沈 遠 白朝能 馬還援

(1.中鐵西安勘察設計研究院有限責任公司，陜西 西安 710054； 2.青海省水文地質工程地質環(huán)境地質調查院，青海 西寧 810008)

某公路隧道進口滑坡治理措施研究

沈 遠1白朝能1馬還援2

(1.中鐵西安勘察設計研究院有限責任公司，陜西 西安 710054； 2.青海省水文地質工程地質環(huán)境地質調查院，青海 西寧 810008)

通過分析某公路隧道進口滑坡的地質環(huán)境及其成因機理，計算了該滑坡的穩(wěn)定性，并建立了有限元模型，對滑坡治理措施進行了數(shù)值模擬，研究結果表明，采用門式抗滑樁等結構措施治理該滑坡技術可行，對類似工程治理具有一定參考意義。

滑坡，數(shù)值模擬，抗滑樁，穩(wěn)定性

人類工程活動在遇到滑坡等地質災害時，首選方案是繞避，公路選線亦遵循這一原則。然而隨著我國基礎設施建設不斷加速發(fā)展，偶爾又會因為既有空間環(huán)境和社會條件限制不得不在地質災害范圍內進行新的工程建設。特別是在市區(qū)等建筑密集區(qū)域新建公路工程，本身地形空間條件受到比較大的制約，而先期工程已占據(jù)了有利地形，新建工程在兼顧既有設施的同時無法進行避讓。本文通過對某公路隧道進口滑坡的地質環(huán)境及其成因機理進行研究，計算分析其穩(wěn)定性。通過建立有限元模型，對滑坡治理措施進行研究。

1 工程概況

某滑坡位于西寧盆地中南部低山丘陵區(qū)鳳凰山西坡，地東高西低。海拔高程2 366 m～2 388 m，坡頂與坡腳南川河相對高差130余米。上部為高約勢20 m陡崖，為滑坡后壁。下部為滑坡堆積體。自然坡度24°～52°，平均坡度大于39°。南北寬約1 000 m，東西軸向長度100 m～140 m，滑坡厚16 m～30 m，總方量約300×104m3，為大型深層滑坡。

西寧市快速路某隧道穿越該滑坡，為雙向小凈距隧道，全長625 m，為中隧道。隧道進口設計標高2 294.86 m，縱坡為+2.1%。隧道斷面為單線三車道斷面，最大凈寬15 m，最大結構凈高8 m，凈空斷面99 m2，開挖斷面156 m2，左右線凈間距12 m。

2 滑坡成因條件

2.1 地形地貌

滑坡所在山體高陡，相對高差130余米，自然坡度24°～52°，在Ⅰ級階地形成前，南川河從坡腳處流過。新構造運動主要表現(xiàn)為間歇性的上升運動，導致南川河強烈下切。河流側蝕和下切作用造就了山體前緣高陡斜坡，形成了較高的臨空面，從而為滑坡的形成創(chuàng)造了必要條件。

2.2 地層巖性

滑坡所在山體地層主要為下第三系漸新統(tǒng)泥巖、石膏巖互層，極易風化和雨水軟化、崩解、溶蝕；在構造作用下，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育；隨著風化剝蝕的進程加劇，山坡表面堆積了第四系松散沉積物，在動力作用下構成了滑坡發(fā)生發(fā)展的物質條件。

2.3 地質構造及地震

滑坡所在地區(qū)位于南川河背斜東翼近軸部帶，加之區(qū)域地質構造比較復雜，地殼級地震活動頻繁，已查明的發(fā)育在第三系地層中的兩組高角度構造節(jié)理，節(jié)理面傾向南川河。不僅易于地表水滲入，加速巖層風化、軟化，更為山體表面崩塌、滑坡的產生創(chuàng)造了有利條件。

