柳城隧道出口段洞顶滑坡体整治技术研究

2022-09-30王传宗

铁道建筑技术 2022年8期

王传宗

(中铁十六局集团有限公司北京 100000)

1 工程概况

柳城隧道全长3 596 m，出口洞门为23 m帽檐斜切式，明暗分界里程为DK101＋587，线隧分界里程为DK101＋610，原设计边仰坡采用拱形截水骨架护坡防护。隧道出口处于低山陡坡区段，第四系覆盖层厚且松散，硬塑粉质黏土覆盖于饱和角砾土之上，长约300 m，宽约150 m，厚约13 m，埋深较小，地下水发育。

2 现场滑坡情况描述

南龙铁路柳城隧道遭遇特大强降雨，洪水过后，排查地表时发现:柳道城隧出口发生大体积溜塌，经测算溜塌体积达11万m3，原设计仰坡拱形骨架全部被毁，如图 1所示；洞内 DK101＋580～DK101＋610段衬砌出现通长裂缝，裂缝宽度最大达2.1 mm，如图2所示。

图1 地表滑坡情况

图2 衬砌裂缝情况

洞顶地表变形观测发现多处裂缝，大致七组，最长贯通性张拉裂缝达125 m，表面呈阶梯状，主要分布于隧道右侧高山侧，滑坡后缘抵近低山山脊。

3 滑坡体不良地质分析

3.1 滑坡变形特征分析

隧道出口段滑坡形态呈牵引式，地质为全风化岩。结合深层变形观测情况，可初步判定，属中层滑坡，滑动土体层厚度最大约15 m，体量约11万m3。坡体滑动方向朝向隧道明挖段，主轴方向为北东7.1°，走向与隧道线路交角约15°。

3.2 滑坡体推力分析

选取该滑动面上的50个部位取样，进行土体剪切强度试验[1－3]。滑动土体有效剪切强度数据如表1所示。

表1 滑动土体剪切强度数据

通过试验结果结合该段滑动土体特征数据，滑动体土质离散性低，地层黏聚力C＝6.8 kPa、内摩擦角φ＝21.8°。

根据滑动体整体变形特征，选取滑坡下段滑出(K＝0.98)、滑坡整体现状(K＝1.0)、滑坡沿隧道越顶滑出(K＝1.05)三个工况进行内摩擦角反算[4－6]。选定滑动体主轴前后 1-1′断面和 3-3′断面，其反算结果见表2。

表2 滑动体内摩擦角参数

对比滑坡体土质抗剪强度参数以及综合内摩擦角反算结果，发现反算出的内摩擦角与天然情况下的土体试验结果较为接近。基于安全考虑，同时考虑土质滑坡特性，并参考类似工程滑坡条件，故选定c＝7 kPa、φ＝20.1°为滑坡体计算指标。

按照安全系数K＝1.05及c＝7 kPa、φ＝20.1°计算分析出隧道洞身段在滑坡体下滑时所要承受的推力大小为4 129 kPa。

4 滑坡整治方案研究

通过滑坡体不良地质分析，表明该处滑坡下滑推力较大，滑坡体下部受载较长，且锚固段处于全风化地层。基于现场情况，初步拟定三种施工方案。

4.1 双排抗滑桩＋局部减载方案

针对该处滑坡处于不稳定状态，中部滑面埋深较大、下推力较大等情况，为降低施工对滑坡体的扰动，在滑坡中部设椅式抗滑桩、洞顶水沟外侧5 m外设门式抗滑桩[7－9]，该方案设置抗滑桩25根，桩间距5 m，桩截面4×3.5 m，桩长45 m。

4.2 延长明洞＋清载加固＋多级挡墙方案

针对滑坡体所在坡度较陡，且坡面较长等滑坡体形态特征，对DK101＋430～DK101＋587段既有溜塌及滑坡范围坡面进行清载加固处理，通过延长明洞重新刷坡的方式，减缓滑动体坡度，降低下滑推力，共设四级边坡，采用框架锚杆＋栽种灌木方式，坡脚均设挡土墙[10－11]。该方案共设置挡墙242 m，挡墙高度6 m；框架锚杆一级、二级边坡防护长度均为75 m，三级、四级边坡防护长度均为86 m。

4.3 小减载＋抗滑桩＋钢架桩方案

考虑到该段滑体中部滑面埋深过大、地质条件差等特点，对滑坡坡面采取逐级减载的方式，以便沿滑体中部设置钢架桩，对滑坡体下部采用抗滑桩[12]、框架支挡。该方案共设置挡墙72 m，挡墙高度6 m；抗滑桩12根，桩截面(4×3.5)m；框架锚杆边坡防护75 m。

