马槽仔隧道进口（大庆端）洞口滑坡处治

张成良，陈 刚，李江平，梁 桥

（1.苏交科集团股份有限公司，南京 210017；2.湖南工程学院建筑工程学院，湘潭 411104）

1 概况

1.1 隧道概况

马槽仔隧道位于大广高速公路南康至龙南段扩容工程C7 施工标段，分离式双向六车道长隧道，设计时速100 km/h，隧道长度1847.5 m.

1.2 地质概况

根据实地调查及原施工图地勘钻孔揭露，隧道通过的地段地层结构较复杂，由第四系全新统冲残坡层（Q4el+dl）、泥盆系上统三门滩组（D3s）泥灰岩、白云岩及石炭系下统岩关组（C1y）页岩组成.

隧道进口仰坡地层岩性从上至下依次为上覆为碎石、粉质黏土；下伏基岩为全、强风化泥灰岩，节理裂隙较发育，岩体较破碎～破碎，在隧道进口处发育有1 组节理，J1：240°∠76°，岩层产状170°∠38°.覆盖层厚，厚度为8.3～22.3 m，如图1、图2所示.

图1 隧道左线进口地质纵断面图

图2 隧道右线进口地质纵断面图

根据地质调绘、钻探揭露并结合室内岩土土工试验，区内地层按其时代及成因分类从上而下依次为第四系全新统残坡积成因（Q4el+dl）的碎石土、泥盆系上统三门滩组（D3s）页岩及泥灰岩.

2 滑坡过程

2.1 第一次滑坡

（1）2019 年12 月底，施工单位开始现场清表，右幅明洞拉槽施工.

（2）2020 年3 月，开挖洞口并浇筑进口右洞套拱，完成管棚安装及管棚压浆.

（3）2020 年3 月下旬至4 月初，龙南出现持续性雷阵雨天气.3 月28 日套拱出现裂缝.

（4）2020 年4 月4 日洞顶地表50 m 处发现裂缝.上午实测裂缝宽度约5 cm，下午再次实测裂缝宽度约20 cm，并出现沉降趋势.4 月6 日裂缝处山体滑移，沉降约4.5 m，如图3 所示.

图3 隧道右线现场滑坡图

（5）2020 年4 月8 日业主组织专家及参建各方对滑坡现场进行踏勘，并进行马槽仔隧道大庆端洞口山体滑塌处治方案专家讨论会，结合专家意见及地勘补勘报告，开展初步处治设计.

2.2 第二次滑坡

（1）2020 年五一节日期间，开挖马槽仔隧道进口左洞挖方路基及台车工作面.

（2）2020 年5 月7 日，左洞地表出现多处横纵裂缝.

2.3 临时处治方案

（1）反压回填.针对右洞洞口已开挖土体，在土体坡脚处用沙袋装砂石反压回填，稳固滑动面，阻止滑塌继续扩大.

（2）滑塌坡面铺设防水板覆盖.在滑动坡面裂缝处铺设EVA 防水板，防止雨水继续灌入软化土体，进一步加剧滑动，并做好滑塌体外围临时排水措施.

（3）增设监测点，及时观测裂缝发展情况.

（4）在洞顶截水沟前面的平台施工2 排φ140 钢管桩，钢管桩深度30 m.间距1 m×1.35 m，梅花形布置，钢管桩内插3 根φ25 钢筋增强抗剪刚度，并灌注水泥浆液.

3 隧道洞口滑坡地质分析

3.1 滑坡地质补充勘察

补充钻孔平面布置如图4 所示.

图4 钻孔平面布置示意图

（1）第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）

碎石土（Q4el+dl）：主要由粉质黏土及碎石构成，局部夹含砾粉质黏土及崩坡积块石.碎石原岩为中风化泥灰岩，含量约50%～60%，粒径3～8 cm居多，磨圆差，分选差，级配低，岩芯呈散体状、土块状，局部夹土柱状、柱状.推荐［fa0］=250 kPa，qik=85 kPa，主要分布于山坡表部，厚度7.8～16.8 m 不等，所有钻孔均有揭露.

粉质黏土（Q4el+dl）：软塑-可塑，成分以黏粒为主，粉砂粒次之，含少量角砾，干强度稍低，韧性一般，切面稍粗糙，岩芯呈土柱状、土块状.推荐［fa0］=150 kPa，qik=60 kPa，主要分布于坡脚碎石土层与全风化岩层之间，厚度1.5～2.5 m 不等，于钻孔HPBK-3 及HPBK-4 揭露.

