(xiàn)拉張裂縫，滑體處于蠕動擠壓變形階段，裂縫寬度約10～25 cm，深度約10～30 cm，延伸長度為8 m左右，且有擴(kuò)大的趨勢。平面形態(tài)近似紡錘形，②號滑體主軸長90 m，平均寬度16 m，滑體厚度約7～9 m，滑體體積約1.15萬m3；根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和前緣剪出口（滲水點(diǎn)）分布位置，滑動面可分為淺層和深層兩層（見圖6），目前淺層滑動面有剪出跡象，深層滑動面剪出跡象不明顯，根據(jù)分析，深層滑動面與①號滑體的滑動為同一層。

圖6 ②號滑體前緣剪出口（潛滑面）位置

3.2 滑坡成因分析

3.2.1 地質(zhì)內(nèi)因

滑體主要由三疊系劉家溝組強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾薄層泥巖組成。巖體呈強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理發(fā)育，層面平滑，結(jié)合程度較差；發(fā)育兩組節(jié)理：180°～190°∠75°～82°（3條 /m），90°～95°∠67°（6條 /m），節(jié)理面無充填或泥質(zhì)充填。巖層產(chǎn)狀為94°∠24°，巖層傾向與邊坡同向，且?guī)r層產(chǎn)狀與節(jié)理形成一個(gè)楔形體，呈不利組合關(guān)系。同時(shí)泥巖夾層遇水土體強(qiáng)度降低，形成軟弱結(jié)構(gòu)面，為坡體滑動提供了條件[2-3]。

3.2.2 外因

由于隧道洞口開挖，破壞了山體自然平衡狀態(tài)，前緣形成臨空面，坡面巖體破碎，雨水下滲，導(dǎo)致泥巖夾層遇水軟化，形成軟弱結(jié)合面，坡體沿軟弱面牽引中后部土體向斜坡低地滑動，造成邊坡滑塌。

3.3 滑坡穩(wěn)定性評價(jià)

3.3.1 工況及計(jì)算方法選擇

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015），分別從正常、非正常2個(gè)工況對主滑斷面進(jìn)行推力計(jì)算，采用“理正巖土工程系列軟件”進(jìn)行計(jì)算。

3.3.2 參數(shù)選取

該次滑坡穩(wěn)定性分析參數(shù)選取，主要通過滑坡反算并參考同類邊坡中巖層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)綜合確定。其中滑體土重度γ=22 kN/m3，飽和重度γsat=25 kN/m3，c正常=10.5 kPa，c飽和=7.0 kPa。其中滑坡參數(shù)反算時(shí)，選取現(xiàn)狀穩(wěn)定系數(shù)K=0.95進(jìn)行反算，反算參數(shù)結(jié)果見表1。

表1 滑帶土力學(xué)參數(shù)反算結(jié)果表

3.3.3 滑坡穩(wěn)定性分析與評價(jià)

①號次級滑體已整體滑塌，坡面仍有滑動的跡象，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 ②號次級滑體（淺層），后緣已經(jīng)形成拉張裂縫，前緣剪出口有滲水，且有變形跡象，其變形處于蠕動擠壓階段，穩(wěn)定性狀態(tài)為欠穩(wěn)定。②號次級滑體（深層），剪出口未發(fā)現(xiàn)明顯變形跡象，但其滑動面和①號滑體為同一滑動面，屬于潛在滑面。根據(jù)工程類比，若左洞口繼續(xù)開挖，臨空面擴(kuò)大后，可能會引發(fā)順層滑坡，定性其現(xiàn)狀穩(wěn)定性處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)滑坡體目前的穩(wěn)定狀態(tài)，對主滑斷面進(jìn)行推力計(jì)算。c、φ值采用反算并參考同類邊坡中巖層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)綜合確定。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 剩余下滑力計(jì)算表

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）要求正常工況取安全系數(shù)為1.3，非正常工況取1.2，經(jīng)計(jì)算，最后一個(gè)條塊剩余下滑力為573 kN/m、150 kN/m、1 324 kN/m，抗滑力小于下滑力，該滑坡穩(wěn)定系數(shù)不滿足規(guī)范要求，安全儲備不足。

4 結(jié)論與建議

a）滑坡主要由三疊系劉家溝組強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾薄層泥巖組成，巖體呈強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理發(fā)育，層面平滑，結(jié)合程度較差，巖層傾向又與邊坡同向，屬順層坡，邊坡開挖，破壞了山體自然平衡狀態(tài)，是邊坡產(chǎn)生滑坡的主要原因。

b）①號次級滑體已經(jīng)滑動，現(xiàn)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，建議先進(jìn)行支擋防護(hù)后，再對滑體進(jìn)行清除，以防止滑體清除后引起規(guī)模更大的順層滑坡。

c）②號次級滑體處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，為防止后期洞口施工的擾動引起新的滑坡，建議對該滑體坡腳處采用抗滑支擋治理措施，并做好坡面防護(hù)等工程措施。