国省干线公路隧道口滑坡灾害及工程处治技术研究

张永刚

(山西昔榆高速公路有限公司，山西 晋中 030600)

1 公路隧道项目背景

此国省干线公路隧道工程设计的是上下分离式双车道，隧道衬砌宽度是10.86 m，要穿过低山丘陵，而且地形起伏相对比较大。公路隧道围岩是粉砂质泥岩+砂岩+未胶结砾岩，同时岩石节理裂隙表现较为发育。此国省干线公路隧道洞口段选择的是SA5a型支护方式，初期支护选择的是I18型钢(布设间距为0.75 m)+C25喷射混凝土(厚度为25 cm)+φ25 mm注浆锚杆(长度为3.5 m)，二次衬砌钢筋混凝土(厚度为45 cm)，同时预留的变形量是10 cm，超前支护选择的是管棚(规格为φ108 mm×6 mm)。

2 公路隧道洞口滑坡灾害及处治

2.1 洞口滑坡情况

公路隧道工程的右洞洞口桩号是K50+135，其中明洞的长度是5 m，暗洞的进洞桩号是K50+140，选择的进洞方式是“长管棚+护拱”，工程原设计采用的施工方式是台阶法。当公路隧道工程开挖至10 m时，隧道洞口的左侧仰坡发生了失稳问题，且仰坡地表形成了多条裂缝。通过综合分析与研究最后决定选择微型桩处治方案，于右线隧道的左侧滑坡位置建立微型桩(共6排)，而微型桩以是钢管(规格是φ108 mm×6 mm)为核心，选择梅花布设方式，各个钢管的间距是1.0 m×1.0 m，各排之间的距离是1.0 m，保证钢管嵌入岩石的深度≥土层厚度的1/3。钢管的内部设置一束钢筋(直径是22 mm，数量是3根)，且长度和钢管的长度一致，从而提高钢管桩自身抗剪性能，同时进行钢管钻孔、注浆，其中注浆孔的直径是15 mm，间距是30 cm，初始注浆压力应控制为0.5 MPa，终止压力则控制为2.5 MPa。

边坡选择微型桩处治方案，然后进行右线隧道开挖施工，当掌子面掘进长度未达到20 m，边坡就出现了滑坡灾害，由右线隧道的左侧向YK50+100方向滑动，导致右线隧道护拱被挤压成为了V形，因此只能停止施工。

2.2 滑坡灾害成因

在公路隧道洞口出现滑坡灾害之后，建设单位展开了滑坡体全面勘察与调查，经过研究发现此区域具备老滑坡体特点，也是出现滑坡灾害的重要内因。在右线隧道开始进洞之前，需要完成边坡与仰坡的开挖，而这导致边坡体失去了平衡，坡脚切除影响了滑坡前缘抵抗力，同时隧道洞口作业引发的岩体移动、降雨与爆破振动等都会诱发滑坡灾害。

前期微型桩方案存在问题：在选用处治方案时没有予以高度重视，实地勘察与计算不全面，关于微型桩的优势与特征认识不全，虽然微型桩具备良好的经济性、施工便捷性等优势，然而其抗弯能力相对较弱。此外，钢管桩不具备连系顶梁，未构成总体结构，插入深度未满足预期规定要求。

总而言之，虽然当出现滑坡迹象后，及时采用了微型桩处治方案，但是实际效果并不是很理想。

2.3 钢筋混凝土抗滑桩处治方案

滑坡灾害处治基本分为两类：第一类是减滑，例如削坡减载，或是滑坡后缘建立排水沟等；第二类是抗滑加固，一般采用抗滑桩、预应力锚杆以及挡土墙等。建设单位全面分析此公路隧道工程滑坡病害特点、边坡情况与桩、墙以及锚等的相关处治方案，最后决定选择刚度大、插入深度达标的大直径混凝土抗滑桩处治方案，并制定了下述几项措施：(1)选择YK50+240与ZK50+280山坡建立环形截水沟，以免山坡地表水流入公路隧道。选择距离>左右侧明洞仰坡5 m的位置建立截水沟，从而实现地表径流的有效截排；(2)将右洞进口的开挖仰坡土层进行卸载，按照由上至下的顺序进行隧道顶部、路堑段滑坡体的卸载与重新刷坡，其中土体刷坡率≥1∶2；(3)选择YK50+80与YK50+145段建立路堑挡墙，高度为4 m。同时隧道明洞仰坡选择“注浆钢导管(φ42 mm×4 mm)+注浆(长度是4.5 m，间距是1.5 m×1.5 m)”的防护模式；(4)科学优化隧道作业流程，调整施工技术方案，选择CRD方法，降低隧道作业对滑坡体带来的不利影响。