（2）泥盆系上统三门滩组（D3s）

全风化页岩（D3s）：原岩矿物基本风化为黏土矿物，残留部分原岩结构，局部夹少量强风化页岩残余，岩芯呈土柱状，角砾状，岩质极软.推荐［fa0］=200 kPa，qik=60 kPa，主要分布于覆盖层与全风化泥灰岩之间，厚度7.2～14.0 m 不等，所有钻孔均有揭露，部分钻孔（HPBK-2、HPBK-3、HPBK-4、HPBK-5）于该层中上部揭露出煤层.

全风化泥灰岩（D3s）：原岩矿物基本风化为黏土矿物，残留部分原岩结构，局部夹少量强风化泥灰岩残余，岩芯呈土柱状，土块状，局部夹碎块状、角砾状，岩质极软.推荐［fa0］=200 kPa，qik=60 kPa，主要分布于全风化页岩与强风化泥灰岩之间，厚度2.7～19.4 m 不等，隧道左右洞之间该层厚度较大，所有钻孔均有揭露，部分钻孔未揭穿.

强风化泥灰岩（D3s）：泥晶结构，镶嵌碎裂构造，主要成分为方解石，含量约50%，泥质，含量约30%.节理裂隙极发育，岩芯极破碎，呈碎块状，局部夹全风化软弱层，岩芯呈土柱状、土块状.岩质软.推荐［fa0］=400 kPa，qik=100 kPa，主要分布于全风化泥灰岩与中风化泥灰岩之间，厚度1.8～7.0 m 不等，部分钻孔未揭穿，除HPBK-12 钻孔外，所有钻孔均有揭露.

中风化泥灰岩（D3s）：中厚层状构造，主要成分为方解石，含量约50%，泥质，含量约30%.节理裂隙发育，岩芯破碎，主要呈碎块状、短柱状，局部夹柱状，节长20～25 cm，岩质较软.推荐［fa0］=800 kPa，qik=180 kPa，主要分布于强风化泥灰岩层之下，厚度未揭穿，于钻孔HPBK-6、HPBK-7、HPBK-11揭露.

3.2 滑坡补充勘察结论

（1）滑动面：根据第三方测斜结果，滑动面位于土岩界面附近，局部切入全风化页岩层内，最大滑移深度15 m.

（2）滑动方向：右洞主滑方向约349°，与路线夹角34°；左洞主滑方向约2°，与路线夹角24°.

（3）第一次右洞滑坡体最大宽度约48 m，滑动方向最大主轴长度约65 m，滑坡体面积约2500 m2，体量约30000 m3；

第二次左洞滑坡体最大宽度约71 m，滑动方向最大主轴长度约130 m，滑坡体面积约7100 m2，体量约85000 m3.属中型土质滑坡.

（4）滑动方式：为重力牵引式滑坡.

4 滑坡稳定性分析与支挡设计

4.1 滑坡稳定性计算模型及计算方法［1］

根据对滑坡变形现象和成因机制的分析，结合滑坡前期破坏模式分析，在滑坡前期治理稳定性分析的基础上，建立1-1′、2-2′剖面和3-3′计算模型，如图5 所示.

图5 滑坡计算剖面图

1-1′、2-2′、3-3′剖面滑面呈折线型，本次计算选取传递系数法.传递系数法是刚体极限平衡法中的一种应用非常广泛的方法，适用于任意形状的滑裂面，其假定条间力的合力与上一条土条底面相平行，如图6 所示.传递系数法计算公式如下：

图6 传递系数法计算条分示意图

式中：

Fs―滑坡稳定性系数；

ψj―传递系数；

Ri—第i计算条块滑体抗滑力（kN/m）；

Ti—第i计算条块滑体下滑力（kN/m）；

Ni—第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力（kN/m）;

ci—第i计算条块滑动面上岩土体的黏结强度标准值（kPa）

φi—第i计算条块滑带土的内摩擦角标准值（°）；

li—第i计算条块滑动面长度（m）;

αi—第i计算条块地下水流线平均倾角，一般情况下取浸润线倾角与滑面倾角平均值（º），反倾时取负值;

