滑坡隧道加固新技术研究综述

张 方，任 鹏，刘继滨

(1.四川蜀业土筑工程有限公司，四川成都610031;2.四川省建筑科学研究院，四川成都610081;3.中铁西南科学研究院有限公司，四川成都610031)

随着我国经济建设的推进，中西部的运输需求急剧增加。为了满足中西地区的运输需要，完善西部铁路和高速公路网络，提高改善铁路和公路标准，高速铁路和公路建设不断向西部延伸。由于中西部地区复杂的地形和地质所决定，公路或铁路线路往往要穿过地质不良的地段，因此就不可避免地要受到这些地质灾害的影响。在滑坡地带修建铁路时，为避免因修建深路堑时大范围的开挖对坡体产生的扰动，线路多选用隧道的方案。如已建成的京珠高速公路粤北段，正在建设或改建的西昌至攀枝花高速公路在线的米易段、317国道及318国道，已建成的南昆铁路和内昆铁路，拟建的襄渝复线等都有不少路基或隧道经过滑坡或较厚的坡积体上。滑坡隧道(指修建于滑坡中的隧道)存在着程度不同的病害，根据最近的统计资料，在已投入运营的5 336座铁路隧道中，病害隧道有3 379座，占63.3%。如隧道整体移动、衬砌严重变形、开裂、剥落、掉块、片帮乃至隧道发生坍塌，严重影响线路的正常运营。而对滑坡隧道病害的整治，有成功的经验，也有失败的教训。上述说明，人们目前对隧道地段滑坡加固技术、滑坡与隧道之间的相互作用机理、滑坡隧道的受力分布在认识上还存在着较大差距。

1 隧道段滑坡研究和处理设计技术现状

(1)滑坡中的隧道借助现有滑坡加固和隧道支护经验，采用滑坡加固(如抗滑桩或锚拉桩)保证滑坡稳定与隧道支护结构(如注浆与大小管棚或锚杆)设计分开的处理方式，多数工程取得了成功，积累了一些资料和经验，但建成的滑坡中的隧道均或多或少存在村砌开裂、剥落或渗漏水等现象。

(2)滑坡中的隧道设计与施工还停留在经验阶段，对于隧道施工扰动对滑坡稳定性的影响程度，滑坡变形滑动对隧道结构的作用机理还有待进一步深入研究，等等。

(3)滑坡中的隧道建设特别是厚度较大的巨型滑坡中隧道建设，能否采用隧道短进尺掘进的同时初次支护跟进或超前，二次全断面支护及滑坡抗滑工程同时跟进的设计与施工技术是目前滑坡中隧道建设的发展方向，对于有关的理论问题也是亟待深入研究的。

(4)通过国内外文献资料查询，目前国内外在滑坡段(上部、中部或下部)修建路基的成功事例较多，对有关的技术和理论研究相对深入全面，但经过滑坡地段修建隧道的成功事例相对较少，并且几乎是凭经验进行设计和施工，没有充分的理论依据。因此，如上所述建成的经过滑坡的隧道或多或少都存在某些问题。

(5)目前凭经验在滑坡段修建铁路隧道，都是将滑坡的治理与隧道的修建分离进行设计与施工，对于滑体厚度较大，存在多级滑面或滑面上陡下缓呈“躺椅”状的滑坡。这样做将会投入大量的资金。若将滑坡的治理与隧道支护结构的设计结合起来，特别是在保证滑坡内隧道施工和运行安全前提下，对于具有有利结构的滑坡采用滑坡局部加固方式，充分利用滑坡下段其滑面平缓段的阻滑力或借鉴泥石流防治中的“跨越式”方式解决上述问题，将会大大节约资金。根据文献检索，目前尚无就有关问题进行研究或在实践中采用的报导，应该说对于上述相关问题进行研究，建立相应的理论，积累数据和经验，形成成套完整的技术，是今后交通和水利水电工程等地下工程的迫切任务和发展趋势。