4.4 滑坡整治方案优化

(1)双排抗滑桩＋局部减载方案:抗滑桩长度较长，施工难度大；下排桩距地方军用光缆较近，存在较高安全风险；该方案所需施工工期较长，且工程费用过高(工程费用估算为1 210万元)；征地面积小，土石方量低，生态环境影响小。

(2)延长明洞＋清载加固＋多级挡墙方案:该方案施工安全风险较小、工期短、总体工程费用相对较低(工程费用估算为844万元)，但征地面积、土石方量较大。

(3)小减载＋抗滑桩＋钢架桩方案:该方案工程费用估算为1 028万元，但在抗滑桩施工过程中对周围土体扰动较大，同样存在较大安全风险(见表3)。

表3 滑坡整治方案对比分析

通过综合比较分析，最终确定选用延长明洞＋清载加固＋多级挡墙作为本次工程的整治方案。

5 延长明洞＋清载加固＋多级挡墙方案实施

根据已确定的滑坡段延长明洞＋清载加固＋多级挡墙处理方案组织施工，具体流程见图3。

图3 施工流程

(1)DK101＋587～DK101＋580暗洞段衬砌加固处理:对暗洞段裂缝衬砌进行径向注浆加固，同时做好变形监测；注浆孔按梅花形布置，孔口环向间距为1.0 m，纵向间距1.0 m。注浆管采用钢花管，钢花管制作采用ϕ42 mm、壁厚3.5 mm的热轧无缝钢管，长3.0 m。注浆管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。注浆采用水泥浆，注浆压力1.0～2.0 MPa，浆液水灰比1∶1(重量比)。

(2)DK101＋430～DK101＋587段清载加固处理:对既有溜塌及滑坡范围坡面进行清载加固处理，清载过程应自上而下顺坡开挖，避免雨季施工，并沿坡体四周设C25砼矩形截水天沟。清载后的坡面均采用长12 m框架锚杆内栽灌木防护，锚杆孔径110 mm，单孔锚杆采用2ϕ25 mm的HRB400钢筋，间距3.0 m，锚孔采用M35水泥砂浆灌注。框架锚杆顶镶边下侧设C25混凝土截水槽，高20 cm(嵌入边坡10 cm)、宽10 cm，与框架梁上截水槽顺接。坡脚均设挡土墙，高6 m，墙身沿线路方向每隔10～20 m结合墙高或地基条件的变化设置伸缩缝或沉降缝。于地面以上部分，每隔2 m上、下、左、右交错设置PVC管泄水孔。最低排泄水孔下部及墙顶以下0.5 m高度(墙顶设平台地段0.3 m)范围内设袋装砂夹砾石反滤层，反滤层最低处设隔水层。做到分段开挖、分段防护。沿坡面设置位移监测桩，设置于坡面变坡点及挡土墙背部。

(3)DK101＋587～DK101＋580暗洞段衬砌拆换、重筑:考虑该段衬砌裂缝已贯通，变形较大，衬砌结构已不满足设计要求，影响运营安全，故对该处衬砌进行拆换处理。为确保施工安全，每次凿除、切割纵向宽度为1～2 m，切口表面应粗糙(凿毛标准为凹凸差不小于6 mm的粗糙面)，结构应致密，不得留有松散、气泡、裂隙，采用钢丝刷清理后冲洗干净。拆除过程加强前后监控观测，凿除到位后重新按设计要求对侵限初期支护凿除处理，施作防水层、植筋、浇筑二次衬砌、养护。为防止衬砌渗漏水，在衬砌表面涂抹渗透结晶型防水涂料两层进行防水处理。

(4)DK101＋610～DK101＋634明洞及洞门施工:考虑后期运营安全，洞口增设24 m长明洞，明洞采用偏压明洞衬砌；洞门型式不变，仍采用帽檐斜切式缓冲结构洞门。DK101＋593～DK101＋610段隧道基底位于粉质黏土层，采用C20片石混凝土进行换填，换填深度至粗角砾土以下不小于0.5 m，宽度至隧道轮廓线外1 m。洞口其余地段基础采用直径1 m的钻孔桩基础进行加固处理，桩长27 m，桩间距3.9×3.9 m。衬砌采用0.9 m厚双层钢筋混凝土结构。

(5)洞口回填、边仰坡防护:明洞衬砌背后设置3 cm厚水泥砂浆保护层、防水板、土工布、6 cm厚砖砌保护层。砼浇筑后对两侧拱腰以下采用浆砌片石码砌，明洞回填土顶面设置50 cm厚黏土隔水层。坡脚设C20片石混凝土护墙，护墙顶面厚1 m，基础埋深不小于1.5 m，护墙基础处于软塑黏土中。基础采用3排CFG桩进行加固处理，桩深至全风化层以下1 m，桩间距1.2×1.2 m。洞口回填部分的边仰坡采用拱形截水骨架护坡内栽种灌木防护(见图4)。