Wi—第i计算条块自重与建筑等地面荷载之和（kN/m）；

PWi—第i计算条块单位宽度的渗透压力，作用方向倾角为αi（kN/m）;

i—地下水渗透坡降；

γW—水的容重（kN/m3）;

Viu—第i计算条块单位宽度岩土体的浸润线以上体积（m3/m）;

Vid—第i计算条块单位宽度岩土体的浸润线以下体积（m3/m）;

γ—岩土体的天然容重（kN/m3）;

γ′—岩土体的浮容重（kN/m3）；

γsat—岩土体的饱和容重（kN/m3）；

第五，加强资金和项目的管理，这一点也非常重要。政府资金要一分钱花出一分钱的效益，要加强管理，加大监督检查和审计稽查的力度。在大型工程上坚持“四制”，在小型工程上要探索报账制和吸引农民参与、农民自管自建等一些新的办法，以提高建设资金的使用效率。还有一点，刚才提到的，现在水利资金的投资渠道比较多，还是要以县级为单位，加大各方面的整合力度，以提高资金的使用效率。总之，通过采取以上五个方面的措施，进一步搞好西部地区的水利建设，以支撑新一轮的西部大开发。

Fi—第i计算条块所受地面荷载（kN）.

4.2 计算工况及荷载组合

工程区位于隧道口后侧，计算工况为：

工况Ⅰ：自重＋正常地下水压力＋地表荷载；

工况Ⅱ：自重＋暴雨下地下水压力＋地表荷载.

4.3 计算参数取值

稳定性计算建立在滑坡稳定性分析基础上.计算参数的确定是根据勘察报告对滑带土抗剪强度建议值，如表1 所示，参数反演与工程类比，并考虑不同剖面、不同部位滑坡稳定性的差异，对不同剖面、不同部位分段综合取值，如表2 所示.勘察报告对滑带土抗剪强度建议值偏低，因此滑带土参数主要根据滑坡变形现象和变形破坏模式的分析，并以反算分析为主进行取值.

表1 软塑粉质黏土指标

表1 （续）

表2 稳定性计算参数取值表

1-1′、2-2′、3-3′剖面分别选取不同的计算模型进行滑坡滑动带抗剪强度参数的反算，反演参数计算条分图如图7～图9所示.计算中需注意以下几方面：

图7 1-1′剖面稳定性计算条分图

图8 2-2′剖面稳定性计算条分图

图9 3-3′剖面稳定性计算条分图

（1）选取的1-1′、2-2′、3-3′三个剖面，由于边坡已出现滑动，边坡中部和后缘出现多处裂缝，计算安全系数取0.98；

（2）由于滑坡所处斜坡坡面长，汇水面积大，工况1 与工况2 的滑面参数变化不大，两种工况取相同滑面参数；

（3）滑坡区域地层第一层为碎石土层，第二层为页岩层，滑动面位于土层分界处，地下水位位于地面以下4 m，页岩层为不透水层，地下水为上层滞水；工况1 计算时不考虑动水压力和水浮托力作用，工况2 暴雨工况计算时考虑动水压力和水的浮托力作用.

4.4 剩余下滑力计算［2］

滑坡推力的计算和设计载荷取值是滑坡治理工程设计的关键.该滑坡治理工程等级为Ⅰ类，分别计算工况Ⅰ和工况Ⅱ，取剩余下滑力大值作为抗滑桩设计荷载.

滑坡治理工程设计安全系数的选取如表3 所示，防治工程等级Ⅰ级时，正常工况取1.20～1.30，非正常工况取1.10～1.20.根据勘察报告，滑坡区岩土种类多，变化大，结构复杂，水文地质条件复杂，地质环境复杂程度划分为复杂.为长期有效保证隧道施工与运营期的安全，非正常工况取1.15.

表3 滑坡防治工程设计稳定安全系数

1-1′、2-2′、3-3′剖面分别是稳定性较差的此次重点治理滑面，结合方案设计的工程布置位置，计算和确定滑坡剩余下滑推力.其计算结果如表4所示.

表4 滑坡剩余下滑推力计算结果

由于工况1 计算时不考虑动水压力和水浮托力作用，工况2 暴雨工况计算时考虑动水压力和水的浮托力作用，本次设计取剩余下滑力较大值1200 kN/m 作为设计荷载.

