某黄土隧道口溜塌和错落共生成因分析

王在岭

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

陕北黄土高原滑坡崩塌等边坡地质灾害发育，据统计，2001年至2014年陕西境内黄土地区共发生伤亡性地质灾难63起，造成237人死亡，87人受伤。从灾害类型看，主要以崩塌为主，滑坡次之，泥石流较少[1]。笔者在陕北黄土高原地区工作时，遇到一起隧道进口的边坡破坏，其表现为浅层溜塌和深层错落共生，其发生机理和原因很有特点，现整理出来，希望本文能对广大工程技术人员有所启发和帮助。

1 概况

某隧道位于黄土梁峁区，下钻一个黄土峁，进出口为冲沟，全长660 m，最大埋深117.8 m，进口设计明洞长7.3 m。进出口冲沟内有少量流水，自西向东汇入延河上游，其中进口修有小型水库。进出口山体自然边坡40～60°，表层覆盖少量植被，如图1所示。

图1 隧道区地貌Fig.1 Topography of tunnel

隧道洞身位于土石界面附近，围岩分级为Ⅳ～Ⅴ级，进出口为第四系上更新统风积成因的新黄土覆盖，塑性指数Ip=7.4～8.9，为砂质新黄土。天然孔隙比e0=0.833～1.531，标准贯入锤击数5击，结构疏松。

2016年3月18日上午，隧道进口发生边坡破坏变形，如图2所示。

2 边坡变形破坏过程

2.1 施工过程及边坡破坏记录

2015年10月17日，建设单位组织参建各方进行现场核对，没有发现不良地质情况。12月19日～2015年12月30日边仰坡刷坡。12月31日～2016年1月6日导向墙施工。

2016年3月7日、3月8日施工管棚6根，分别 为 18#、20#、23#、25#、27#、29#， 接 长 套 拱3 m，计划完成套拱后施工洞口两侧正面防护。大管棚施工6根时，被业主叫停。3月10日～3月14日施工接长套拱，3月15日～3月17日套拱内初支钢架施工。3月18日上午发生边坡破坏变形，施工单位描述整理过程如下。

图2 边坡破坏正面照片Fig.2 Front photos of slope failure

2016年3月18日10：50时，隧道进口左侧距洞口约50 m处山体开始掉土块，约13：30时隧道左侧50 m上方土体开始下滑，自线路前进方向左侧开始发育，牵连土体向线路方向逐渐发展。土体开裂面向洞口上方方向移动形成下滑错台，一直到16：00时，向右滑移拉裂至洞口上方土体后，土体下滑高度约4 m，如图3所示。

图3 边坡破坏后缘Fig.3 Slope failure trailing edge

17：00时现场测量“滑塌体”轮廓线，左侧距隧道洞口中心64.8 m，右侧距隧道中心11.6 m，隧道洞口正上方滑面距轨面高程51.4 m，滑面里程DK291+366.8，距洞口39.8 m，洞口向坡脚前移1.7 m，3月20日14：30，测量洞口向坡脚移动2.26 m。

2.2 监控量测

该隧道进口DK291+349处埋设一排共计9个测点，自2016年3月14日开始观测5天，17日、18日两天有日均2～4 mm变形，两天累积变形量8 mm左右。

2.3 边坡破坏各部分形态

根据测量数据，隧道洞口处水平位移2.26 m，垂直位移约为4 m，滑动完一个明显特征是滑动体上树仍保持直立。但是左侧有一个明显的不同之处，如图4、5所示。

图4 隧道左侧滑动后倾斜的树Fig.4 A sloping tree on the tunnel left side

图5 隧道正洞上部坡体上树仍直立树Fig.5 Still upright tree on the upper slope of the tunnel

根据边坡上树的表现，可以判断，正洞附近发生的是深层的变形，是整体的位移，滑动不影响树的直立。左侧变形较浅，是浅层变形，影响了树的直立，具有浅层滑动的特点。这次边坡变形先是左侧先出现破坏，然后带动右侧隧道口正上方的发生破坏。根据这个明显的不同，把左侧浅层的破坏命名为Ⅰ区、右侧深层的破坏命名为Ⅱ区，如图6所示。

