沪昆客专红岭隧道进口滑坡成因分析及治理方案研究

2016-10-14李卓

铁道勘察 2016年4期

关键词：板岩滑坡体滑动

李　卓

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)

沪昆客专红岭隧道进口滑坡成因分析及治理方案研究

李卓

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251)

沪昆客运专线红岭隧道进口滑坡成因调查揭示，线位走向与红岭隧道进口处左侧坡体斜交，隧道左侧偏压且存在顺层，高角度切坡时岩土体内部产生了裂缝。该边坡附近断层发育，岩土体力学性质较差，裂隙发育，雨水易沿裂缝下渗，土体受力失稳，对后缘岩土体有牵引作用，导致边坡失稳。在勘察调绘的基础上，运用数值模拟软件Geostudio深入研究滑坡的形成机制，计算滑坡稳定性系数。结果显示，第一个潜在滑体的稳定性系数为1.03，第二个潜在滑体的稳定性系数为1.139，该滑坡处于基本稳定状态，但在人工开挖与降雨入渗作用下，该进口边坡不稳定。为了保障施工安全，建议采用减载与抗滑桩结合的综合治理方案。

红岭隧道牵引式滑坡成因分析稳定性评价治理方案

隧道开挖中高角度切坡常常破坏边坡的稳定性，进而诱发边坡的滑动破坏，最终会严重影响铁路建设的施工进度。另外，隧道拱顶可能会承受滑坡荷载导致挤压变形[1-3]。因此，必须对滑坡进行及时的治理。

沪昆客运专线红岭隧道进口位于湖南省新化县科头乡红霞村，进口左侧边坡自然坡度35°左右，均辟为梯田。此滑坡变形按变形规模和时间可分为二个阶段：2011年3月上旬至4月中旬为第一阶段，施工单位在平整施工场地时进行切坡，在左侧坡脚挖出10m余高陡坎，坡度70°～90°，开挖地面高程约274.09m，形成了较高陡的人工边坡。后人工边坡产生裂缝，形成一条连续长约160m、宽10～40cm的张拉裂缝，位于里程范围DK209+340～375左侧0～65m，大部分地段出现错台裂缝，错台高度为5～30cm，至4月下旬，裂缝宽度加大，最大达60cm。第二阶段为4月中旬至6月上旬，该地区连降暴雨，裂缝继续扩大，宽度最大达70cm，后缘错台高度达1.7m，且沿坡体往上产生多条新裂缝，坡上民房多处开裂，范围扩大至里程范围DK209+340～405左侧0～110m；红岭隧道进口拱顶左侧受滑坡体挤压变形，顶部及拱顶内部初支均出现裂缝，宽度5～10cm，长度延伸至洞内约30m。为保证隧道施工和工程安全，需对滑坡稳定性进行计算，分析其形成机制，并对滑坡的发展趋势和可能造成的危害进行评价，最后提出经济合理的工程防治方案，保障施工的安全运营[4，5]。

1　滑坡区工程地质条件

1.1地理位置及地形地貌

滑坡位于红岭隧道进口明洞段里程范围DK209+340～405左侧0～110m，原始地貌为残坡积中低山区，自然坡度约35°，坡上多辟为梯田，坡上有民房，坡体稳定，植被发育；施工切坡后，坡度约40～60°，后缘高程为326.9m，前缘高程为282.0m，高差约44.9m(如图1)。

图1　场地原始地貌(三维系统截图)

1.2地层岩性

滑坡区域内地层主要为第四系全新统人工堆积层(Q4ml)；第四系上更新统坡残积层(Q3dl+el)；奥陶系下统桥亭子组上段(O1q2)，其岩性按地层由新至老分别叙述如下。

(3)奥陶系下统桥亭子组上段(O1q2)：

炭质板岩——灰黑色，强风化，变余泥质结构，板状构造，节理裂隙较发育，岩体极破碎，岩质较软，敲击易碎。

粉砂质板岩——①全风化，黄褐色，原岩结构构造已基本破坏，岩石风化呈土状，夹少量未完全风化的残留物。②灰绿色、红褐色，强风化，砂状结构，板状构造，节理裂隙发育，裂隙面可见红褐色铁锰质浸染，岩质较硬，岩体破碎。③浅灰色，弱风化，砂状结构，板状构造，节理裂隙发育，裂隙面可见红褐色铁锰质浸染，岩质较硬，岩体较破碎。

1.3地质构造

根据调查和勘探，区内岩层产状以北北西、北北东为主，35°∠30°、321°∠60°、23°∠14°；在滑坡附近发育逆断层，断层产状110°∠53°，破碎带宽度10～15m。受该断裂的影响，滑坡区内岩层产状较紊乱，岩体较破碎，软硬不均。

1.4水文地质条件

区内地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于沟谷或山坡、第四系松散堆积物中，补给来源为大气降水，受季节影响较大，雨季水量较大，干旱季节水量较少，向低洼处排泄。基岩裂隙水主要赋存于下伏炭质板岩，粉砂质板岩的节理、裂隙中，接受大气降水和地下径流补给。水位随季节变化而变化，水量受节理裂隙及充填情况影响，水量中等，地下水季节性变幅较大，勘测期间潜水埋深1.50～8.50m，高程283.33～290.51m。

