紫金山隧道进口滑坡及山体开裂处治技术探讨

程耀烜

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 工程概况

平榆高速公路紫金山隧道左洞起点桩号ZK44+376，长 4 382 m；右洞起点桩号 K44+254，长4 511 m；地勘资料显示洞口段为三叠系铜川组砂岩、泥岩互层，砂岩为强风化粗粒结构，层理构造；泥岩为强风化泥质结构，层理构造。围岩节理裂隙发育，有点状渗水可能，岩体破碎，层间结合差，无自稳能力，Jv=20、Kv=0.35、Rc=9、[BQ]=164.5，均判定为Ⅵ级围岩。

ZK44+337—ZK44+382段右侧山体在路基施工过程中发生滑坡，致使左线右侧边坡局部垮塌，部分路基鼓起，紫金山隧道左线入口段10余米挤压破坏。施工单位采取紧急处治方案，从滑体后缘裂缝处由上至下对滑体进行卸载。经过卸载处理后，本处滑坡体基本清除，对隧道的威胁得以解除。两个月后，施工单位在隧道上方山体（左线里程ZK44+470—ZK44+640段）发现不同程度的环向裂缝，一共产生13条裂缝，长度为2～87 m，裂缝最宽达30 cm，如图1所示。

根据地质钻孔揭露情况：整个滑坡体的岩层主要由三叠系中统铜川组灰白色钙质胶结中-细粒石英长石砂岩与紫红色泥岩互层组成，在山顶局部覆盖有1～5 m厚的Q3m黄土和1～2 m厚的残坡积物；滑坡后缘滑面发育在紫红色泥岩上，擦痕发育，产状为350°∠25°；滑坡体西侧完整岩体产状为0°∠15°；滑坡体东侧完整岩体产状为 5°∠25°，节理密度为90°/3条/m、5°/3条/m；滑坡体西部边界以走向15°方向的贯通节理破碎带分界，节理破碎带以西岩层相对完整，两组节理发育，节理密度为90°/3条/m、15°/3条/m；在滑坡体上节理密度为90°/13条/m、15°/10条/m；可见滑坡体上岩体均发生不同程度的破坏和位移。

图1 两次滑坡及裂缝平面示意图

2 滑坡及山体开裂的诱因分析

通过在隧道左洞口及滑坡坡顶处埋设位移桩的方法进行监控量测后发现，当二次滑坡发生1周后，滑坡位移量逐渐减小，两周后基本无变形，判断滑坡变形收敛。根据监控量测结果及地质勘察结果（如图2所示）分析该滑坡及山体开裂的诱因如下。

2.1 进口滑坡产生的诱因

a）诱发滑坡的内因主要是岩体破碎、节理发育，以及顺坡、顺层的地貌特征和赋存软弱夹层（泥岩）的地层结构，泥岩遇水软化形成滑移面。

b）诱发滑坡的外因主要是项目所在地近期突降暴雪，降水入渗，造成泥岩软化；加之左线路基在施工过程中开挖山体坡脚，以及近南北方向的沟底排泄冲刷形成临空面。

就卸载后揭露情况看，滑坡后缘与东侧冲沟交界处地层为泥岩，坡度较缓，季节性持续降水顺泥岩入渗，导致泥岩软化，抗剪强度大幅降低；同时，11月的暴雪增加了山体瞬时荷载，最终导致滑坡发生。

2.2 山体开裂的原因

坡体为互层的泥岩和砂岩，上部岩体风化强烈，加之2009年降水较多，工程地质条件较差，如图2所示；后来K44+345—K44+410的卸载，使得K44+450—K44+630山体局部应力释放，产生拉张裂缝。

图2 滑坡地质横断面图（单位：m）

3 处治方案

对于滑坡处治，首先应该从防止地表水继续下渗、诱发滑坡继续发展入手，故处治方案应先考虑对裂缝进行封闭并做好相应的截、排水措施。对于该滑坡，主要从施工安全、处治效果及运营安全方面考虑，提出了两个处治方案。由于滑坡体的卸载，右线隧道K44+357—K44+397段拱顶覆盖层厚度约为2～4 m，暗洞开挖容易造成拱顶开裂和坍塌，故在此段两个方案均采用“盖挖法”施工，即拱顶明挖施作套拱并回填后进行暗洞开挖掘进。两个方案的不同之处在于对左线滑坡影响段的处治：方案一是采用延长隧道左洞明洞并增加明洞抗滑措施、洞顶回填并辅以抗滑桩的方式处治；方案二则是单纯依靠抗滑桩、预应力锚索和抗滑挡墙等抗滑措施进行处治，各方案具体措施如下。