2 关于隧道地段滑坡加固技术的研究

隧道地段的病害大多由于滑坡引起。在高等级公路、铁路迅速发展的今天日益常见。如何根据具体情况，合理选择滑坡治理方案就显得尤为重要。滑坡是指在一定的地形地质条件下，由于自然和人为的各种因素影响，山坡不稳定，土体或岩体在重力作用下，沿着一定作用面(带)作整体的、缓慢的、间歇性的滑动现象。它是山区铁路、公路的主要病害之一，对山区铁路、公路建设和交通设施危害极大。通常滑坡的治理措施包括挡土墙、抗滑桩、锚杆、锚索、土钉及柔性防护系统等。其中，挡土墙、锚杆一般适用于浅层小型滑坡，滑坡推力不大;土钉墙与柔性防护系统则在滑坡目前尚比较稳定、以预防为主的状态下较为适用;对地质条件恶劣、滑坡推力较大的滑坡，一般用抗滑桩或锚索，有时候甚至需要把两者结合起来考虑。通过国内外文献检索，仅见个别滑坡隧道工点进出口设置了抗滑支挡工程，例如［1］～［9］:

(1)赣龙铁路马蹄径隧道，隧道通过地段位剥蚀低山区，地面相对高差150 m，植被极为发育。由于降雨雨量充沛，导致隧道围岩饱水软化，遂将一段改为路基。路基开挖后引起隧道正面仰坡上部岩土体牵引式滑动。采用削坡减载、隧道正面仰坡上部采用预应力锚索、路堑边坡采用抗滑桩明洞相结合的方法综合整治。

(2)任胡岭隧道进口处节理很发育，围岩完整性、稳定性差，开挖易发生坍塌、掉块。在隧道施工中出现了冒顶、地表沉陷、山体开裂、滑坡等灾害。在洞外的治理采用粘土填塞裂隙并在地表开裂5 m处修截水沟来阻止地表水进入滑坡体，设置抗滑桩;在洞内的治理采用超前大管棚结合超前小管棚支护，洞底注浆以提高地基承载力和抗滑能力，及时进行二次衬砌的施工并对衬砌背后注浆。

(3)位于南昆线的犀牛塘隧道，全长389 m，最大埋深50 m，地形起伏较大，自然坡度20°～40°，坡面植被良好。隧道通过处多揉皱及次级小断裂，岩层产状多变，节理发育。整治方案最终采用超前小导管注浆和钢架联合支护方案与深路堑方案结合处理。

(4)相田二号隧道山体滑坡及隧道衬砌病害工点，位于南昆铁路威舍至红果段威箐至鲁番区间，全长260 m，其中隧道长度190 m。隧道最大埋深25 m，两侧地面横坡35°～40°，基岩裸露。山坡坡面均被垦为旱地，植被稀疏。隧道山体滑坡整治采用地面裂缝夯填，滑体内增设排水沟，抗滑桩加固，清方减载，地面砂浆锚杆和坡面檔护综合整治。隧道衬砌病害整治对损坏衬砌全部予以拆除，并采用钢筋混凝土加强衬砌替换。

(5)堡子梁隧道位于宝中线，全长1 904 m，单线曲墙式，隧道埋深65～120 m。隧道通过古滑坡后缘下部。古滑坡长约580 m，宽约700 m，滑面在土石分界处。该段大部分以砂岩及灰绿色泥岩为主，节理裂隙发育，岩层破碎，风化严重，有裂隙水渗流，局部水量较大。堡子梁滑坡整治采用迈式系统注浆锚杆和深孔压浆加固衬砌变形及围岩的治理方法。

(6)楚大高速公路九顿坡隧道系云南省重点工程，隧道全长3 190 m，工程地处滇西高原山区，九顿坡隧道进口位于坡脚为40°山体斜坡上，距谷底为45 m，距坡顶92 m，原为古滑坡体。由于在山坡上开施工便道，造成原古滑坡体的复活。整治采取在滑体内设置排水系统并清方减载。

(7)翅膀沟隧道全长1 721 m，位于陕北黄土高原梁峁沟谷区，冲沟发育，植被稀疏，地形起伏较大，隧道通过大山沟、翅膀沟两个浅埋段，隧道出露地层主要为新黄土、老黄土、红黏土。地下水发育。整治方案总体按整治黄土古滑坡方案进行，洞身处用注浆锚杆加固，地表陷穴、裂缝处全部夯填表面铺砌浆砌片石，并设截水沟。

(8)漳龙高速公路某隧道全长2 600 m，右线进口开挖100 m后，隧道洞口段至标高730 m位置山坡地表发育裂缝，最大裂缝宽达10～20 cm，洞顶发育多条裂缝山体向下唯一沉降，最大位置达15 cm，洞内初期支护开裂、下沉，厚度达40～50 cm的仰拱左侧也放声开裂。滑坡体已基本形成，并处于蠕动变形阶段。为彻底治理滑坡采取了环形截水沟拦截地表水、钻水平孔排水、高雅注浆并设置抗滑桩相结合的综合治理措施。