西寧地區(qū)地震基本烈度為7度。本區(qū)設計基本地震加速度值為0.10g。

2.4 氣象水文

西寧市位于青藏高原東部，屬半干旱高原大陸性氣候，其特點是干燥多風，夏季涼爽，冬季寒冷，降水量少，蒸發(fā)量大，太陽輻射強和晝夜溫差大。年平均氣溫6.2 ℃；1月份最冷，月平均氣溫-7.1 ℃；7月份最熱，月平均氣溫17.3 ℃，年平均降水量366.8 mm，降水分配不均勻，一般多集中在5月～9月，占全年總降水量的81%；蒸發(fā)量1 683.1 mm。

區(qū)內發(fā)育的河流為南川河，屬湟水河的一級支流，南川河發(fā)源于拉脊山北麓門旦峽、方臺一帶，流域面積185 km2，河道平均比降13‰，多年平均流量1.36 m3/s。

勘探時鉆孔中僅局部觀測到地下水，滑體內地下水不具穩(wěn)定水位，水量受季節(jié)性影響較大，勘探深度內沒有形成連通的層狀地下水。

2.5 人類活動

區(qū)內河谷平原地區(qū)地形平坦、較為開闊，分布有居民區(qū)和公路、市政管網(wǎng)等公共服務設施，人類工程活動強烈，對地質環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在修建公路、住宅等過程中開挖斜坡坡腳，為滑坡災害的發(fā)生埋下了隱患；丘陵區(qū)和斜坡上的人類工程活動主要表現(xiàn)在修建綠化引水管線、公園建設等，對當?shù)乇疽汛嗳醯牡刭|環(huán)境進行了不同程度的改造和破壞，尤其是綠化灌溉用水入滲導致地表水大量入滲，對滑坡的穩(wěn)定產生了極為不利的影響。

3 滑坡機理及穩(wěn)定性分析

3.1 滑坡特征

該滑坡經過多次活動，形成明顯圈椅狀或圓弧狀滑坡地貌，滑坡后壁高約13 m～24 m，表面覆蓋粉質粘土含石膏巖碎粒(細粒物質)。沿滑坡后緣發(fā)育拉張裂縫，裂縫延伸長度160 m，橫穿主勘剖面，寬度一般5 cm～10 cm，可見深度5 cm～15 cm，以下粘土充填，裂縫后壁傾向295°，傾角66°；滑坡中部坡面地形較陡，坡度40°左右，拉張裂縫發(fā)育且集中，走向沿山坡平行，走勢呈緩舒波狀或弧狀，橫向呈齒狀或不規(guī)則狀，裂隙寬度3 cm～10 cm，可量深度達10 cm～15 cm，場區(qū)南側拉張裂縫已呈弧狀，并已變形下滑位移，下滑位移量10 cm～100 cm不等。前緣形成滑坡平臺，地形平緩，滑坡舌向西延伸迭加在一級階地沖洪積層之上，目前由于人工開挖形成高7 m～11 m的陡坎。

滑坡前緣斜坡處2015年7月雨后發(fā)生小規(guī)?；瑒樱浠?0 m左右，方量約400 m3。且在滑坡中部地表發(fā)育有兩條拉張裂縫，中間近于平行，兩側弧形相交，并已變形下滑，位移量10 cm～100 cm不等。

3.2 滑坡機理

從滑坡的形態(tài)及變形特征來看，該滑坡為復合型滑坡，即上部為第四系松散堆積物(粉質黏土夾石膏角礫)沿已變形巖體頂面滑動的淺層滑坡，而整體性深層滑動則發(fā)生于第三系泥巖石膏巖互層中的巖質切層滑坡。深層滑坡發(fā)生歷史相對久遠，與前緣Ⅰ級階地同期生成，為老滑坡。