4.5 抗滑桩设计

经计算，隧道洞口后侧剩余下滑力约为1200 kN/m，采用双排桩布置，每排承受600 kN/m 剩余下滑力，桩径为1.8 m，桩长约32 m，梅花形布置，桩顶采用冠梁连接，使抗滑桩和桩间土成为受力整体，增强抗滑桩整体受弯刚度.

隧道洞门后侧布置抗滑桩具体布置如图10所示.

图10 隧道洞口滑坡处治平面布置图

根据滑坡体的物质组成和结构特征［3］，荷载分布按三角形分布考虑；采用m 法设计；考虑锚固段岩层刚度相差不大，抗滑桩桩底支承采用铰接方式.

5 隧道洞口滑坡处治方案

根据现场多次踏勘与滑坡稳定性分析及方案设计，该滑坡治理首先考虑以抗滑桩支挡加固整体滑动面，确保整体稳定［4-5］，同时兼顾隧道浅埋暗挖进口后变形塌方等施工风险，主要措施为左右线抗滑桩+左线延伸暗洞+右洞套拱增强+洞身暗洞范围地表注浆+反压回填［6］.具体措施如下：

（1）采用沿隧道右洞明洞段轴向设置抗滑桩，防止隧道明洞施工期间开挖形成临空面，再次诱发滑坡+设置垂直于洞轴向抗滑桩进行支挡，确保隧道运营期间的安全；

（2）右洞洞口外延20 m 至K124+455，明洞衬砌外设置套拱，套拱长度增长到26 m，右洞大管棚L=42 m（含套拱长度），大管棚导向墙与明洞套拱分开施做，先施工2 m 长导向墙及大管棚，后施工明洞套拱及反压回填土层，在套拱的防护下施工明洞段衬砌；

（3）左洞洞口外延至Z2K124+430，明洞长度由10 m 调整至5 m，暗洞长度增加30 m.左洞洞口套拱长度设计为3 m.同时增长大管棚，采用φ108 mm钢管，左洞大管棚L=42 m（含套拱长度）.根据成孔情况，大管棚可采用跟管施工;

（4）隧道洞口段暗洞局部采用地表注浆加固，注浆范围横向：左右线开挖线以外3 m.纵向范围Z2K124+435～Z2K124+500、K124+485～K124+525.加固深度为隧道地表至仰拱以下5 m，注浆孔间距1.2 m×1.2 m 梅花形布置，为降低地表注浆的钢花管对隧道大管棚施工的干扰及缩减施工工期，注浆工艺采用二重管WSS 后退式注浆［7］，注浆孔内无须安装钢花管，钻至指定深度后采用钻注一体机对隧道洞身范围进行注浆加固，降低隧道暗洞施工坍方冒顶风险；

（5）左右洞洞口段衬砌在大管棚有效长度内的Va 型衬砌再增设φ50 小导管超前支护措施，大管棚环向间距调整为0.3 m；

（6）在滑坡地表范围采用排水渗沟+仰斜式排水孔+隧底碎石盲沟+降水井排水；

（7）坡体内设置排水渗沟，应自上而下、从中间向两侧坡面重力式排水，最小纵坡不小于3%，防止沟内积水；

（8）为进一步控制滑移段隧道初支的沉降变形，将暗挖初支钢架的最大跨和边墙脚处的锁脚锚管调整为89 mm 锁脚钢管，长度6 m；

（9）为降低地下水位，采用洞口附近设置降水井；

（10）于隧道左洞Z2K124+467、+492 洞身左右侧及洞身范围、明暗分界处设置三排φ108 钢管桩，长度20 m，钢管采用丝扣连接，丝扣长15 cm，φ 102×6 套丝钢管长30 cm，同一排钢管应使钢管接头错开；

（11）隧道左右洞二衬台车必须同步组装，待明洞护拱完成后，可立即施作护拱内的明洞衬砌，更好地保证整个护拱的稳定并更安全在护拱顶部回填.

6 结论

由于隧道洞口为全风化页岩及全风化泥灰岩堆积体，地质条件差，施工期间连续暴雨产生较大渗透力，导致岩土体物理力学参数持续弱化，同时隧道洞口开挖时存在临空面，使得坡体失稳，产生滑坡.通过对隧道洞口稳定性分析与计算，综合考虑设计了抗滑桩等多种处理措施，同时加强施工监测，成功处理了滑坡，为今后类似工程提供借鉴.