李尚

摘要：挖掘、地震、降雨等原因會(huì)形成黃土滑坡體，并對(duì)其正交下穿隧道造成一定影響，甚至?xí){到鐵路或公路建設(shè)的安全，為此分析黃土滑坡體對(duì)其正交下穿隧道的變形影響非常必要。將某正交下穿隧道作為測(cè)試對(duì)象，使用管棚完成初期支護(hù)與超前支護(hù)，按照隧道方向布置6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)黃土滑坡體位移和隧道收斂變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)隧道變形進(jìn)行分析。測(cè)試結(jié)果表明：區(qū)域I黃土滑坡與隧道變形的概率均在10%以下，而其余4個(gè)區(qū)域黃土滑坡的概率在30%以上，變形概率均高于48%。由此可以說明，隧道周圍的黃土滑坡越嚴(yán)重，該隧道越容易出現(xiàn)變形。

關(guān)鍵詞：黃土；滑坡體；正交下穿；隧道；變形

0? ?引言

黃土滑坡現(xiàn)象是指在厚層濕陷性黃土的較高坡度區(qū)域中，由于混凝土塊體受自重影響a和相互作用，沿著較軟弱表面發(fā)生整體滑落的一類現(xiàn)象?；麦w的邊界部一般呈現(xiàn)圓弧，破裂壁會(huì)產(chǎn)生陡坎現(xiàn)象，從而產(chǎn)生較陡峭的滑面，一般出現(xiàn)在40°～60°濕陷性黃土谷坡的最上方或最下方。

濕陷性黃土滑坡體形成以后，坡表面的穩(wěn)定傾角在35°左右，并且常發(fā)生的區(qū)域?yàn)榈叵滤绯鎏?。而挖掘、地震以及降雨等原因都?huì)造成黃土滑坡體，并且會(huì)對(duì)其正交下穿的隧道造成一定影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使整個(gè)鐵路或公路的建設(shè)受到影響[1]。

正交下穿隧道即是將滑坡體軸流式與隧洞軸向運(yùn)動(dòng)成90°的交叉。按照與黃土地滑坡體正交下穿隧道的空間關(guān)系，可以將其分成在濕陷性黃土滑坡體內(nèi)、滑床內(nèi)和滑帶上3種情況。當(dāng)隧洞與黃土滑坡體屬于正交關(guān)系時(shí)，隧洞的建設(shè)過程很可能會(huì)由于擾動(dòng)現(xiàn)象，使得黃土滑坡體產(chǎn)生局部變化，進(jìn)而使整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象。這不僅會(huì)使黃土滑坡體上下方面的隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生斷裂，還會(huì)使隧洞總體和邊坡的穩(wěn)定性均受到嚴(yán)重破壞[2]。

目前，已有很多學(xué)者針對(duì)不同角度穿越隧道的黃土滑坡體的受力特征、變形機(jī)理等方面進(jìn)行了研究。而當(dāng)前的研究只針對(duì)隧道與滑坡體相對(duì)位置的分類及變形特征，并沒有將破壞的形式進(jìn)行明確，因此無法在出現(xiàn)問題后進(jìn)行及時(shí)整治。為此，有必要對(duì)黃土滑坡體及其對(duì)其正交下穿隧洞的變形作用加以深入研究。

1? ?工程概況

本文所研究的正交下穿隧道在某條客運(yùn)專線的西車輛段內(nèi)，該隧道長(zhǎng)度約為1250m，為雙線淺埋的濕陷性黃土隧洞。隧道以約20°的小傾角下穿并與公路相接，下穿線路的總長(zhǎng)度約為350m，其大致包括兩部分：正交下穿線路長(zhǎng)度約215m，由公路正下方經(jīng)過，該區(qū)段的地埋深約為12m；兩側(cè)公路路塹邊坡下穿線路長(zhǎng)度大約198m，該區(qū)段的臺(tái)地埋深約在12～26m左右[3]。

此外，試驗(yàn)路段在公路山體邊坡的其中一側(cè)寬度大約為35m。由于該隧道所在的土壤巖層為Q3砂質(zhì)濕陷性黃土巖層構(gòu)造，且土質(zhì)較為疏松，因此土壤的穩(wěn)定性也較差。該隧道挖掘的斷面相對(duì)較大，最大開挖跨度為17.2m，高為14.8m，最大開挖面積可以達(dá)到228m2，由此導(dǎo)致該隧道的地埋深度比較淺，施工難度非常大[4]。

2? ?正交下穿隧道初期支護(hù)

