王在嶺

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

陜北黃土高原滑坡崩塌等邊坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001年至2014年陜西境內(nèi)黃土地區(qū)共發(fā)生傷亡性地質(zhì)災(zāi)難63起，造成237人死亡，87人受傷。從災(zāi)害類型看，主要以崩塌為主，滑坡次之，泥石流較少[1]。筆者在陜北黃土高原地區(qū)工作時(shí)，遇到一起隧道進(jìn)口的邊坡破壞，其表現(xiàn)為淺層溜塌和深層錯(cuò)落共生，其發(fā)生機(jī)理和原因很有特點(diǎn)，現(xiàn)整理出來(lái)，希望本文能對(duì)廣大工程技術(shù)人員有所啟發(fā)和幫助。

1 概況

某隧道位于黃土梁峁區(qū)，下鉆一個(gè)黃土峁，進(jìn)出口為沖溝，全長(zhǎng)660 m，最大埋深117.8 m，進(jìn)口設(shè)計(jì)明洞長(zhǎng)7.3 m。進(jìn)出口沖溝內(nèi)有少量流水，自西向東匯入延河上游，其中進(jìn)口修有小型水庫(kù)。進(jìn)出口山體自然邊坡40～60°，表層覆蓋少量植被，如圖1所示。

圖1 隧道區(qū)地貌Fig.1 Topography of tunnel

隧道洞身位于土石界面附近，圍巖分級(jí)為Ⅳ～Ⅴ級(jí)，進(jìn)出口為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積成因的新黃土覆蓋，塑性指數(shù)Ip=7.4～8.9，為砂質(zhì)新黃土。天然孔隙比e0=0.833～1.531，標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)5擊，結(jié)構(gòu)疏松。

2016年3月18日上午，隧道進(jìn)口發(fā)生邊坡破壞變形，如圖2所示。

2 邊坡變形破壞過(guò)程

2.1 施工過(guò)程及邊坡破壞記錄

2015年10月17日，建設(shè)單位組織參建各方進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)情況。12月19日～2015年12月30日邊仰坡刷坡。12月31日～2016年1月6日導(dǎo)向墻施工。

2016年3月7日、3月8日施工管棚6根，分別 為 18#、20#、23#、25#、27#、29#， 接 長(zhǎng) 套 拱3 m，計(jì)劃完成套拱后施工洞口兩側(cè)正面防護(hù)。大管棚施工6根時(shí)，被業(yè)主叫停。3月10日～3月14日施工接長(zhǎng)套拱，3月15日～3月17日套拱內(nèi)初支鋼架施工。3月18日上午發(fā)生邊坡破壞變形，施工單位描述整理過(guò)程如下。

圖2 邊坡破壞正面照片F(xiàn)ig.2 Front photos of slope failure

2016年3月18日10：50時(shí)，隧道進(jìn)口左側(cè)距洞口約50 m處山體開(kāi)始掉土塊，約13：30時(shí)隧道左側(cè)50 m上方土體開(kāi)始下滑，自線路前進(jìn)方向左側(cè)開(kāi)始發(fā)育，牽連土體向線路方向逐漸發(fā)展。土體開(kāi)裂面向洞口上方方向移動(dòng)形成下滑錯(cuò)臺(tái)，一直到16：00時(shí)，向右滑移拉裂至洞口上方土體后，土體下滑高度約4 m，如圖3所示。

圖3 邊坡破壞后緣Fig.3 Slope failure trailing edge

17：00時(shí)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量“滑塌體”輪廓線，左側(cè)距隧道洞口中心64.8 m，右側(cè)距隧道中心11.6 m，隧道洞口正上方滑面距軌面高程51.4 m，滑面里程DK291+366.8，距洞口39.8 m，洞口向坡腳前移1.7 m，3月20日14：30，測(cè)量洞口向坡腳移動(dòng)2.26 m。

2.2 監(jiān)控量測(cè)