图6 边坡变形分区图Fig.6 Zoning map of slope deformation Zone

根据破坏后的形态[2]，这两部分的破坏形式存在着浅层滑动和深层滑动的本质区别。

3 边坡破坏类型及区别

常见的边坡变形破坏主要有松弛张裂、蠕动变形、崩塌、滑坡4种类型[3]。此外尚有塌滑、错落、倾倒等过渡类型。

《铁路工程不良地质勘察规程》[4]中对错落的描述为错落体比较完整，大体上保持了原来的结构和产状。滑坡和错落的最大区别是水平距离和垂直距离的比例关系，错落的垂直距离大于水平移动距离。可以判定隧道洞口处的边坡破坏形式为错落。边坡内部形成一个高陡的变形破裂面，上部黄土对下部黄土的压缩大于滑动，垂直运动距离大于水平运动距离。在陕北黄土高原区，浅层滑坡普遍发育[5～9]，用溜塌、堆塌的名称，分别针对其滑动特点和最后堆积特点。根据笔者在陕北工作经验，这种边坡破坏形式命名为溜塌，更能体现其运动特点和描述其成因特点。

如前文所述，左侧浅层破坏Ⅰ区为浅层溜塌，Ⅱ区为典型的错落。

4 边坡破坏原因分析

4.1 勘探时的认识

边坡所在地貌为45°边坡上分布一级近30°的边坡，顺山坡的冲沟连续发育，是天然状态下的稳定边坡。隧道左侧边坡修路时切削坡脚已经形成小的溜塌，距离进洞洞口在50 m以上，不影响进洞。进口地形具有表层溜塌地貌，没有发现坡积物，对工程影响不大。勘察设计以及施工前的现场核对都认为此处边坡为正常稳定边坡。

4.2 被忽视的边坡破坏的内在因素

经过重新分析施工和勘察资料，发现高陡临空面和软弱下卧层这两种边坡破坏的主要因素，在勘察和施工过程中都存在被忽视的情况。

1）高陡的临空面

据施工记录，2016年1月导向墙施工完形成10 m高的临空面，直到2016年3月初才开始施工管棚。有2个多月的时间，人为切削坡脚形成的10 m高的临空面一直存在，加剧了坡脚的应力集中情况，如图7所示。

图7 导向墙施工形成的临空面Fig.7 The surface formed by guided wall construction

2）土石界面存在的“软层”

通过对现场施工过程核查，在施工导向墙时，右侧土石界面处发现一处出水点，由于水量不大，没引起足够的重视。再分析原施工图和隧道资料，13-ZD-2568孔（DK291+317.7） 和 13-ZD-2569孔（DK291+325.0）相差不足8 m，13-ZD-2568孔测到稳定的基岩裂隙水，另一孔没有观测到稳定的水位，可发现基岩裂隙水分布是不均匀。综合这几个因素分析可得出结论：基岩裂隙水分布是不均匀，导致出土石界面处“软层”的分布也是不均匀。

边坡破坏后，重新核查坡脚，发现了“软层”存在的迹象，如图8所示。

图8 坡脚“软层”Fig.8 Soft layer in the slope foot

边坡破坏发生在积雪消融，地下水顺黄土垂直节理入渗补给地下水的时候。隧道出口处正位于土石界面处，泥岩起到隔水层的作用。在土石界面处，随地下水入渗，“软层”会进一步扩大，“软层”的范围和春融有直接的关系。同时应注意到隧道小里程存在水塘，地表水和地下水同时作用，即使稳定的地下水面没有影响到土石界面，包气带中毛细水也影响到土石界面地层的含水率，形成“软层”。

4.3 人为干扰的外在因素

从前面施工记录可以看出，切削坡脚后形成的10 m高陡边坡临空面有2个月零7天的时间一直没有增加任何支护措施，并且对边坡稳定能起很大作用的大管棚措施刚施工6根后就被强行叫停。

5 区域性的边坡动态平衡问题

陕北高原北部，黄土结构疏松，没有雨水入渗的情况下，边坡可以保持陡峻的形态，以近乎直立的角度存在，但是如果雨后或春季春融后，会出现较多浅层溜塌。即这个地区的边坡受含水量的影响，存在一个从稳定状态向极限平衡态转变的过程。如果再存在人工切削坡脚的活动，发生边坡失稳的概率会增大。从本次边坡破坏的出现看出，浅层溜塌可以引起深层错落的发生。

6 结论

陕北黄土高原地区边坡有时达到极限平衡态，一处小变形可以引起连锁反应，浅层溜塌可以导致深层错落的发生。此处边坡破坏是自然因素和人为因素共同作用的结果，工程建设时应保持足够的警惕，核查边坡可能发生破坏的因素，支护措施不能轻易减弱。