(9)试刀山隧道为合肥－芜湖段一高速公路隧道，全长1 125 m，分左右2个分体式洞室。本次滑坡发生在左洞口处的山坡上，距洞口约40 m。治理采取在滑坡体周围做好排水设施，坡脚采用抗滑桩和挡墙，在滑坡体内减载刷坡并做好山坡坡面防护。

在南昆线、既有襄渝在线，还有很多隧道位于滑坡体中的现象，如旗杆沟隧道、狗磨湾隧道、赵家坝隧道、竹岭隧道等均部分位于滑坡体中，均采用抗滑支檔处理，目前隧道或多或少存在衬砌开裂、剥落、渗漏水等病害。一般的加固支挡模式如图1:

图1 一般加固支挡模式示意

由上述实例可见对滑坡隧道的加固支挡的基本方案如下。

(1)在滑坡体内增设排水沟，在滑坡体外设截水沟;

(2)对隧道采取抗滑支檔措施，保证滑坡处于稳定状态;

(3)隧道采用注浆与钢管(锚杆)超前支护。

图2 新型滑坡隧道加固技术示意

通过对文献的查找发现，目前国内对滑坡隧道的治理都是采取先对滑坡治理后，在对隧道的病害进行处理。这样并未考虑隧道除作为交通设施外，也能作为抗滑结构。从经济指标上考虑，若滑体厚度较厚则抗滑桩的费用将投入很大，施工难度也随之增大很多。所以针对这种情况提出一种新型滑坡隧道加固技术。通过锚杆或锚索使隧道充分发挥出它既作为支挡围岩保持其稳定又可作为抗滑结构发挥其抗滑作用(如图2所示)，回避滑坡主体推力。这样不论从经济指标还是从施工的难易程度来说，都比一般的加固技术优越。目前国内外还未有此项研究的报导，所以有必要对此进行系统全面的研究。

3 关于滑坡作用与隧道变形的研究

3.1 隧道开挖后长期蠕变导致坡体变形

当隧道横穿滑坡体，在隧道开挖过程中坡体变形迅速且有塌方，即使隧道完成后内部衬砌也时有开裂。这类坡体病害多是因隧道开挖引起周围岩土向隧道错动，导致坡体变形，诱发潜在滑坡。例如宝天铁路K105隧道地处秦岭山系，弯曲型渭河河谷地貌，长827 m，变形山体上缘标高1 249 m，渭河常水位860 m，相对高差达389 m，坡体由变质片岩组成，坡度为40°～50°，顶部较缓 20°～25°，向河谷倾斜，上覆黄土。由于隧道位于松弛岩体中，加之隧道施工质量低劣，1952年竣工时拱部和边墙即出现有多处裂纹，1983年以后隧道内裂缝不断产生，发展至今裂缝已达80多条，最长的达几十米，宽30 mm，局部拱圈向河侧错移，最终错距达30 mm。经勘查该段坡体中存在向河倾20～25°的缓坡断层及层间错动带，加之前缘受渭河冲刷，导致山体不断向线路滑移，严重威胁行车安全，是潜在滑坡的蠕动变形［10］。

又如贵昆线二梯岩隧道，出口段长138 m，修建在崩坡积物中，线路山侧较陡约70°，高超过170 m，由灰岩夹泥岩组成，崩坡积层以下为页岩夹砂岩。1965年5月隧道顶拱外移，明洞内边墙及拱部变形严重，地面呈环状裂缝，线路河侧由蠕动挤压过渡到微动阶段，为老堆积层滑坡。滑体物质以崩坡积灰岩块、砂砾石及灰岩碎石为主;滑床为泥质页岩与砂岩互层，具有隔水、汇水性质;滑带依附于基岩顶面的风化残积层及堆积层中沉积间隔面，为数厘米厚的黏土夹层，倾向坡外20°～25°且可见滑痕。该老滑体因隧道挖空而引起岩体松动，造成局部位移、坍塌，隧道衬砌内埋设的土压力盒证明是由于偏压造成拱部变形，而且山侧起拱线向隧道净空位移，老滑体侧岩土向线路滑移，表明偏压蠕动已转化为滑动状态［11］。