和隧道本身的巖層構(gòu)造一樣，濕陷的黃土滑坡體的硬度一般比較小，所以它容易產(chǎn)生大范圍的下沉。同時(shí)由于本身的承載比較小，使得整個(gè)建筑物的穩(wěn)定性較差，受水的沖擊也是非常巨大。如果發(fā)生被水浸泡的情況，則會(huì)使混凝土主體結(jié)構(gòu)處于比較飽和狀況，并也會(huì)使其本身的剛度被迫減小，進(jìn)而使質(zhì)量受到較大影響[5]。

該隧道內(nèi)的混凝土主體構(gòu)造都較為疏松，施工之后容易發(fā)生分層倒塌的情況。而分層的厚度通常僅為25～70cm左右，因此要求有較高的初期支護(hù)。而管棚則能夠增加黃土滑坡體對(duì)于隧道土質(zhì)巖層的強(qiáng)度與承載能力，在管棚施工中通過進(jìn)行注漿，不僅能提高其耐折彎的程度以及耐剪切能力，還能使管擋產(chǎn)生隔斷土質(zhì)巖層的效果[6]。

在隧道的試驗(yàn)路段，需采用雙邊墻導(dǎo)坑技術(shù)來完成開挖。需確定的支護(hù)參數(shù)包括：初期支護(hù)采用27A型式鋼梁、掛網(wǎng)噴混凝土，鋼梁長(zhǎng)度為1.2m。在邊墻部分采用φ25mm錨桿進(jìn)行支撐，錨索長(zhǎng)度為4.5m，寬度為1.2m，并根據(jù)管棚基礎(chǔ)形態(tài)加以設(shè)計(jì)。

超前支護(hù)則采用壁厚為10mm的φ172mm單層大管棚，管棚的間隔為45cm，并在拱頂115°范圍內(nèi)進(jìn)行操作。施工的總長(zhǎng)度為72.5m，在掌子面上則采用φ27mm纖維錨索，其長(zhǎng)度為10.5m，中間間隔為1.25m[7]。

3? ?正交下穿隧道變形監(jiān)測(cè)

3.1? ?監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

隨著隧道的方向進(jìn)行路線設(shè)計(jì)，在隧道正上方的黃土滑坡體表面進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)設(shè)置。監(jiān)測(cè)點(diǎn)1-1、1-2、1-3均設(shè)置在黃土滑坡體的軸線上，分別設(shè)置在滑坡體的坡腳、陡坡以及坡頂處三個(gè)區(qū)域。而監(jiān)測(cè)點(diǎn) 2-1、2-2、2-3則均設(shè)置在隧道的正上方，其中分別間隔30m，并沿著隧道縱向開挖的方向進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置，監(jiān)測(cè)點(diǎn)均處于黃土滑坡體的中間位置[8]。

3.2? ?監(jiān)測(cè)方案

當(dāng)隧道開挖到距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)2-1下方30m時(shí)開始進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而在經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)2-3下方30m停止監(jiān)測(cè)。隧道挖掘到第7d時(shí)，掌子面在監(jiān)測(cè)點(diǎn)2-1的正下方；隧道挖掘到第15d時(shí)，掌子面在監(jiān)測(cè)點(diǎn)2-2的正下方；而隧道挖掘到第21d時(shí)，掌子面則在監(jiān)測(cè)點(diǎn)2-3的正下方。整個(gè)過程使用全站儀來進(jìn)行監(jiān)測(cè)，豎直方向的沉降是監(jiān)測(cè)Z方向位移變化的數(shù)據(jù)顯示；而水平方向的位移是監(jiān)測(cè)N方向與E方向位移變化的數(shù)據(jù)顯示[9]。

而在對(duì)隧道進(jìn)行收斂變形監(jiān)測(cè)時(shí)，左洞經(jīng)過黃土滑坡體下方并進(jìn)行穿過，而右洞則沒有經(jīng)過黃土滑坡體。因此，需要選擇左、右兩個(gè)斷面完全相同的洞，并對(duì)其拱頂下沉與周邊收斂的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在巖石屬性相同與深埋條件一致的前提下，對(duì)比黃土滑坡體隧道與正常隧道的變形[10]。

3.3? ?監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.3.1? ?黃土滑坡體位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

黃土滑坡體位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。由黃土滑坡體滑動(dòng)方向監(jiān)測(cè)到的位移數(shù)據(jù)可知：在豎直方向上，當(dāng)隧道挖掘到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的下方時(shí)，黃土滑坡體的坡腳并沒有出現(xiàn)沉降；而黃土滑坡體的中部與頂部則沒有出現(xiàn)沉降，而經(jīng)過20d之后位移則不會(huì)出現(xiàn)變化，最終發(fā)生沉降的位移為10mm。