与滑坡方向相垂直，建立抗滑桩(数量是7根)，桩身的尺寸与桩长具体如下：1#至3#的桩长是25 m，截面是2.5 m×3.5 m；4#至5#桩长是22 m，截面是2 m×2.5 m；6#～7#桩长是14 m，截面是1.75 m×2.0 m。此外，抗滑桩的平面位置情况详见图1。

图1 抗滑桩平面位置

2.4 公路隧道设计变更

处治滑坡体之后，虽然主滑坡建立了抗滑桩，但是抗滑桩可能无法阻止仰坡继续滑移，若是继续对隧道洞口进行开挖施工，发生滑坡失稳问题就可能会造成重大事故，所以为了严格控制隧道开挖施工变形，降低施工对滑坡体的不利影响，需要制定下述几项措施：(1)隧道洞口实施地表注浆。而注浆施工的纵向长度是20 m，横向宽度是20 m，选择的注浆管是钢管(规格是φ60 mm×4 mm)，管身是梅花形，并设置注浆孔(φ12 mm)，孔的间距需要控制在20 cm。浆液选择的是水泥浆液，具体参数通过现场试验进行确定；(2)隧道洞身衬砌必须以SA5 h支护作为基准。也就是超前钢管为φ60 mm×4 mm，环向间距控制为30 cm，根据拱顶132°圆心角进行布局，长度是3 m，仰角是20°。初期支护选择的是H175型钢，挂设双层钢筋网，同时喷射混凝土(厚度是25 cm)，径向选择的是“钢管(φ42 mm×4 mm)+注浆”，此外钢管的环向与纵向间距分别为100 cm、50 cm，二次衬砌钢筋混凝土(厚度是60 cm)，主筋选择的是φ25 mm钢筋，间距控制为20 cm；(3)选择CRD法，以人工方式进行开挖，并建立临时的仰拱与核心柱，其中仰拱选择的是I18型钢，喷射C25混凝土(厚度是20 cm)。

此方案的设计与贯彻，实现了有序、有效施工，保证了隧道与边坡安全。

3 抗滑措施对比分析

对比分析了微型桩与钢筋混凝土抗滑桩处治技术。

3.1 技术性

微型桩的主要特点是：(1)拉压承载力相对较高，抗弯承载力比较低，尤其是单根钢管桩自身承载力与刚度十分有限，必须选择连系梁、桩前建立支撑结构等方式强化微型桩抗滑性能；(2)安全性、经济性较为突出，适用领域比较宽；(3)工程现场要求相对偏低，作业效率高，是抢险工程的首选。综合微型桩的一系列优势，其在滑坡处治、基坑支护等领域应用的较为普遍。

抗滑桩的主要特点是：(1)桩截面具备良好的刚度，且抗弯能力比较强；(2)作业方式比较多，比如静压、人工成孔以及机械钻孔等；(3)若是工程现场条件复杂，大型机械难以进场，就会更加施工难度；(4)安全可靠，效果突出；(5)成本高。

此公路隧道工程前期，隧道洞口发生了滑坡现象，综合分析公路隧道工程实际情况，以抢险为视角，需要及时有效处治滑坡灾害，而抗滑桩处治方案受工程条件影响，必须选择人工成孔方式，施工效率低，所以工程前期最后选择了微型桩处治技术方案。

3.2 工程造价

微型桩与抗滑桩处治方案的工程造价情况详见表1。

表1 微型桩与抗滑桩处治方案工程造价

根据表1可知，在成本造价方面微型桩处治方案明显优于抗滑桩处治方案。

4 总 结

在公路隧道边坡发生失稳病害问题后，必须予以高度重视，并采用有效的处治方案，以免滑坡灾害进一步演化、恶化，从而造成严重后果。同时在微型桩与抗滑桩处治方案比选时，需要综合分析技术性、经济性以及安全性等相关要素，针对微型桩的抗滑能力弱、刚度小劣势要充分重视，并制定科学、有效的预防措施，以保证公路隧道的安全性。