某滑坡与隧道斜交时的治理研究

冯卫星

摘要 文章以重庆某高速施工图设计某工点为例，进行现场调查和分析验算，通过选取3组断面分析验证了滑坡的主滑方向和稳定性情况。目前，滑坡治理主要有两个方向，滑坡抗滑桩处治和隧道加固处治。该项目主要采用了抗滑桩处治的措施，通过分析滑坡和隧道在斜交情况下的相互作用机理和隧道的破坏诱因等情况，合理确定了抗滑桩的布设方案和滑体的治理措施。

关键词 滑坡；主滑方向；抗滑桩；隧道；斜交；作用机理

中图分类号 U451文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）12-0088-03

0 引言

滑坡支挡加固工程布置，若没有特殊情况，一般要求严格贯彻工程的受力方向与滑坡主滑方向平行的理念，以有效发挥支挡加固工程的最大功效，或防止工程出现抗扭能力而导致工程失败。因此，抗滑桩处治滑坡病害时，一般情况下应严格贯彻抗滑桩的长边与滑坡主滑方向平行，以有效发挥抗滑桩的抗弯特性和防止桩体抗扭不足等出现的病害。

1 工程概况

重庆市某项目路线以隧道的形式通过滑坡前缘，滑坡体失稳后会威胁前缘隧道出口以及隧道前大桥的施工及运营安全。该滑坡体主要成分为崩坡积碎石土，厚度约3.6～24 m，平面呈长条形，左侧以基岩出露为界，右侧以冲沟地形为界；崩坡积体前缘位于坡角土层的较薄地带，后缘边界位于基岩出露处，纵向长约630 m、横向宽约220 m、平均厚度约10 m；面积约13.86×104 m2，体积约138.6×104 m3，前缘高程约487.1 m、后缘高程约626.0 m，相对高差约138.9 m，潜在主滑方向为201 °。

2 岩土体物理学性质及岩土参数

结合室内岩土试验力学性质结果及周边的邻近项目工点试验成果，并结合该项目邻近已完工运营项目的经验，综合得出该工点基岩土层物理力学指标及设计参数见表1和表2所示。

3 滑坡传递系数法稳定性计算

该滑坡体现状稳定，未见明显开裂变形迹象，但在极端天气、施工振动等因素影响下易失稳发生滑塌，对隧道出口、大桥施工、运营产生严重安全隐患。项目选取该工点三处典型断面进行分析计算，崩坡积体潜在滑面位于岩土界面处，近似呈折线形。采用基于极限平衡理论的传递系数法对该斜坡体的稳定性进行计算，对3组断面分别进行稳定系数、安全系数、剩余下滑力的模型计算，计算公式如下：

Ti=KsWisinαi?Wicosαitanφi?ciLi+ΨiTi?1 （1）

Ψi=cos（αi?1?αi）?sin（αi?1?αi）tanφi （2）

式中，Ti、Ti?1——第i和第i?1滑块的剩余下滑力，其作用力方向与相应滑块底边平行。

荷载组合与计算工况：

（1）荷载组合：

坡体自重：天然状态下按天然重度计算，饱和状态下按饱和重度计算。

地面荷载：一般变形区域大多为原始斜坡，不作考虑。

（2）计算工况：

非正常工况Ⅰ：处于极端暴雨状态下的工况。

按照最不利情况综合确定可能的剪出口位置，未考虑局部小型溜滑。稳定性计算简图暂只示意BP06-1—BP06-1′剖面，见图1所示。

该次勘察选择BP06-1—BP06-1′、BP06-2—BP06-2′、BP06-3—BP06-3′剖面，对其现状的稳定性进行验算，计算可能存在的滑动面，稳定性计算结果见表3所示。

崩坡积体在非正常工况下稳定系数为1.086～1.106，处于欠稳定～基本稳定状态。

4 滑坡体和隧道的相互作用机理

（1）作用角度。通过现场调查和参考国内外类似项目经验来看，隧道和滑坡体的交角和相对位置关系对滑坡的稳定性以及隧道本身的作用力都会有不同的影响结果：①隧道的轴线方向与滑坡体的滑动方向，如果垂直或者交角较大时易产生滑坡，并对隧道的侧壁产生的作用力较大，从而影响隧道开挖时危岩的破坏。②隧道的轴线方向与滑坡体的滑动方向，如果小角度相交时，在隧道在施工时，隧道洞口易产生崩塌或者局部坍塌的情况，但是多数项目不会产生较大的滑坡。此外，结合隧道洞口的防排水工程，可有效减小滑坡的风险。

（2）作用位置。①如果隧道位于滑坡体的下部位置，在隧道洞口开挖时，滑坡体的作用力向下，会使隧道上方土体产生楔形滑动，进一步增大滑坡体的倾角，从而使滑坡体的滑动变形进一步加大。②隧道如位于滑坡体的中间位置或位于滑坡体中，隧道在滑坡体蠕变过程中会发生严重位移、构造物变形甚至破坏，影响隧道的结构安全。