在水平方向上，當(dāng)隧道挖掘到監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面的下方時(shí)，黃土滑坡體的坡腳并沒有出現(xiàn)沉降；而滑坡體的中部位移變化較大，向南移動(dòng)18mm，向東則移動(dòng)7mm；滑坡體的坡頂位移變化較小，向南移動(dòng)4mm，向東移動(dòng)5mm。

由隧道方向監(jiān)測(cè)到的位移數(shù)據(jù)可知：在豎直方向上，當(dāng)隧道挖掘到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的下方時(shí)，隧道上方的沉降出現(xiàn)急劇增加的狀態(tài)，而經(jīng)過10d后則不再增加。監(jiān)測(cè)點(diǎn)2-1出現(xiàn)沉降的距離為15mm，監(jiān)測(cè)點(diǎn)2-2出現(xiàn)沉降的距離為13mm，監(jiān)測(cè)點(diǎn)2-3出現(xiàn)沉降的距離為14mm。

在水平方向上，當(dāng)隧道挖掘到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的下方時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)開始出現(xiàn)移動(dòng)的跡象，而經(jīng)過20d左右位移的變化相對(duì)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)2-1向南移動(dòng)7mm，向東移動(dòng)8mm；監(jiān)測(cè)點(diǎn)2-2向南移動(dòng)9mm，向東移動(dòng)9mm；監(jiān)測(cè)點(diǎn)2-3向南移動(dòng)6mm，向東移動(dòng)6mm。

3.3.2? ?隧道收斂變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

隧道拱頂出現(xiàn)下沉跡象以及收斂變形跡象時(shí)，所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)分別如表2和表3所示。

由表2中隧道拱頂下沉數(shù)據(jù)可知：正常隧道的斷面，在30d之后拱頂下沉的變化速率小于0.3mm/d，周圍巖壁的變化相對(duì)比較穩(wěn)定，累計(jì)下沉為25mm，平均下沉的速率為0.65mm/d；而黃土滑坡體的隧道斷面，在40d之后拱頂下沉的變化速率小于0.3mm/d，此時(shí)累計(jì)下沉為92mm，平均下沉的速率為1.875mm/d 。

由表3隧道收斂變形數(shù)據(jù)可知：正常隧道斷面的上臺(tái)階監(jiān)測(cè)到24d時(shí)，收斂速率為0.4mm/d，此時(shí)隧道下臺(tái)階的挖掘出現(xiàn)監(jiān)測(cè)中斷的跡象，累計(jì)收斂的距離為9mm，平均的收斂速率為0.5mm/d。下臺(tái)階監(jiān)測(cè)到24d時(shí)，收斂速率為0.15mm/d，此時(shí)累計(jì)收斂的距離為10mm，平均的收斂速率則為0.4mm/d。而黃土滑坡體隧道斷面的上臺(tái)階監(jiān)測(cè)到24d時(shí)，收斂速率為3mm/d，此時(shí)隧道下臺(tái)階的挖掘出現(xiàn)監(jiān)測(cè)中斷的跡象，累計(jì)收斂的距離為72mm，平均收斂速率3.4mm/d。下臺(tái)階監(jiān)測(cè)到24d時(shí)，收斂速率為0.25mm/d，此時(shí)累計(jì)收斂的距離為37mm，而平均的收斂速率則為1.3375mm/d。

3.3.3? ?黃土滑坡與隧道變形概率測(cè)試

通過以上討論，研究黃土滑坡體對(duì)其正交下穿隧洞的影響作用。選取黃土滑坡體隧道的測(cè)量目標(biāo)，對(duì)隧洞的應(yīng)變作出研究和測(cè)量。隧道變形越嚴(yán)重，則說明區(qū)域內(nèi)黃土滑坡越嚴(yán)重。根據(jù)這一論述，在黃土滑坡體隧道中隨機(jī)劃分5個(gè)區(qū)域，對(duì)隧道變形進(jìn)行測(cè)定，并記錄如表4所示。

