大峪隧道洞口段滑坡处治分析

卫 涛/河南省交通规划设计研究院股份有限公司

大峪隧道洞口段滑坡处治分析

卫 涛/河南省交通规划设计研究院股份有限公司

以大峪隧道洞口段滑坡为研究对象，分析成因，结合现场调查及地勘资料验算滑坡体的稳定性，并对边坡支护方案和接长明洞两种处治方案进行了对比分析。结果表明：两种方案均能保证边坡稳定，但接长明洞的方案施工难度相对较小，施工以及后期运营更为安全；同时也为隧道洞口滑坡治理提供了工程的参考性，具有实际的指导意义。

隧道洞口；滑坡；明洞

引言

由于工程地质及施工等因素的影响，边坡施工过程中易出现各种各样的地质灾害。其中，隧道洞口段多处于侵蚀严重、节理裂隙较发育的坡面上，因而隧道洞口滑坡是极其常见。滑坡事故突发性强，破坏性大，特别是发生在隧道洞口段，若不能及时的处治，将对隧道衬砌结构及高速公路的运营带来极大的安全隐患。目前，我国在隧道边坡稳定性分析中，一般采用极限平衡法和有限元数值模拟法。但由于岩土体的复杂性，特殊地质条件下岩石的变形机理仍未清楚，边坡的破坏模式和发展阶段等仍未十分明了。在滑坡灾害治理方面，通常采用“预防为主，综合整治”的方针。广泛采用的滑坡治理方法主要有支挡、截排水、锚固、减压和反压工程等。

本文针对大峪隧道隧道洞口段的滑坡问题，分析成因，结合现场调查及地勘资料验算滑坡体的稳定性，提出边坡支护和接长隧道明洞两种方案，并进行对比分析。

1.工程概况

河南省焦桐高速公路登封至汝州段大峪隧道为上、下行分离的四车道小间距隧道（中夹岩约10m），左线L3K27+045～ L3K27+209（164m）， 右 线 K27+047～ K27+210（163m）。隧道穿越强～中风化灰岩，表层覆盖薄层含碎石，基岩开挖后，存在顺向滑塌现象；岩石层间结合差。

2014年7月，大峪隧道进口段路基开挖至设计高程时该段右侧顺倾边坡产生变形，山坡中上部出现宽度不一的拉裂缝，局部出现垮塌；停止路基挖方施工后，坡体前缘未出现明显位移；后因连降降雨，坡顶出现多条拉裂缝，处裂缝最大宽度达0.2m。在此种情况下，判定山体滑坡的形成机制，采取快速有效滑坡治理方案，控制滑坡的继续发展显得尤为迫切，具体现场情况见图1～ 2。

2. 工程地质条件

2.1 地形地貌

该区域为构造剥蚀浅切割中低山地貌，属于中低山地貌沟谷和斜坡地貌，地形起伏较大，地面标高基本在470～482米之间，相对高差20m。地表植物主要是乔木林和少量灌木丛。

2.2 地层岩性

依据区域地质资料、地调资料，区内上覆地层为第四系漂石层和钙质胶结层，分布不连续，主要分布在表层，厚度不大，下伏基岩为寒武系页岩与灰岩和寒武系白云质灰岩。具体描述如下：

第四系残坡积层：

漂石（Q4）：杂色，密实，稍湿，主要成分以砂岩为主，呈次棱角状，岩芯呈块状，般块径60～130mm，最大块径200mm占约55%，少量粉黏充填。

钙质胶结（Q4）：灰白色，岩芯呈碎块状，呈不规则状，一般块径5～40mm,最大块径80mm，少量粉砂充填，其中2～3.2m处夹少量片麻岩碎块。

寒武系

灰岩：浅青灰色，强风化-中风化，隐晶质结构，薄层状构造，主要成分以方解石为主，岩质强度中。受多次地质构造运动影响，强风化岩体节理裂隙发育，岩体较破碎。中风化层岩体相对强风化层完整，裂隙较发育，工程性质较好。

页岩：暗紫红色，强风化-中风化，泥质粉砂结构，层状构造，节理裂隙发育，岩质较软，主要成分以泥质为主，含石英，长石。受多次地质构造运动影响，强风化岩体节理裂隙发育，岩体较破碎。中风化层岩体相对强风化层完整，裂隙较发育，工程性质较好。