該大型厚層老滑坡屬于巖質切層滑坡，產生的主要原因是早期一級階地形成過程中，南川河的側蝕使該段形成較大的臨空面，大氣降水使泥巖、石膏巖風化層中的節(jié)理裂隙中充滿了自由水，使得基巖裂隙水相互連通，巖體在重力作用下失穩(wěn)滑移，從而產生牽引式大型巖質滑坡。勘探鉆孔揭露滑帶厚0.5 m～2.0 m，有泥巖、石膏巖碎塊組成，并充填黏土，碎石塊中有明顯的受力磨圓痕跡，石膏巖碎塊與泥巖碎塊鑲嵌在一起，并具有重結晶和受擠壓現(xiàn)象。

淺層堆積層滑坡產生的原因主要為相對透水的表層粉質黏土夾石膏巖角礫層，在連續(xù)集中降水條件下，大量地表水下滲至相對隔水的厚層泥巖塊上，界面附近粉質黏土受水浸泡軟化后抗剪強度降低。滑坡前緣由于修建房屋和道路進行人工開挖切腳，使得抗滑土體不斷減少。

3.3 滑坡穩(wěn)定性分析

通過調查分析，目前中部淺層滑坡在一般條件下整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，僅在坡度較陡地段發(fā)生局部小規(guī)?；瑒?，在連續(xù)降雨等特殊條件下處于不穩(wěn)定至欠穩(wěn)定狀態(tài)；深層滑坡處于基本穩(wěn)定至欠穩(wěn)定狀態(tài)。

在定性分析的基礎上，結合整治工程措施，對各種工況進一步進行了定量解析，并得出綜合評價，為最后確定整治工程措施提供依據(jù)。穩(wěn)定系數(shù)計算采用《滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范》中滑坡的計算公式進行計算。

該滑坡防治工程等級為Ⅰ級，考慮滑坡為切層滑坡，滑坡現(xiàn)狀的穩(wěn)定性定性評價，具體可以按照以下三種工況進行計算：Ⅰ工況——自重；Ⅲ工況——自重+暴雨或連續(xù)降雨；Ⅳ工況——自重+地震，地震按0.10g考慮。

通過選取淺層滑坡和深層滑坡兩個代表性斷面，進行傳遞系數(shù)法穩(wěn)定性計算得到各工況下的穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定狀態(tài)(見表1)。

表1 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)及穩(wěn)定狀態(tài)評價表

由上述計算結果可知，淺層滑坡和深層滑坡在天然工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，淺層滑坡在暴雨工況及地震工況下分別處于不穩(wěn)定狀態(tài)和欠穩(wěn)定狀態(tài)；深層滑坡在暴雨和地震工況下分別處于欠穩(wěn)定和基本穩(wěn)定狀態(tài)。該結論與調查分析得出定性分析結果一致。但因各工況下均不能滿足防治工程對應的安全系數(shù)，故須對滑坡進行治理。

4 工程措施及數(shù)值模擬

4.1 工程措施

工程實施遵循“先治理滑坡，后隧道施工”的原則，滑坡治理須保證在隧道施工及公路運營期間滑坡整體穩(wěn)定?；轮卫聿扇≈踅Y合坡面排水措施，在滑坡前緣隧道進口處設一排抗滑樁，樁截面3 m×4.5 m，間距5.5 m，平均長度40 m，其中洞門兩側抗滑樁樁頂設置橫梁，形成門型結構增強結構受力性能。在坡體下部設置一排小抗滑樁，樁截面1.5 m×2.0 m，間距7 m，平均長度30 m。完善坡面排水系統(tǒng)，減小地表匯水入滲。

