浅埋偏压隧道边坡体系稳定性分析及加固技术

欧阳娜

(江西省公路科研设计院)

浅埋偏压隧道边坡体系稳定性分析及加固技术

欧阳娜

(江西省公路科研设计院)

浅埋偏压隧道围岩与边坡相互影响，任何一方的失稳破坏均会影响另一方的稳定性，因此需将二者作为一个系统进行研究。以某山岭隧道为例，该隧道洞身大多处于偏压状态，分别对围岩及边坡进行加固处理，并经监测及数值仿真，表明了该体系加固技术是有效，可为类似工程提供一定的实践经验。

浅埋偏压隧道;边坡;体系;加固技术;稳定性分析

1 工程简介

西北区某隧道，起讫桩号为DK151+933～DK152+ 171，为双线隧道。隧道进口位于左偏曲线上，左右线曲线半径为3 000 m、3 004.32 m，路面横坡为2%。隧道内设连续下坡，DK152+005设变坡点，小里程坡度为－5.3‰，大里程坡度为－5.9‰，呈下坡趋势。

该隧道位于剥蚀丘陵地貌，地势起伏较大，隧道区段地面标高一般40～94 m，山体自然坡度10°～30°，植被发育。该隧道洞身多处于偏压段，且岩体下伏基岩为元古界板溪群马底驿组条状板岩，全风化－弱风化，全风化呈砂土状，强风化基岩青灰夹灰褐色，岩体破碎呈碎块状，厚5.7～20 m，弱风化基岩变余结构，板状结构，局部夹有石英脉。

2 浅埋偏压隧道边坡体系加固

2.1 偏压隧道加固措施

针对偏压隧道的受力特性，采取不均衡支护体系进行加固。在隧道断面受偏压一侧拱部布设Ф25长为6 m的中空注浆锚杆，间距为纵向0.8 m×环向1.2 m，梅花型布置;而另一侧拱部布置Ф22长3.0 m砂浆锚杆于拱部45°范围类设置，间距及型式同上。超前锚杆为Ф25长3.0 m的砂浆锚杆，在拱部110°范围设置，间距纵向1.6 m×环向0.4 m。钢筋网:环向 Ф8×纵向 Ф8，拱墙的网格间距为 25 cm× 25 cm。钢架:HW175型钢钢架，拱墙设置，间距纵向0.8 m×环向0.8 m，两侧墙脚钢架设置两根5 m长Ф22锁脚锚杆，并预留10 cm的变形量。

2.2 边坡加固措施

为防止边坡失稳引发隧道失稳，对边坡进行抗滑桩结构设计，其混凝土:轴心抗压强度设计值fc=11.9 N/mm2，轴心抗拉强度设计值ft=1.27 N/mm2。钢筋HRB335(20MnSi)，符号φ，抗拉强度设计值fy=300 N/mm2，抗压强度设计值f'y=300 N/mm2。桩的强度设计安全系数:受弯时K=1.2;斜截面受剪时K'=1.3。在桩的两侧分别布置6根φ12的构造钢筋，在桩的受压侧布置10根φ12的架立钢筋。

3 浅埋偏压隧道边坡体系稳定性分析

通过现场监测数据分析以掌握浅埋隧道围岩与边坡稳定性状态，并经信息反馈动态设计，以保证其安全稳定。对该隧道二衬段DK151+976断面拱顶、拱腰及拱肩5个测点布设应变计以监测二衬混凝土内应力，设置测桩以监测二衬周边收敛值及拱顶下沉值;对隧道开挖段DK152+015断面拱顶、拱腰及拱肩5个测点布设应变计及锚杆轴力计，监测点布设如图1所示。边坡位移分为竖向位移与水平位移，为简化监测方法，沿坡体共布设25条水平线及16条竖向线交点作为测点。

3.1 结构内空收敛监测分析

在该隧道二衬段DK151+976断面进行为期2月的监测，测得拱顶下沉量及周边收敛值如图1所示。

由图2可知，隧道衬砌内空位移变化值具有一定的规律，三者均呈先增长后平稳的趋势规律。从数值上来看，de线与bc线的收敛值大小接近且大于拱顶a的下沉值，其累计位移值分别为21.85 mm、20.98与9.92 mm。监测数据的最后一日位移变化速率分别为0.02 mm/d、0.03 mm/d与0.07 mm/d，表明隧道结构为稳定性的。

图1 衬砌结构断面收敛监测数据

3.2 隧道与边坡系统稳定性数值分析

采用有限元分析软件ANSYS对隧道－边坡系统稳定性进行数值仿真计算分析。其中边坡及隧道围岩设为均质弱风化岩(参数容重为23 kN/m3，体积模量为320 MPa，剪切模量为240 MPa，泊松比为0.3，黏聚力为1.2 MPa，内摩擦角为32°)。根据数值计算得到隧道与边坡体系的云图如图2、图3所示。

图2 隧道边坡体系水平位移场云图

图3 隧道边坡体系竖向位移场云图

由图3图4可知由于隧道的开挖水平位移场具有明显的偏压性质，而对竖向位移场的影响不大，由于衬砌结构的加强作用，隧道围岩区域位移场均呈减弱的趋势。从数值上来看水平位移最大值出现在坡顶及隧道围岩区的右侧，分别为0.46 mm与3.34 mm;竖向位移场最大值出现于坡顶，数值为24.23 mm，满足隧道围岩及边坡稳定性要求。

4 结论

浅埋偏压隧道在偏压段围岩与边坡的稳定性为相互影响的关系，因此在隧道施工时应将二者作为一个系统进行加固处理。以湖南某隧道为例，对隧道偏压段围岩与边坡进行加固处理及稳定性分析，可得到如下几点结论。

(1)偏压隧道围岩的加固应根据其受力特性采用不均衡支护系统，即采用锚杆注浆时在受偏压段加强支护参数以消弱围岩压力的差值。

(2)为防止边坡失稳对偏压隧道围岩的影响，采用双排抗滑桩对边坡进行了处治。

(3)经监测及数值仿真可知隧道围岩及边坡稳定性满足工程要求。

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U455

C

1008－3383(2015)10－0081－01

2015－05－11

欧阳娜(1988－)，女，湖南娄底人，助理工程师，主要从事公路隧道设计与研究工作。