卧牛山隧道进口滑坡综合治理措施.docx

卧牛山隧道进口滑坡综合治理措施　　摘 要：本文分析了卧牛山隧道进口段工程地质特征及滑坡特征，通过对滑坡及隧道分析计算，最终确定采用了抗滑桩设计及隧道结构设计相结合的综合处理措施，并提出隧道施工注意事宜　　关键词：隧道进口段 滑坡特征 综合治理措施 施工注意事宜　　1 工程概况　　卧牛山隧道是连霍国道主干线宝鸡至天水高速公路天水过境段中的一座别离式隧道，桩号为SK107+040～SK108+470(对应于：XK107+132～XK108+220)段，上行线长1430m，下行线长1437m在隧道地质施工图勘察及地质灾害评价过程中，认为隧道上行线进口右侧坡体为滑坡体(见图1)此滑坡体目前处于极限平衡状态，但是，在不利的外部因素继续作用下，特别是在隧道开挖、暴雨、地震等不利因素的作用下，极易引发大范围滑动，直接危及隧道和路基的平安，极易引起施工人员伤亡及交通事故，带来无法弥补的损失因此，很有必要对此滑坡进行抗滑支挡和隧道围岩加固等综合治理　　2 隧道进口段工程地质特征　　2.1 地形地貌　　该隧道穿越卧牛山，其主要地形为北北东向延伸的低中山，东坡相对较陡，西坡相对较缓地貌上总体属于天礼盆地剥蚀堆积红层低中山区，为邓家河与孙家河的分水岭。

　　2.2 围岩岩性及级别划分　　SK107+040～150段：该段围岩埋深0～16m，主要由组成滑坡体的粉质粘土、砂泥质砾岩组成，位于地下水位以下，局部有泉水出露，易形成大的塌方或滑坡体复活，围岩无自稳能力，有淋雨状或涌流状出水，属Ⅵ级围岩　　SK107+150～330段：该段围岩埋深16～45m，围岩岩性为第三系风化砂岩、泥质砾岩，成岩性较差、泥质胶结、易风化、遇水易软化，天然抗压强度一般1.6～2.1MPa，属极软岩岩体较破碎，节理较发育，呈裂隙块状或中厚层状结构，围岩根本没有自稳能力，易发生大的坍塌或塌方围岩中含有基岩裂隙水，受大气降水影响富水性较强，洞内可能出现线状流水或涌水，属Ⅴ级围岩　　2.3 地质构造与地震　　隧址区地质构造十分复杂，主要位于秦岭皱褶带北缘，祁、吕、贺山字型构造前弧西翼和六盘山带状构造西侧三大构造体系的复合部，华力西、印支、燕山及喜山运动均较活泼，其中华力西运动和燕山运动最为强烈　　根据?中国地震动参数区划图?，隧址区地震动峰值加速度为0.30g，相当于根本地震烈度为Ⅷ度强，地震动反应谱特征周期为0.40s　　3 滑坡特征与滑坡推力计算　　3.1滑坡变形特征　　卧牛山隧道进口滑坡位于SK107+070～330段，滑坡周界明显，前缘为东西流向的邓家河，东西两侧分别为与滑坡主滑方向根本平行的两条自然沟，且西侧沟谷中有两处泉眼出露。

滑坡总体为马蹄状，呈北西-南东展布，主滑方向约145°，滑坡自然坡度约18°滑坡长约270m、宽约100～160m，面积约4×104m2;滑体厚约9～16m，体积约6×104m3，为一中型滑坡，属于中深层古滑坡　　滑坡体中裂缝较为发育，将滑坡体切割成网格状，有代表性的约10多条裂缝，按裂缝性质主要可分为拉张裂缝、鼓胀裂缝、扇状裂缝3类，其次为弧状和羽状剪切裂缝拉张裂缝主要分布在滑坡后缘，长度为100～150 m，形成滑坡后缘　　边界;鼓胀裂缝主要集中在滑坡前缘和中部，长度为90～150 m，引起滑坡坡面变形、裂开、错位，多处出现滑坡台阶;扇状裂缝主要位于滑坡的中前缘，长度为30～90 m;弧状剪切裂缝和羽状裂缝主要分布在滑坡东西两侧　　3.2滑动面特征　　滑动面主要包括深部滑面和浅部滑面，浅部滑面从隧道拱顶越过，而深部滑面那么从隧道侧墙剪出深浅部滑面根本特征均为后缘陡峭，中、前缘滑面平缓据地质钻探及室内土工实验可知，滑带土主要由粉质粘土和砂岩岩块组成，粉质粘土分布于滑动面上部和下部，呈灰色，土质不均匀，局部含亚粘土薄夹层，下部偶含砂砾，含水量约为20.6～26.6%，根本呈可塑状态;砂岩岩块主要分布在滑动面的中部，呈杂色，以棕红色为主，夹有褐色、灰白色团块，结构构造已局部破坏，泥质胶结，胶结弱，遇水易软化、缩水易干裂，主要为砂岩，局部夹有砾岩薄层，钻探取芯岩芯多呈碎块状-短柱状。

