浅析大断面隧道穿越滑坡体处治技术

尹万辉，陈永乐

(温州市交通规划设计研究院，浙江 温州 325000)

1 工程概况及存在的问题

某隧道为某市政公路隧道，桩号为K1+260～500，全长240 m，为城市双向交通隧道，隧道设计时速为50 km/h。由于隧道为过人、过车双用通道，因此在隧道两侧分别设置了2 m 宽的人行道，车道宽度为2 ×3.5 m，两个余宽均为0.5 m，建筑限界总宽度为12 m，高5 m;隧道内轮廓拱部圆弧半径为6.52 m，总宽度为13.03 m，高8.91 m。从建筑限界及内轮廓可以看出该隧道为典型的大断面隧道，建筑限界及内轮廓见图1。

隧道纵断面纵坡为3%的下坡，见图2，围岩从上而下依次为全风化板岩、强风化板岩，围岩稳定性极差，尤其是隧道进口段处在滑坡体中，滑裂面见图所示。从地面线可以看出洞口段路基处在低洼地段，路面设计标高离低洼底部的高度约为15.8 m。

图1 建筑限界及内轮廓(单位:cm)

图2 进口段纵断面(单位:m)

存在的问题:由以上分析可以看出，隧道进口段处在滑坡体中，隧道开挖会影响滑坡体的稳定;隧道为大断面隧道，扁平率小，对隧道结构不利，在软岩围岩中隧道衬砌结构容易产生较大的变形。

2 方案设计

针对该工程的特点，洞口滑坡体采用抗滑桩、反压回填进行处治，见图3，即在K1+265 处打入2 根抗滑桩，抗滑桩离隧道衬砌的距离为4 m(分布在隧道衬砌两侧)，桩长19 m，嵌入强风化岩的长度为8 m，为C30 钢筋混凝土桩，截面尺寸为1.5 m ×2.0 m，见图4;隧道开挖之前先对洞口段路基进行反压回填，回填坡比分别为 1∶3、1∶5，反压回填有助于滑坡体的稳定;大断面隧道二次衬砌采用C30钢筋混凝土结构，厚度为50 m，初期支护为26 cm喷射混凝土(内含18 工字钢)结构，径向锚杆为D25中空注浆锚杆，见图4;根据本工程的特点，如果采用常规的开挖方法进洞，容易导致山体滑坡，产生巨大的经济损失，决定洞口段隧道开挖方法为CD 法，开挖进尺为1.5 m，见图5。

图3 滑坡处治断面(单位:m)

图4 衬砌结构(单位:cm)

图5 开挖方法

3 数值计算

为了探讨隧道进口段处治效果，采用MIDAS 数值计算软件对该段进行三维开挖模拟。MIDAS/GTS 数值计算软件对隧道开挖进行模拟，开挖之前，围岩均处在一定的初始应力场中，隧道开挖之后，初始应力场的改变引起了围岩位移发生了改变，MIDAS/GTS 通过杀死单元来模拟开挖掉的单元，采用激活单元来模拟新单元的建立。计算主要得出隧道开挖之后滑坡体稳定系数、隧道衬砌位移及应力。

3.1 材料参数及计算模型

计算中，隧道衬砌、抗滑桩均采用实体单元来模拟，本构关系为弹性;围岩采用实体单元模拟，本构关系为摩尔库伦，材料参数见表1所示。

表1 材料参数表

计算模型横向(X 方向—隧道线位方向)取150 m;竖直方向(Z 方向)取 80 m;纵向(Y 方向)取50 m;边界条件为横向左右固定，竖直方向底部固定，纵向前后固定，计算模型见图6、图7所示。隧道开挖方法为CD 法，开挖进尺为1.5 m，总共开挖45 m(穿过滑裂面15 m)。

图6 整体模型

3.2 计算结果分析

3.2.1 山体安全系数分析

安全系数是评价滑坡体是否稳定的一个重要的指标，通过计算可得隧道开挖前山体的稳定系数、隧道开挖后山体的稳定系数。选取计算结果中的一个剖面进行分析，见图8、图9，通过计算可得出处治之前山体安全系数为0.85，小于1.2(公路隧道规范规定山体滑动稳定系数要大于1.2)，表明山体是不稳定的，对山体进行处治开挖之后的安全系数为1.6，大于1.2，说明处治之后隧道开挖山体是稳定的，隧道开挖后，滑坡体并未滑动。

图7 隧道结构模型

图8 处治前山体安全系数

图9 处治开挖后山体安全系数

3.2.2 隧道衬砌分析

由于隧道开挖之后先施做初期支护，因此初期支护的稳定性尤为关键，通过计算可以得出初期支护位移及应力，见图10、图11。

图10 位移

图11 应力

从图中可以看出初期支护拱部最大位移为1.57 mm，底部最大位移为2.58 mm，初期支护位移不大;初期支护最大压应力为3.11 MPa，发生在拱脚位置，由于初期支护为C20 混凝土结构，公路隧道规范中C20 混凝土最大容许压应力值为7.8 MPa，因此可以看出隧道开挖支护后初期支护结构是稳定的。

4 结论及建议

大断面隧道穿越滑坡体，本文对大断面隧道衬砌进行了设计，并对滑坡体进行了处治，处治方法为反压回填+抗滑桩，隧道开挖方法为CD 法，开挖进尺为1.5 m。通过计算得出山体开挖之后安全系数为1.6，表明山体是稳定的;计算之后得出隧道初期支护拱部及底部位移分别为1.57 mm、2.58 mm，最大压应力为3.11 MPa，位移及应力均较小，说明隧道衬砌是稳定的。由于隧道为大断面隧道，且穿越滑坡体，因此建议在施工过程中对山体地表位移及衬砌变形进行监控，以便及时了解山体的稳定性及隧道结构的稳定性，在施工过程应该坚持“弱爆破”的原则，尽量减少对山体的扰动，同时隧道采用注浆小导管对初期支护进行锁脚并注浆。

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