3.滑坡成因分析

大峪隧道洞口由最初的边坡局部垮塌至最后的的浅层滑坡发展很快，以及对裂缝和滑坡体的专项补充勘察，判定此次洞口滑坡由地质地形及施工等多方面因素引起，滑坡体成因如下：

根据地形地物调查及地质调绘，归纳出大峪隧道洞口滑坡特征如下：

（1）施工坡率与设计不符

临近隧道洞口处存在断层造成地质突变，但L3K26+860～L3K27+045段挖方路基现场施工坡率与设计坡率不符，现场按照临近灰岩地质的坡率进行施工；

（2）支护不及时

施工过程中未将防护由上到下逐步进行，未边开挖边防护；现场一次开挖到位后，将裸露边坡长时间暴露。

（3）偏压顺倾严重

路线穿越区域偏压严重，右高左低，路堑段开挖打破原有的受力平衡；坡面顺倾斜，与路线垂直，倾角约30°；沿着顺倾的土石交界面形成了潜在的不稳定滑动面。

（4）地表水的下渗

干湿交替及施工开挖引起的地表浅层横向裂缝，加速地表水入渗并在上部浅层岩土层界面形成滞水层，抗剪强度降低，加速变形；

4.滑坡体稳定性分析与评价

根据地质钻孔揭露情况，推测出潜在滑动面如图7所示。运用理正分析软件定量验证在自然工况和削坡卸载后的稳定性系数，对洞口边坡稳定性进行了定量评价。

（1）目前滑移面位于坡面中上部，属于浅层滑坡；

（2）根据滑动面处土体的室内试验，确定滑面处土体参数，c=17Kpa、ψ=9.6°；

（3）经验算，当时状态下滑坡体安全系数K=1.02，边坡处于蠕动变形阶段；

（4）目前坡面处于不稳定状态，若不及时处治，将牵引更大范围的破坏。

5.滑坡处置方案

5.1 方案选择

根据大峪隧道洞口滑坡体断面临界状态，需采取快速有效方案稳固山体，控制住滑坡体的变形趋势。采用砂浆和黏土对坡体上的裂缝进行回填夯实，防止地表水渗入，然后在滑坡后缘设置截水沟，防止降雨渗入坡体；最后通过处治对该滑坡进行处治。

5.2 边坡支护方案

根据边坡的稳定性分析、不稳定的顺倾结构面及边坡不稳定程度及范围，对边坡支护方案的合理性、安全性进行技术经济论证。

首先，按照地勘部门提供的地质资料对边坡进行了路堑边坡设计，如表1所示。为了降低坡高，第一级边坡高度设计为6m，同时增设挡土墙；为了使安全系数达到1.3，在第二级以及第三级边坡加设锚索框架梁，进行防护，见表1。

表1 边坡设计坡率

但是由于实际进行放坡设计时，边坡高度增加较快并且过高危险系数较大，况且部分段落坡顶无法收顶，局部边坡达到70m；另外，在后期运营过程中，受外部影响较大，仍然存在局部坍塌导致滑坡的风险。在实际应用中应该慎重考虑。

5.3 隧道出口接长明洞方案

进过详细的研究论证比较，考虑采用隧道接长明洞及洞顶填土反压滑坡前缘，达到根治滑坡的目的。

5.3.1 处治方案。

（1）根据现场计算及现场监测，现有滑坡土体仍处于不稳定状态，明洞施工期间，仍有滑动的可能，为确保明洞施工、运营期间安全，要进行卸土减载。选择滑动区域并结合明洞施工段落顺序，逐步卸载。卸载时，应从滑坡体后缘向滑坡前缘逐层开挖，并设置3%～8%倾向于路基的斜坡，严禁开挖滑坡体的舌部，防止滑坡体继续发展；做好卸载区域雨天的排水疏导，严禁形成凹地，造成积水

（2）隧道左线洞门桩号由L3K27+045调整为L3K27+000，增加明洞45m；

（3）隧道右线洞门桩号由K27+047调整为K27+002，增加明洞45m。

（4）采用隧道弃渣对隧道进行回填，可对滑坡起到反压作用。经测算，隧道弃渣可填至明洞拱顶高约5 m；通过反压回填后临近路基的最大边坡高度降到40m以内；

该方案施工难度相对较小，施工人员较为安全，工程造价略高方案相对较低。同时，洞顶回填使用隧道弃渣及其他废弃土石方，既节约了弃土费用，还有利于环境保护。

5.3.2 受力验算。

对结构进行简化，只选取左侧明洞，对接长明洞方案下结构的安全性能进行验算分析。

（1）建立结构受力模型：明洞高度9.27 m，拱顶填土厚度5.00 m，下滑力与隧道轴线夹角为35°，明洞由滑坡增加的侧压力按4213.25 / (5 + 9. 27 ) × sin35°= 169. 35 kN /m2计算，拱墙及仰拱衬砌支护采用700mm厚C25混凝土，采用Φ28 @150mm 钢筋。结构受力模型，见图 3。

（2）计算结果分析:运用ANSYS有限元计算软件对明洞结构受力进行模拟计算。由图4知，明洞结构安全系数最小值为2.4，满足《公路隧道设计规范》JTG D70 /2 -2014中安全系数大于2. 0的要求，故接长明洞方案能满足施工及运营期间的安全性。

6. 结论

通过对大峪隧道洞口段滑坡的研究，结合地质情况和施工设计，对两种处治方案进行了分析，得出结论如下：

(1) 边坡支护及接长隧道明洞两种方案均能有效的保证滑坡的稳定性，确保隧道衬砌结构及高速公路的运营安全。

(2) 接长隧道明洞方案与边坡支护的方案相比，施工难度相对较小，施工人员更为安全，并有利于保护环境，同时也提高了后期公路运营期间的安全度。因此，采用接长隧道明洞方案对大峪隧道洞口段滑坡的治理是合理、可行的。

（3）大峪隧道洞口滑坡治理的方案，为隧道洞口滑坡治理提供了工程的参考性，具有实际的指导意义。

[1]陈羽，.隧道洞口滑坡稳定性分析及致力研究[J]. 中外公路，2016，36（2）1671-2579.

[2]姜鹏，郑涛.姜家梁隧道洞口段滑坡治理方案分析[J].路基工程，2016（3）:0218-0222.

[3]工程地质手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2006.

[4]关宝树.隧道工程施工要点集 [M]. 北京：人民交通出版社，2011.

卫涛（1985-），男，工程师，硕士，河南西平人，河南省交通规划设计研究院股份有限公司,工程师，主要从事桥梁、隧道勘察设计与研究。