　　3.3 滑坡推力计算　　通过不平衡推力法的隐式解对图2中的“计算滑面01〞和“计算滑面02〞分别进行了稳定性系数计算，“计算滑面01〞的稳定性平安系数为1.291，“计算滑面02〞的稳定性平安系数为0.994由此可知：滑坡第二滑面(即深部滑面)的稳定性系数最小、稳定性最差因此从工程平安的角度出发，本文主要进行第二滑面的剩余下滑力的计算，用于抗滑桩及隧道的结构设计　　本文主要采用不平衡推力法进行隧道侧壁及桩后剩余下滑力的计算，并考虑了地震作用的影响滑坡下滑力计算参数：滑体重度γ= 20.2kN/m3，滑面粘聚力c=10kPa，滑面内摩擦角φ=20°;地震烈度为8度，地震力重要性系数 = 1.7，地震力综合影响系数 = 0.25，水平地震系数 =0.2;平安系数K= 1.1滑面02下滑力计算结果见表1，由表可知作用于抗滑桩位置处的下滑力为2838.9 KN，作用于隧道左侧壁的下滑力为4050.6KN.　　式中：Wi为土条重力;ci、φi、li、αi分别为条底粘聚力、内摩擦角、长度、倾角;K为平安系数; 、 分别为第i个条块滑体地震力重要性系数及综合影响系数， 为水平地震系数　　4 滑坡综合治理方案　　4.1抗滑桩设计　　为了保证隧道开挖过程中围岩的稳定及施工人员的平安，必须首先对隧道进口段滑坡进行支挡处理，然前方可进行隧道开挖。

由于本滑坡具有下滑力在主滑方向大、而两侧小的特点，如果在主滑方向附近采用普通抗滑桩，将使得桩具有所受荷载大、嵌固深度长、截面面积大等缺点，不能到达经济合理的要求而预应力锚索抗滑桩很好的改变了普通抗滑桩悬臂受力的缺点，能够承受很大的荷载，且可以节约工程造价因此在主滑附近采用预应力锚索抗滑桩进行支挡，在滑坡两侧采用普通抗滑桩　　根据地质、滑坡推力计算情况及主滑方向，设计中在隧道下行线出口XK107+080～140段右侧设置一排抗滑桩，共7根，其中3根预应力锚索抗滑桩和4根普通抗滑桩预应力锚索抗滑桩设置于滑坡主滑方向附近，编号为4#～6#桩，每根桩桩长为27m，嵌固深度为10m，截面为2.0×2.5m矩形桩;预应力锚索锚固力为500KN、倾角为30度、锚固段长度为10m;普通抗滑桩设置于滑坡两边缘，编号为1#～3#桩、7#桩，嵌固深度为12m，桩长25m，截面为2.0×2.5m矩形桩　　4.2隧道结构设计　　由于该段埋深在5m～28.2m，属浅埋隧道，设计时洞顶荷载按完全松散荷载考虑隧道施工拟采用传统的矿山法设计施工，即隧道衬砌型式为两次模筑混凝土衬砌，初期支护按主要承载结构设计，采用较厚的一次模筑混凝土衬砌型式，并采用50～80cm变截面衬砌，拱顶50cm厚，侧墙75～80cm厚，中间设有封闭的钢拱架，钢拱架间距50cm，以抵抗围岩的松动压力及滑坡堆积体纵向的推力，二次衬砌采用30～45cm厚钢筋混凝土，保证后期营运平安。