5 隧道破坏的诱因

（1）隧道开挖应力释放导致的蠕变引起滑体变形。滑体本身具有不稳定性，其中部分下滑力由于应力的释放，目前得到有效的趋稳。在隧道施工开挖后，随着应力的释放，导致滑体内部的应力场和结构发生变化，坡体的蠕变和滑动进一步加剧，进而增加砌衬的作用力，使隧道处于应力增加的状态。因此，不断的扰动等外界的干扰作用下，由于多年的积攒可能会使隧道在施工或者运营阶段，产生变形或者开裂等现象。

（2）地应力引起的隧道变形。山体的地压偏低或者松弛，围岩在自然状态下自身发生松弛，不能承担自身重力。作用于衬砌结构上的荷载，主要作用于拱顶或者侧壁，长时间会引起拱顶的张拉裂缝，在滑体的作用下，进一步加剧开裂，从而引起拱顶的破坏。

（3）隧道偏压引起的开裂。隧道偏压是由于隧道结构所受应力不对称的状态而引起的，这就表明作用于隧道左右的岩土压力不同，一侧受力为主动土压力，在力的作用下另一侧上抬形成被动土压力。这说明随着围压压力分布不均匀程度以及偏压程度加大[1]，隧道在偏压的作用下，将在隧道的两端或者拱和墙的接缝处产生开裂和错台。

（4）特殊岩土引起的隧道变形。如隧道处于瓦斯、地应力较大或者存在有弱膨胀土的地层中，对于隧道的结构有严重影响，弱膨胀土尤其关键，膨胀性土压的普遍特征为土压和围岩位移伴随着时间增加[2]，位移也会不断地增加，表现为土压力的增大。膨胀性土压力引起隧道的变形主要为：当隧道衬砌存在剪应力时，隧道的左右两侧受膨胀性土压力的作用和挤压，均会产生大量的横向裂缝，由此，拱顶将会抬起，从而对隧道产生结构性破坏。

6 隧道位于滑坡中间位置的治理方案分析

（1）反压卸荷。反压卸荷是正常治理高陡边坡的常规措施，也是较为有效的常规手段之一，也常作为滑坡应急措施，可以作为永久处理滑坡的措施。反压卸荷通常是指对滑坡的后缘进行清方卸荷，减小上部的荷载，使滑坡体稳定下来；并将清方的土石方堆载至前缘，形成反压，从而增大前缘的抗滑力，以有效降低减小滑梯的下滑力，使滑体保持自稳。该方法大多适用于前缘较陡、后缘地势平缓的地形，有部分局限性。

（2）埋入式抗滑桩。埋入式抗滑桩嵌固段可以嵌直滑床底部的稳定岩层，有效地支撑滑体的下滑力，在处理滑坡中是一种常规的有效方案。抗滑桩的设置可以有效地形成局部的稳定区域，避免对隧道的侧壁形成挤压和受力的破坏。正常抗滑桩桩间距可以做到桩径的3～5倍，一般受力可以达到成千以上的滑坡推力，一般应用于滑坡和高大边坡设计的防治工程中。

（3）隧道的预加固措施和开挖方式。在新建项目中，路线选线尽可能避免隧道处于滑坡体中的这种情况。如果无法避免或局部无法避免，可以采取设置抗滑桩和增强砌衬强度的方法，一方面可以减小作用于隧道的下滑力，另一方面可以增强隧道的自稳能力。在已建项目中，若隧道本身已发生变形，增强砌衬强度仅仅只是作为一个加固手段；滑体本身如果还存在下滑的可能，那么增加砌衬强度仅仅只是作为一个辅助手段。

隧道位于滑坡体中的情况，应先进行抗滑桩或其他的加固措施施工，再进行隧道的开挖。位于滑体范围内，可以采取控制爆破或者机械开挖的方式进行隧道施工，以有效降低常规爆破引起的滑体蠕变和位移，降低对隧道的应力作用。

7 隧道抗滑桩的布设原则

对于该工点隧道工程而言，无论隧道以何种形式通过滑坡，一般均应严格依据滑坡的特征布置确定抗滑桩工程的方位角，而不是依据隧道走向布置。以不变应万变，即以不变的滑坡主滑方向为主线，应对万变的隧道工程布置。

此外，隧道虽然设置了不同形式的初砌支挡结构，但考虑隧道的薄壳状构造和结构对受力的敏感性，应确保抗滑桩的布置与隧道结构物之间存在一定的安全距离，防止抗滑桩在滑坡作用下发生变形，进而推挤前部隧道结构而造成隧道出现病害。并且要求无论抗滑桩布置于滑坡的哪个部位，即无论是滑坡的主滑段、牵引段，还是抗滑段，稳定性计算均不能考虑抗滑桩与隧道之间的桩前滑面以上的岩土体抗力。