3.2 在既有隧道旁开挖新隧道而诱发坡体变形

在既有滑坡体中再开挖隧道，尤其是原坡体为老滑坡体时，则可能导致老滑坡复活;反过来，滑坡复活又促使新老隧道变形加剧。例如襄渝线柴家坡隧道穿越老滑坡，由于在隧道靠河侧开挖新隧道而引起老滑坡蠕动，变形破坏加剧。该隧道埋深35 m，其河侧尚存长300 m、厚15～35 m的滑坡堆积体，山侧残存有长约250 m、厚超过40 m的滑体。该滑坡滑带为砂黏土层，向河倾10°～15°。老隧道施工时曾产生大量坍方、支撑木折断等现象，建成后经过十余年的反复变形，整治后稳定近10年。1994年在老隧道外侧(靠河侧)25 m处开挖新隧道，即将贯通时老隧道再度发生严重变形。变形部位集中于左拱腰至拱顶一带，以纵向开裂、掉块为主，同时新隧道也出现严重坍方，衬砌开裂错位。由于滑动带距隧道拱顶很近，且围岩破碎、地下水发育，加之隧道处于滑坡后缘陡缓交界处，滑坡推力在此应力集中，造成隧道衬砌变形、开裂。经过地质断面数值分析，结果表明老隧道开挖后山侧侧向应力释放，滑带剪应力增大，坡体后部表面产生拉裂破坏，下部近滑带部位产生剪切破坏。新隧道开挖后，山侧水平应力再度释放，滑带剪应力增大，主滑段发生剪切破坏。隧道靠山侧老滑带以上坡体出现明显位移(3～5 mm)，后部下错、中部沿滑面滑移、前部在隧道顶有反翘挤出趋势。而老滑带以下和隧道靠河侧滑体仅表现为朝向隧道的松弛变形。通过计算发现新隧道开挖后会出现像老隧道开挖后导致在隧道部位集中更大的破坏应力［12］。

又如位于成昆铁路在线的东荣河1号隧道(老隧道)，自20世纪70年代以来一直处于正常状态，但1991年7月的一场大雨后，隧道开始出现病害并不断发展。主要现象为:(1)进口段衬砌严重变形开裂，拱部挤压破碎、掉块;(2)靠山侧的左边墙破裂严重，并向河侧倾斜;(3)隧道中间地段的轨道明显向河侧方向移动，移距达0.5～1.5 m，轨道明显弯成弧形。由于病害屡治不止，为保障线路的正常运营，于1993年在距老隧道约60 m处又修建了东荣河2号隧道(新隧道)，但该隧道在施工期间即开始发生病害。其特点是:变形开裂主要集中在拱部，以纵裂为主，且左拱较右拱严重，有剥落和掉块现象;进口段、中间段较出口严重。地质勘察结果表明，该隧道处在一个具有3层滑动面的滑坡中。图3所示为进口段的工程地质图(其中最下面虚线所示为推测的滑动面的形状)，降雨造成滑动面强度的降低导致坡体的下滑，应是隧道发生病害的重要原因。

图3 工程地质图

通过数值分析得出，由于老隧道的开挖，原本处于稳定的坡体发生变形和滑动，同时带动处于其中的隧道产生位移，隧道向河侧平移0.51 m，且向河侧倾斜。这与现场观测的一致。新隧道开挖后，坡体进一步变形，由于滑面穿过新隧道，故下滑体的滑动导致了新隧道向河侧明显倾斜，而且隧道本身的变形较大。由于新隧道的开挖，导致老隧道向河侧平移0.1 m，这是因为新隧道的开挖导致坡体的变形，进而影响到老隧道。此外，新隧道所受荷载及内力远高于老隧道［13］～［16］。

所以由上述二例可知，从整体看，在病害坡体地段开挖隧道常导致围岩松弛、老滑坡复活，进而又对隧道衬砌产生更大的偏压和破坏作用。

4 结束语

滑坡隧道无论对它的加固技术，还是对滑坡与隧道间相互作用的研究，尚不多见。对其的加固技术基本上采用抗滑桩、锚索等常用手段，并未考虑到隧道自身也可以作为抗滑结构。对于埋深较大的滑坡体采用常规手段费用将投入很大，施工难度也会增大。对滑坡与隧道间相互作用的研究也只停留在对个别的工点进行有限元数值分析，并未对其进行系统的分析。滑坡与隧道间的相互作用机理一直是滑坡隧道的核心问题之一。随着山区公路、铁路的加大投入，这些问题都迫切需要解决。

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