高速公路隧道洞口山体滑坡综合治理

2021-09-10郭亲琳中铁四局第一工程有限公司安徽合肥230000

安徽建筑 2021年9期

关键词：抗滑桩滑坡体洞口

郭亲琳（中铁四局第一工程有限公司，安徽合肥 230000）

受环境条件、地质条件、控制投资等各种因素综合影响，隧道洞口选在偏压地形地段极为常见。在不良地质、特殊岩土、地下水作用下，浅埋偏压洞口出现滑坡是隧道施工中常见的地质灾害现象。

本文以韶新高速寒山口隧道出口滑坡为例，通过对该滑坡的特点及原因分析，制订安全、经济、高效的处治方案，供类似工程提供借鉴和参考。

1 工程概况

1.1 基本情况

寒山口隧道为双向六车道分离式隧道，右线长3753m，左线长3791m。最大埋深约307.74m，单洞宽约17m，高约9m。隧道所处区域属剥蚀低山丘陵区，地形起伏较大，相对高差约230m，冲沟、植被发育。左线出口ZK78+000～ZK78+266（洞门）段左侧为陡坡，山体切割深度110～130m左右，具偏压性。地表为砂质粘性土，厚2-4m；下伏岩层为花岗岩，全强风化层厚10～30m，出口横断面见图1所示。

图1 出口横断面图

1.2 施工情况

寒山口隧道出口左洞洞门桩号为ZK78+266，明暗分界桩号为ZK78+256，隧道出口左洞边仰坡开挖施工时间段为2018年5月27日～2018年6月5日，进洞时间为2018年7月23日。截至2018年11月4日，隧道出口左洞掌子面里程为ZK78+185，仰拱施作里程为ZK78+266～+232，二衬施工里程为ZK78+246～+234(第一板)。

1.3 滑坡情况

11月5日左洞爆破后监控量测数据显示洞内收敛、沉降突然发生明显增大，最大沉降达3cm/d，初支开裂明显，左洞内施工完仅4天的唯一一组二衬右拱脚(面向掌子面，下同)出现裂纹（见图2所示）。11月6日，洞内日沉降量在1-2cm，初支出现挤压变形、掉块，二衬右拱脚裂纹变大，左拱腰出现裂缝。11月7日，洞内日沉降量最大1cm，初支变形、掉块严重，二衬裂纹继续发展、增多。地表距洞顶约70m高、距洞口水平距离90m处发现长度约40m、宽度15～30cm裂缝（见图3所示），左右洞间边仰坡出现约10cm宽水平裂缝。11月8日，左洞施工第二板二村，里程为ZK78+246～ZK78+256。

图2 二衬拱脚开裂

图3 地表开裂

2 主要检测结果

2.1 裂缝检测结果

寒山口隧道左洞ZK78+256～ZK78+233.5段2个二衬施工节段，在左侧拱脚及右拱腰处，存在多条纵向裂缝(沿隧道走向)，且裂缝在各施工节段存在连通的情况：左侧拱脚共出现4条纵向裂缝，裂缝长约1.45m～5.74m，裂缝宽为0.22mm～5.64mm。右侧拱腰共出现6条纵向裂缝，裂缝长约12m～22.5m，裂缝宽为 0.51mm～0.53mm，裂缝分布平面示意面见图4。

图4 裂缝分布平面示意面

2019年1月25日，右侧边墙ZK78+245.5～ZK78+233.5段二衬开裂部位均出现不同程度的渗水现象。

2.2 二次衬砌厚度、钢筋保护层厚度、混凝土密实度等检测结果

对左洞ZK78+256～ZK78+233.5段二次衬砌混凝土的厚度、钢筋保护层及密实性进行雷达检测，共布置7条测线，检测长度共计22.5m。检测结果：该段二次衬砌混凝土整体较密实，局部存在脱空现象，范围较小；二次衬砌厚度满足设计要求；钢筋混凝土保护层厚度在4-7cm之间，部分超过了设计值4.49cm，保护层厚度偏厚。二衬钢筋满足设计要求。

2.3 二次衬砌混凝土强度检测结果

通过回弹法测定左洞ZK78+256～ZK78+233.5段2个二衬施工节段的二衬混凝土强度分别为37.8MPa、37.7MPa；仰拱矮边墙混凝土强度分别为34.6MPa、35.4MPa，均符合设计C30要求。