隧道穿越滑體段施工遵循“反挑出洞、短開挖、強支撐、勤測量、襯砌緊跟”原則，加強大管棚、超前小導管和鋼拱架支撐等輔助措施。

4.2 數(shù)值模擬

三維滑坡有限元模型，分為滑體、滑帶和滑床三個部分實體單元。同時建立隧道洞口路基邊坡、隧道洞身分段開挖巖土體鈍化實體單元和抗滑樁梁單元、隧道襯砌二維板單元。

模型X方向長度144 m，Y方向長度300 m，Z方向高度50 m～172 m。

邊界條件：X方向自由面施加X單向約束，Y方向自由面施加Y單向約束，底部施加全部約束。荷載為自重。計算模型透視圖見圖1。

通過采集各后排抗滑樁樁頂在每個工況下的位移，不考慮受邊界效應作用的1號～3號樁、24號～26號樁，可知兩側抗滑樁位移大于洞門樁和截斷樁。選取具有代表性的隧道開挖1，3，5，7和拆除截斷樁五個工況位移曲線作圖，見圖2。從抗滑樁距離隧道洞身的距離由遠及近來看，樁頂位移逐步減小，截斷樁位移最小。洞身兩側洞門樁和洞身范圍內的截斷樁均因樁后土體開挖減小推力至位移減小，因截斷樁懸臂端長度小于洞門樁和兩側抗滑樁，故其位移最小?？够瑯陡鞴r下樁頂最大位移9 mm，滿足規(guī)范要求。

從位于滑體段的1號～4號襯砌位移云圖圖3可知，該段隧道襯砌變形以頂板和仰拱豎向變形為主，最大變形值分別為5.1 cm和7.5 cm。位于滑床段的5號～8號襯砌(見圖4)，主要變形為頂板、仰拱和外側拱墻，最大值分別為10.2 cm，17.3 cm和3.3 cm。

從完全位于滑體段和滑床段襯砌位移云圖可知，洞身位移基本對稱，滑體段襯砌位移總體小于滑床段。其原因在于滑床段襯砌結構由于隧道埋深較大，其受到的圍巖壓力大于滑體段襯砌結構。同時小凈距隧道外側拱墻變形大于內側，與其受力狀態(tài)一致。

從隧道襯砌縱向位移云圖圖5可知，隧道洞身最大縱向位移發(fā)生于滑面附近洞頂部位，最大值1.9 cm。可見隧道洞身開挖至

滑帶附近是整個開挖過程的關鍵階段，設計時需要加強支護措施，施工中應縮短掘進單元距離，加強臨時措施及輔助措施，二襯及仰拱及時跟進施作。

5 結語

通過對滑坡形成條件、形成機理及穩(wěn)定性計算分析，并針對工程措施進行數(shù)值模擬，得出以下結論：

1)該滑坡為兼具淺層堆積體滑坡和深層巖質切層滑坡的復合型滑坡；2)目前淺層和深層滑坡在天然條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，淺層滑坡在暴雨工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在地震工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；深層滑坡在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在地震工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；3)治理工程采取在洞門附近設置一排大截面抗滑樁以抵抗深層滑坡的下滑力和確保上部淺層滑體的穩(wěn)定性，在坡體下部設置一排小截面抗滑樁以保證中下部淺層滑體穩(wěn)定性的措施技術上是可行的。

[1] DZ/T 0219—2006，滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范[S].

[2] 鄭穎人，陳祖煜，王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理[M].北京：人民交通出版社，2007.

On landslide measures for some road tunnel entrance

Shen Yuan1Bai Chaoneng1Ma Huanyuan2

(1.ChinaRailwayXi’anSurveyandDesignInstituteCo.,Ltd,Xi’an710054,China; 2.QinghaiHydrologyEngineeringGeologyEnvironmentGeologySurveyInstitute,Xining810008,China)

According to the analysis of the geological environment of some landslide at some road tunnel entrance and its mechanism, calculates stability of the landslide, establishes the finite element model, undertakes the numeric simulation of the landscape treatment measures, and proves by the research result that the treatments such as the gantry-anti-slide pile is feasible, so it provides some reference for the engineering treatment.

landslide, numeric simulation, anti-slide pile, stability

1009-6825(2017)02-0084-03

2016-11-06

沈 遠(1985- )，男，工程師； 白朝能(1973- )，男，高級工程師； 馬還援(1982- )，男，高級工程師

P642.22

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