　　4.3隧道辅助措施设计　　为了防止该滑坡体在施工过程中坍塌，设计采用超前长管棚(3环94m)穿过堆积体后缘，通过注浆提高围岩自身承载能力，提高岩体承托能力，改善结构受力条件管棚钢管采用Φ108*6mm热轧无缝钢管，环向间距40～50cm钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距约20cm，平行路线轴线布置，仰角1～2°(不包括路线纵坡)接头用15cm的丝扣直接对口连接为增强钢管的刚度，注浆完成后管内以30号水泥砂浆填充为了保证钻孔方向，在明洞衬砌外设60cm厚C25混凝土套拱，套拱纵向长2.0m考虑钻进中的下垂，钻孔方向应较钢管设计方向上偏1～2度　　为了提高岩体C、Φ值，设计采用环向注浆小导管对滑坡堆积体地段围岩预加固，小导管采用外径42mm，壁厚4mm，长400cm的热扎无缝钢管，环向间距约100cm，纵向间距150cm，外插角控制在45度左右，尾端支撑于钢架上，环向小导管注浆采用水泥浆液，添加水泥重量5%的水玻璃，浆液扩散半径按75～100cm控制形成隧道开挖轮廓线外3～4m围岩加固圈　　4.4地表截排水设计　　妥善处理好滑坡堆积体周边的陷穴、裂缝，并在隧道洞口地表设置两道截水沟，并以免地面水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。

　　5、施工方法和施工工序　　5.1施工方法及临时支护　　由于卧牛山隧道进口围岩软弱、松散，并在滑坡堆积体中，围岩变形快，侧压力大，自稳时间短，开挖后极易产生围岩失稳坍塌因此为保证隧道施工洞口的稳定性和防止隧道开挖过程中围岩坍塌，要求施工采用双侧壁导坑法临时支护采用I16工字钢、喷射C20混凝土，并在拱脚处每侧设置四根锁脚小导管，抑制一次模筑衬砌整体下沉　　采用此方法虽然掘进速度稍慢一些，但分部开挖减小了每个坑道的跨度，有利于增强坑道围岩的相对稳定，易于进行局部支护，同时也有利于提前探明地质情况，有利于抑制结构整体沉降，便于及时处理或变更施工手段　　5.2施工工序　　卧牛山隧道进口段洞口施工时请严格按照以下工序实施：　　(1)首先进行下行线K107+080～140段右侧锚索抗滑桩施工;　　(2)等抗滑桩桩身混凝土到达一定的强度后，再进行下行线明洞开挖并施作一次衬砌;　　(3)下行线明洞反压回填后，然后开始上行线明洞拉槽开挖，预留核心土体，施作临时锚喷支护，再进行2m套拱和洞口第一环管棚的施作;　　(4)施工上行线明洞一次衬砌并反压回填，再分别进行上、下线暗洞掘进　　6 结束语　　(1)随着我国高速公路开展，公路选线不可防止会遇到不良地质，如滑坡、岩堆、软弱地基等，设计时应根据地质条件合理选择工程方案，同时应考虑节省工程造价。

　　(2)滑坡滑动面从隧道洞身穿越，首先应采取工程措施保证滑坡的稳定其次需要综合对隧道结构、地表排水、施工方案等进行设计　　(3)为了尽量少扰动原围岩，施工方法优先选择双侧壁导坑开挖，遵循“短开挖、少扰动、强支护、勤量测〞的施工原那么，严禁爆破开挖，有利于控制地表沉降　　(4)由于该滑坡体目前处于稳定状态，洞室开挖时，滑坡堆积体土体较松散，易失稳开裂辅助施工采用超前长管棚和环向注浆小导管对松散岩体进行预加固，并能起到棚架作用　　(5)合理安排好洞口施工工序，对稳定滑坡堆积体有很大帮助　　参考文献：　　[1] 王毅才.隧道工程.人民交通出版社,2000　　[2] 中华人民共和国行业标准.公路隧道设计标准(JTG D70-2022).人民交通出版社，2022　　[3] 交通部部颁标准.公路隧道施工技术标准(JTJ 042-94).人民交通出版社，1995　　[4] 关宝树.隧道工程施工要点集. 人民交通出版社,2022。