2.4 二次衬砌混凝土裂缝深度检测结果

通过钻芯法测定左洞ZK78+256～ZK78+233.5范围内的二次衬砌裂缝深度，抽取代表性裂缝处5个芯样，5个芯样均呈贯通式裂缝现象。

2.5 衬砌断面测量结果

对寒山口隧道左洞ZK78+256～ZK78+233.5范围内的二次衬砌净空进行测量，衬砌最大侵限10cm，主要部位位于右侧拱腰位置。

3 原因分析

3.1 自然条件原因

①隧道出口滑坡区地面高程介于254～360m，自然坡度27°～42°，地形较陡，且隧道出口穿一面坡，地形偏压严重；

②该段基岩主要为花岗岩，局部有石英砂岩捕掳体，受侵入蚀变作用影响，岩体节理裂隙发育，岩体极为破碎，自稳能力差。

③该区域属北亚热带湿润季风气候区，夏季多暴雨，雨量充沛，地表水下渗降低了岩体强度，加大了坡体下滑能力。

3.2 施工原因

隧道洞口仰坡开挖、洞内掌子面开挖形成较大临空面；爆破施工产生震动，使岩体更趋破碎，岩体结构面粘聚力降低；洞内开挖初支距二村施作放置时间过长，边仰坡开挖后暴露时间过长，未及时施作明洞。

综上所述，隧道出口滑坡是由于右侧岩体破碎，施工扰动、爆破震动，左隧道洞口及洞内开挖临空未及时衬砌，在降雨影响及地形偏压情况下围岩持续变形，最终导致右侧山体产生变形蠕滑，地表变形开裂、初支侵限及变形、二衬开裂。

4 应急处理措施

①滑坡体处于蠕动变形阶段，为避免进一步发展，在采取加固措施前，对山体裂缝采用水泥土进行回填、夯实封堵，并采用塑料布覆盖，防止雨水流入，完善截排水设施。

②加大对山体位移监测频率，以研判滑坡的发展趋势。洞口滑坡段增加勘探孔并设置测斜管进行深层位移监测。

③左洞右侧边坡及左右洞间边坡具备条件的地方施作抗滑桩，以防止滑坡产生过大的位移。

④停止左右洞洞内爆破作业，左洞洞内采用洞渣或干土进行回填。

应急抢险措施施工完后滑坡体下部趋于稳定，上部仍然处于蠕变阶段。

5 地质勘察及滑坡治理方案

通过对隧道出口滑坡体进行详细的地质勘察发现：

滑体厚度前薄后厚，总体积约11万方，属中型滑坡；滑坡是由于右侧岩体破碎，施工扰动，左隧道洞口及洞内开挖临空未及时衬砌，在降雨影响及地形偏压情况下围岩持续变形，最终导致右侧山体产生变形蠕滑，二衬及地表变形开裂。自然工况下，滑坡体整体基本处于欠稳定状态。

结合地表开裂情况及地勘孔（测斜孔）观测结果，滑坡体平面位置示意图见图6所示，横断面示意图见图7所示。

图6 滑坡平面位置示意图

图7 滑坡横断面示意图

综合分析，制定滑坡治理方案如下。

5.1 洞外采用锚索桩加固处理

结合滑坡工点附近岩土的试验指标，计算时C、φ采用反算结果。综合确定滑动面抗剪强度指标为C=18、φ=24，对滑动面以上的滑体重度根据试验测定值取23.5kN/m。以滑坡主轴为计算断面，在左洞右侧边缘拟定桩位，经计算得桩位处滑坡推力为3130kN/m。设计方案是由锚索抗滑桩和锚索框架梁共同承担坡体的推力，其中抗滑桩承担2150kN/m的推力，其余推力由锚索框架梁承担，支挡方案图如图8所示。

图8 支挡方案图

桩中－中间距为5m，桩全长32m，其中基岩以上20m。滑坡推力按三角形分布作用在抗滑桩上，滑动面以下的地基系数按照“K”法计算。采用2m×3m矩形截面，桩身采用C30混凝土。在桩顶设置两排锚索，锚索在桩上的锚固位置分别距桩顶0.75m和1.75m处，对应的锚索与水平面夹角α分别为12.5°和15°。锚索采用1860MPa、10φ15.2高强度、低松弛无粘结钢绞线。锚索全长为55m，锚固段长度为12m。

在滑坡体中上部设置三排预应力锚索框架梁对坡面进行加固，锚索采用8φ 15.2钢绞线，下倾角为15°。锚索长50m、锚固段长10m。

经计算抗滑桩最大弯矩为40042kN·m距离桩顶21.2m，最大剪力为7730kN距离桩顶20m。根据以上计算结果及受力特点，对抗滑桩进行配筋设计并实施。