該隧道進(jìn)口DK291+349處埋設(shè)一排共計(jì)9個(gè)測(cè)點(diǎn)，自2016年3月14日開(kāi)始觀測(cè)5天，17日、18日兩天有日均2～4 mm變形，兩天累積變形量8 mm左右。

2.3 邊坡破壞各部分形態(tài)

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，隧道洞口處水平位移2.26 m，垂直位移約為4 m，滑動(dòng)完一個(gè)明顯特征是滑動(dòng)體上樹(shù)仍保持直立。但是左側(cè)有一個(gè)明顯的不同之處，如圖4、5所示。

圖4 隧道左側(cè)滑動(dòng)后傾斜的樹(shù)Fig.4 A sloping tree on the tunnel left side

圖5 隧道正洞上部坡體上樹(shù)仍直立樹(shù)Fig.5 Still upright tree on the upper slope of the tunnel

根據(jù)邊坡上樹(shù)的表現(xiàn)，可以判斷，正洞附近發(fā)生的是深層的變形，是整體的位移，滑動(dòng)不影響樹(shù)的直立。左側(cè)變形較淺，是淺層變形，影響了樹(shù)的直立，具有淺層滑動(dòng)的特點(diǎn)。這次邊坡變形先是左側(cè)先出現(xiàn)破壞，然后帶動(dòng)右側(cè)隧道口正上方的發(fā)生破壞。根據(jù)這個(gè)明顯的不同，把左側(cè)淺層的破壞命名為Ⅰ區(qū)、右側(cè)深層的破壞命名為Ⅱ區(qū)，如圖6所示。

圖6 邊坡變形分區(qū)圖Fig.6 Zoning map of slope deformation Zone

根據(jù)破壞后的形態(tài)[2]，這兩部分的破壞形式存在著淺層滑動(dòng)和深層滑動(dòng)的本質(zhì)區(qū)別。

3 邊坡破壞類型及區(qū)別

常見(jiàn)的邊坡變形破壞主要有松弛張裂、蠕動(dòng)變形、崩塌、滑坡4種類型[3]。此外尚有塌滑、錯(cuò)落、傾倒等過(guò)渡類型。

《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》[4]中對(duì)錯(cuò)落的描述為錯(cuò)落體比較完整，大體上保持了原來(lái)的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)狀?；潞湾e(cuò)落的最大區(qū)別是水平距離和垂直距離的比例關(guān)系，錯(cuò)落的垂直距離大于水平移動(dòng)距離?？梢耘卸ㄋ淼蓝纯谔幍倪吰缕茐男问綖殄e(cuò)落。邊坡內(nèi)部形成一個(gè)高陡的變形破裂面，上部黃土對(duì)下部黃土的壓縮大于滑動(dòng)，垂直運(yùn)動(dòng)距離大于水平運(yùn)動(dòng)距離。在陜北黃土高原區(qū)，淺層滑坡普遍發(fā)育[5～9]，用溜塌、堆塌的名稱，分別針對(duì)其滑動(dòng)特點(diǎn)和最后堆積特點(diǎn)。根據(jù)筆者在陜北工作經(jīng)驗(yàn)，這種邊坡破壞形式命名為溜塌，更能體現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和描述其成因特點(diǎn)。

如前文所述，左側(cè)淺層破壞Ⅰ區(qū)為淺層溜塌，Ⅱ區(qū)為典型的錯(cuò)落。

4 邊坡破壞原因分析

4.1 勘探時(shí)的認(rèn)識(shí)

邊坡所在地貌為45°邊坡上分布一級(jí)近30°的邊坡，順山坡的沖溝連續(xù)發(fā)育，是天然狀態(tài)下的穩(wěn)定邊坡。隧道左側(cè)邊坡修路時(shí)切削坡腳已經(jīng)形成小的溜塌，距離進(jìn)洞洞口在50 m以上，不影響進(jìn)洞。進(jìn)口地形具有表層溜塌地貌，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)坡積物，對(duì)工程影響不大。勘察設(shè)計(jì)以及施工前的現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)都認(rèn)為此處邊坡為正常穩(wěn)定邊坡。