由此分析，该工点主滑断面BP06-1—BP06-1′剖面的滑坡推力最大，并且以滑动方向为分界，逐渐向两侧减小。并且，隧道砌衬所受到的滑坡推力在剖面和隧道轴线交点处至隧道口方向的推力逐渐减弱。结合该项目稳定性计算和地形情况来看，在远离隧道口一段距离的位置处，将抗滑桩设置于滑坡的阻滑段较为合理。

8 抗滑桩设计及设置情况

通过计算分析，目前BP06-1—BP06-1′剩余下滑力为960 kN/m，目前现状整体属于欠稳定～基本稳定状态，在极端暴雨、施工扰动等不利工况下可能会诱发失稳滑移。拟在崩坡积体前缘的抗滑段位置设置抗滑桩，桩身尺寸为1.75 m×2.5 m、桩间距为5 m、桩长26 m；沿山腰垂直于滑动方向进行布设，位于左右洞中间位置设置1#～5#桩，垂直于滑动方向设置6#～18#桩，距隧道洞门安全距离为20 m；与隧道轴线方向交角为56 °。

设计的抗滑桩嵌固段位于中风化灰岩层中，嵌固段长度为12 m、悬臂段为24 m，可抵抗下滑力约1 100 kN/m，治理后滑坡体处于稳定状态。

在BP06-1—BP06-1′、BP06-2—BP06-2′、BP06-3—BP06-3′断面沿滑动方向，分别设置6处深孔位移检测点，加强施工期的位移检测。

9 施工防治和安全措施

该滑坡地质条件相对复杂，结合勘察揭露的地层信息及坡体结构条件，应在施工过程中进行必要的动态调整，地层分界线应严格勘察。由于抗滑桩位于山腰位置，中风化和强风化分界线的高程起伏较大，施工过程采取动态调整和信息化施工。

（1）隧道施工前，应先进行抗滑桩的施工；待抗滑桩施工完成并达到设计强度的70%以后，再进行相邻桩井的开挖；桩井开挖应按照“隔二挖一”的开挖原则，避免卸载过大，引发滑坡下滑加剧。

（2）该工点隧道施工洞口上方需开挖施工便道，需要注意的是该便道的开挖也会导致滑坡的大范围失稳，必须先完成抗滑桩的施工，再进行施工便道的开挖。进行施工便道施工前，应先进行施工便道的专项审查，并做好施工便道开挖后的临时锚喷和防排水措施。

（3）隧道开挖掘进过程中，在位于抗滑桩距离较近位置，应采取控制爆破或者机械开挖等措施，避免采取光面爆破等措施对施工完成后的抗滑桩产生扰动。隧道洞口开挖前应注意控制仰坡和抗滑桩的安全距离，在开挖时应随时注意滑坡的位移检测和滑面的地下水渗出等情况。

（4）洞门开挖过程中，如发现危岩情况比较差，甚至存在坍塌风险，应及时和设计人员联系，避免洞门的大范围垮塌和应力的集中释放使上部抗滑桩受力增强，导致抗滑桩结构变形，如在雨季施工，还应严格控制施工进度。此外，应密切观察洞门的位移、拱顶沉降以及侧壁的收敛情况。

10 结论

（1）结合现场滑坡的形态和目前的运动轨迹，根据传递系数法的稳定性计算结果初步判定了该滑坡的滑动方向。选取3处断面，结合稳定性计算结果分析出最不利的滑动断面，通过传递系数法计算了稳定性系数和安全系数，并判断该滑坡体处于欠稳定～基本稳定状态，然后以此为基础，判别该滑坡体处理的必要性和可行性。

（2）对位于隧道的滑坡受力及相互作用机理进行了分析，找到了引起隧道破坏和变形的主要原因，选取了三种不同情况进行了论证。结果表明，在不同的位置、不同的交叉角度引起的隧道变形及破坏方式不同，对类似工程工点的设计和方案选取具有指导意义。

（3）通过稳定性计算和地质调查等手段，归纳分析了滑坡对隧道破坏的几种模式，作为该工点滑坡治理方案的依据，为抗滑桩的位置布设和受力分析提供支撑条件。

（4）归纳总结了滑坡引起隧道变形的4种常见情况：隧道开挖应力释放导致的蠕变引起滑体变形、地应力引起的隧道变形、隧道偏压引起的开裂、特殊岩土引起的隧道变形。此理论依据可为今后分析滑坡隧道中作用力的计算和研究提供思路。

（5）提出制定了滑坡处理的方案、明确了抗滑桩的布设位置，抗滑桩小尺寸断面应垂直于滑动方向，大尺寸断面平行于滑动方向。针对该工点特殊地质条件、临时工程对滑坡的扰动情况，提出了具体的防治方法，为今后类似工程项目提供借鉴意义和参考。

参考文献

[1]周瑜， 晏鄂川， 宋琨， 等. 多因素引发的公路隧道偏压效应分析[A]. 第十二次全国岩石力学与工程学术大会会议论文摘要集[C]. 南京：中国岩石力学与工程学会， 2012： 171.

[2]张靓. 滑向及轴线斜交条件下滑坡与隧道结构相互作用研究[D]. 成都：西南交通大学， 2012.