根據(jù)當(dāng)前對(duì)于隧道變形的要求中規(guī)定，黃土滑坡的概率與隧道變形的概率均在10%以下。而由表4中記錄的數(shù)據(jù)可以看出，區(qū)域I剛好滿足這一規(guī)定，說明該區(qū)域內(nèi)隧道沒有出現(xiàn)明顯變形。而其他區(qū)域內(nèi)滑坡的概率均在30%以上，而變形的概率則均高于48%，說明其余4個(gè)區(qū)域的黃土滑坡體與隧道變形均有著明顯的變化。因此，通過上述結(jié)果能夠證明，隧道周圍的黃土滑坡越嚴(yán)重，該隧道越容易出現(xiàn)變形。

3.3.4? ?監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)對(duì)黃土滑坡體隧道監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)隧道挖掘到監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面下方時(shí)，經(jīng)過20d左右，整體位移的變化相對(duì)比較穩(wěn)定，測(cè)試監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移與下沉距離都比較小。但對(duì)于黃土滑坡體來講，其坡腳的位移變化相對(duì)比較小，滑坡體的中部位移變化最大，坡頂位移變化最小。綜上所述，黃土滑坡體的位移變化相對(duì)比較小。由此說明，隧道挖掘并沒有造成黃土滑坡體的滑動(dòng)，并且隧道挖掘?qū)麦w上部的位移影響比較小。

根據(jù)隧道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可得，黃土滑坡體隧道的變形速率，拱頂下沉達(dá)到92mm，周邊收斂37mm，變形持續(xù)的時(shí)間在30～40d之間。在巖石屬性相同與深埋條件一致的前提下，對(duì)比黃土滑坡體隧道與正常隧道的變形可知，隧道的收斂變形、變形速率和變形持續(xù)時(shí)間均比黃土滑坡體之外的隧道要大。

4? ?結(jié)束語

挖掘、地震、降雨等原因會(huì)形成黃土滑坡體，并對(duì)其正交下穿隧道造成一定影響，甚至?xí){到鐵路或公路建設(shè)的安全，為此分析黃土滑坡體對(duì)其正交下穿隧道的變形影響非常必要。將某正交下穿隧道作為測(cè)試對(duì)象，使用管棚完成初期支護(hù)與超前支護(hù)，按照隧道方向布置6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)黃土滑坡體位移和隧道收斂變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)隧道變形進(jìn)行分析。

通過上述的測(cè)試可以證明，隧道周圍的黃土滑坡越嚴(yán)重，隧道越容易出現(xiàn)變形。但該測(cè)試全程在實(shí)驗(yàn)室的條件下進(jìn)行，沒有顧及到實(shí)際運(yùn)行時(shí)效果。因此在后續(xù)測(cè)試過程中，需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行更詳細(xì)的研究。本文所研究的結(jié)論還存在一定的不足之處，還必須對(duì)其進(jìn)行更為詳盡的研究和探討，使其所得出的結(jié)論能夠更為精確。

參考文獻(xiàn)

[1] 晏長(zhǎng)根，于澎濤，石玉玲，等.滑坡體對(duì)其正交下穿隧道的變形影響[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2020，20（33）：13859-13864.

[2] 王劍非，周文皎，萬軍利，等.隧道正交穿越滑坡體的變形特征及控制技術(shù)探討[J].鐵道建筑，2021，61（6）：59-64.

[3] 李家龍，羅騁華，周文皎.隧道平行穿越滑坡體的變形特征及控制技術(shù)[J].鐵道建筑，2020，60（8）：85-89.

[4] 楊芝璐，張孟喜，肖曉春，等.超大直徑盾構(gòu)不同角度下穿對(duì)既有地鐵隧道的影響分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2021，65（3）：112-118.

[5] 張治國(guó)，程志翔，張孟喜，等.考慮襯砌滲透性的盾構(gòu)下穿既有隧道縱向結(jié)構(gòu)錯(cuò)臺(tái)變形研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2022，35（11）：180-194.

[6] 王乃勇.雙線盾構(gòu)隧道斜交下穿對(duì)高速公路的影響[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2021，21（32）：13919-13925.

[7] 劉新軍，田俊峰，葉萬軍，等.盾構(gòu)下穿施工對(duì)軟流塑地層及既有隧道變形影響分析[J].防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào)，2020，36（4）：18-25.

[8] 周高烽，朱東峰，姜懷祖.雙線地鐵盾構(gòu)隧道下穿既有河道施工對(duì)地層變形的影響分析[J].四川建筑，2020，40（4）：115-118.

[9] 靳軍偉，付柏毅，陳允斌，等.隧道Park收斂模式正交下穿既有隧道影響分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2022，43（1）：76-82.

[10] 牌立芳，吳紅剛.地震作用隧道正交下穿滑坡體襯砌結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2022，41（5）：979-994.