4.2 被忽視的邊坡破壞的內(nèi)在因素

經(jīng)過(guò)重新分析施工和勘察資料，發(fā)現(xiàn)高陡臨空面和軟弱下臥層這兩種邊坡破壞的主要因素，在勘察和施工過(guò)程中都存在被忽視的情況。

1）高陡的臨空面

據(jù)施工記錄，2016年1月導(dǎo)向墻施工完形成10 m高的臨空面，直到2016年3月初才開(kāi)始施工管棚。有2個(gè)多月的時(shí)間，人為切削坡腳形成的10 m高的臨空面一直存在，加劇了坡腳的應(yīng)力集中情況，如圖7所示。

圖7 導(dǎo)向墻施工形成的臨空面Fig.7 The surface formed by guided wall construction

2）土石界面存在的“軟層”

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程核查，在施工導(dǎo)向墻時(shí)，右側(cè)土石界面處發(fā)現(xiàn)一處出水點(diǎn)，由于水量不大，沒(méi)引起足夠的重視。再分析原施工圖和隧道資料，13-ZD-2568孔（DK291+317.7） 和 13-ZD-2569孔（DK291+325.0）相差不足8 m，13-ZD-2568孔測(cè)到穩(wěn)定的基巖裂隙水，另一孔沒(méi)有觀測(cè)到穩(wěn)定的水位，可發(fā)現(xiàn)基巖裂隙水分布是不均勻。綜合這幾個(gè)因素分析可得出結(jié)論：基巖裂隙水分布是不均勻，導(dǎo)致出土石界面處“軟層”的分布也是不均勻。

邊坡破壞后，重新核查坡腳，發(fā)現(xiàn)了“軟層”存在的跡象，如圖8所示。

圖8 坡腳“軟層”Fig.8 Soft layer in the slope foot

邊坡破壞發(fā)生在積雪消融，地下水順黃土垂直節(jié)理入滲補(bǔ)給地下水的時(shí)候。隧道出口處正位于土石界面處，泥巖起到隔水層的作用。在土石界面處，隨地下水入滲，“軟層”會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，“軟層”的范圍和春融有直接的關(guān)系。同時(shí)應(yīng)注意到隧道小里程存在水塘，地表水和地下水同時(shí)作用，即使穩(wěn)定的地下水面沒(méi)有影響到土石界面，包氣帶中毛細(xì)水也影響到土石界面地層的含水率，形成“軟層”。

4.3 人為干擾的外在因素

從前面施工記錄可以看出，切削坡腳后形成的10 m高陡邊坡臨空面有2個(gè)月零7天的時(shí)間一直沒(méi)有增加任何支護(hù)措施，并且對(duì)邊坡穩(wěn)定能起很大作用的大管棚措施剛施工6根后就被強(qiáng)行叫停。

5 區(qū)域性的邊坡動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題

陜北高原北部，黃土結(jié)構(gòu)疏松，沒(méi)有雨水入滲的情況下，邊坡可以保持陡峻的形態(tài)，以近乎直立的角度存在，但是如果雨后或春季春融后，會(huì)出現(xiàn)較多淺層溜塌。即這個(gè)地區(qū)的邊坡受含水量的影響，存在一個(gè)從穩(wěn)定狀態(tài)向極限平衡態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程。如果再存在人工切削坡腳的活動(dòng)，發(fā)生邊坡失穩(wěn)的概率會(huì)增大。從本次邊坡破壞的出現(xiàn)看出，淺層溜塌可以引起深層錯(cuò)落的發(fā)生。

6 結(jié)論

陜北黃土高原地區(qū)邊坡有時(shí)達(dá)到極限平衡態(tài)，一處小變形可以引起連鎖反應(yīng)，淺層溜塌可以導(dǎo)致深層錯(cuò)落的發(fā)生。此處邊坡破壞是自然因素和人為因素共同作用的結(jié)果，工程建設(shè)時(shí)應(yīng)保持足夠的警惕，核查邊坡可能發(fā)生破壞的因素，支護(hù)措施不能輕易減弱。