2　滑坡形成过程及成因分析

2.1形成过程

红岭隧道进口滑坡为新生滑坡。通过对滑坡区内裂缝位置的观测，结合地层岩性、地形情况及现场施工情况，该滑坡按变形规模和时间可分为两个阶段：第一阶段以裂缝1、裂缝2为界，滑坡体主要物质成份为第四系坡残积土层，属土质滑坡；第二阶段因土体滑动牵引后缘基岩，节理面受雨水浸润开裂，产生变形、滑动，属牵引式破碎岩体滑坡，变形范围延伸至裂缝4、裂缝5、裂缝6，且变形区有沿山体向上延伸趋势，最大延伸至裂缝7(如图2)。两个阶段滑动方向基本一致，为北偏东51°。

图2　滑坡平面示意

红岭隧道进口第一阶段滑坡范围约2 520m2，滑坡堆积厚度一般为0.0～8.1m，滑坡体积约6 100m3，为一小型土质滑坡。第二阶段滑坡范围扩大至约8 020m2，滑坡堆积厚度0.0～24.0m，滑坡体积扩大至约52 100m3，为中型滑坡。

2.2形成原因

上部第四系松散地层及全—强风化砂质板岩、炭质板岩岩体破碎，基岩接触面及层面、节理面等不利结构面组合是产生滑坡的物质基础。

线路走向与坡体斜交，隧道左侧偏压，岩层产状倾向线路方向，存在顺层，施工开挖造成不利影响。

隧道区工程施工开挖期间遭受强降雨影响，雨水渗入土体，导致土体受力失衡，并牵引下伏基岩沿结构面开裂、变形，是滑坡产生的直接诱因。

3　滑坡边坡稳定性分析

为了深入研究红岭隧道进口滑坡的稳定性，并找出潜在滑动面，为治理方案提供依据，采用Geostudio软件[6-8]中的SLOPE/W模块，运用Morgenstern-Price计算方法，计算进口滑坡的稳定性，找出潜在滑动面。

3.1模型的建立

如图3所示，纵剖面5-5与滑坡主滑方向一致，并经过1、6、7三个大裂缝，因此选择5-5剖面进行研究。首先建立根据GeoStudio提供的网格剖分，采用三角形单元和四边形单元混合的网格形式。最终地质模型划分为3 416个单元，3 387个节点，剖分好的数值计算模型如图3所示。

3.2初始应力分析

根据前期勘察报告得到物性参数如表1。粉砂质板岩的刚度较大，选择的材料模型为线弹性，裂缝结构面的岩性更接近土，选择的材料模型为弹塑性模型。

表1　进口滑坡各岩土组物理力学参数

滑坡模型两侧只考虑X方向约束，滑坡底部采用X/Y两个方向的约束，边界条件如图4所示。运用SIGMA/W模块进行初始应力分析，得到剖面的剪切应力等值线云图，滑坡深部应力较多，滑坡表面无应力，基本符合滑坡的初始应力分布。

图3　5-5′剖面地质模型及有限元网格划分

图4　5-5剖面剪切应力等值线

3.3求解稳定性系数

根据裂缝的分布和剪出口的位置推测潜在滑动面，并预测有两个潜在滑体。运用SLOPE/W模块中的M-P条分法，计算两个潜在滑体的稳定性系数，如图5、图6所示，绿色部分为滑体范围，第一个潜在滑体的稳定性系数为1.03，第二个潜在滑体的稳定性系数为1.139。滑坡体裂缝发育，第一个潜在滑动面滑动时对后缘岩土体具有牵引作用，加之人工开挖与降雨入渗作用，该进口边坡非常不稳定。

图5　5-5剖面第一期滑带分布

图6　5-5剖面第二期滑带分布

4　滑坡治理建议

建议结合线路工程情况及滑坡体主滑方向进行滑坡治理[9-11]，并对隧道洞口偏压、顺层采取适宜的处理措施。拟采用减载锚杆与抗滑桩结合的综合治理方案，对滑坡区内变形岩土进行清方卸载，清理滑坡区坡残积层粉质黏土、细角砾土、粗角砾土及部分全—强风化基岩，下部设置抗滑桩，并对坡面进行加固。建议边坡率上部粉质黏土、细角砾土、粗角砾土、粉砂质板岩(W4)取1∶1.75；炭质板岩(W3)、粉砂质板岩(W3)取1∶1.25；粉砂质板岩(W2)取1∶1。施工时应加强对滑坡体的位移观测、地下水位动态观测；在滑坡体周边设截、排水沟，并做防渗处理，减少水对滑坡的不利影响，做好相关路基、边坡、隧道等截排水措施。工程完工后，建议对滑坡体及周围进行绿化处理，减小表水对表土的侵入冲刷(如图7)。

图7　滑坡治理示意

5　结束语

根据调查和勘探结果分析，沪昆客运专线红岭隧道进口滑坡区表层覆盖坡残积粉质黏土、细角砾土和粗角砾土，因施工开挖，遇到暴雨或者持续降雨，雨水沿裂缝下渗，土体受力失衡，易产生裂缝，形成滑面，在重力和水的作用下易产生滑坡。下伏炭质板岩、粉砂质板岩风化强烈，节理发育，岩体破碎，雨水浸入结构面，在上覆土体的牵引下沿结构面开裂，产生变形、滑动，且有向坡体上方延伸趋势。运用Geostudio软件计算潜在的两个滑动面稳定性系数分别为1.03、1.139，滑体基本稳定，但在人工开挖和降雨条件下如不及时处理，将引发更大范围的滑坡。建议采用减载锚杆与抗滑桩结合的方式，在滑坡治理过程中和完工后，应加强动态监测，防止工程安全事故的发生。

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