3.1 方案一 左洞明洞延长+右洞盖挖方案（如图3所示）

3.1.1 抗滑措施

图3 方案一总体布置图

a）ZK44+280—ZK44+340段路基右侧挖方边坡存在局部塌落现象，坡面存在紫红色泥岩软弱层，通过稳定性分析计算，该段边坡稳定性系数未达到《公路路基设计规范》（JTG D30—2004）表 3.7.4中要求[1]。为保证坡体稳定，坡面采取喷锚支护，第一级边坡锚杆长为6 m，二级及二级以上锚杆长为4 m；同时在坡脚碎落台处（桩中心距离路基设计线1.6 m）设置1.2 m×1.5 m、桩长为9 m、间距为3 m的C30钢筋混凝土抗滑桩16根，成桩后碎落台采用厚30 cm，宽200 cm的C25水泥混凝土现浇，起到封闭和稳固坡脚的作用。通过设置以上抗滑措施，该边坡稳定安全系数达到1.25，满足规范要求。

b）ZK44+344.456—ZK44+384.281段明洞位于滑坡区，虽然滑体已经卸载处理，当卸载面以下仍然存在砂泥岩互层，地质条件较差，为了确保明洞顺利施工和安全运营，在路基设计线右侧7 m处设置截面为1.0 m×1.5 m、桩长为12～18 m、间距为3 m的C30钢筋混凝土抗滑桩11根。ZK44+390.395—ZK44+414.292段在路基设计线右侧14 m处设置截面为1.0 m×1.5 m、桩长为18～22 m、间距为3 m的C30钢筋混凝土抗滑桩7根[2]。

c）滑坡区内右洞尚未施工，为了减小因右洞施工对右侧岩体扰动，确保右洞安全施工，在右洞右侧，距离路基设计线21 m处（距离隧道标高设计线20 m）设置截面为1.0 m×1.5 m、桩长为16～24 m、间距为3 m的C30钢筋混凝土抗滑桩22根。

3.1.2 左线明洞延长

a）延长左线明洞至ZK44+340处，明洞总长51.5 m；明洞开挖采用分段进行，施工时要注意滑动面的位置，并于仰拱位置打设注浆导管（如图4所示），同时做好临时边仰坡的防护，并加大监测力度，随时观察可能存在的变化，并作出应急措施；明洞逐段施工，每段长度按台车长度确定并不大于10 m[3-4]。

图4 方案一左线接长明洞段方案图

b）明洞完成后，明洞混凝土达到设计强度的80%以上时，及时开始在明洞两侧及洞顶回填石渣土[5]，增加对明洞右侧和路线前进方向坡脚的反压，同时增大洞体的抗滑作用，回填厚度在拱顶上5.0 m。

3.1.3 右线套拱

由于滑坡体的卸载，右线隧道K44+360—K44+408段拱顶覆盖层厚度约为2～4 m，暗洞开挖容易造成拱顶开裂和坍塌，故在此段采用“盖挖法”施工[6]，如图5所示。

图5 右线盖挖法施工方案图

3.1.4 施工顺序

裂缝处理→临时排水系统设置→ZK44+280—ZK44+340段路基右侧坡脚抗滑桩施工及边坡喷锚支护→明洞右侧及右洞右侧抗滑桩施工→左线明洞延长段施工→左线明洞回填施工→右线套拱开挖→右线两侧打设钢管并注浆（先打右侧高边坡处钢管）→铺设防水板→套拱钢拱架架立→架设套拱钢筋→浇筑套拱混凝土→套拱两侧及拱顶浆砌片石砌筑→拱上石渣土回填→完善排水系统。

3.2 方案二 左线路基抗滑桩、预应力锚索、挡土墙+右洞盖挖方案（如图6所示）

图6 方案二总体布置图

3.2.1 左线

ZK44+341.5—ZK44+391.5段右侧采用抗滑桩+预应力锚索+挡土墙方案。具体如下：

a）ZK44+341.5—ZK44+366.5 段，右侧坡脚处布置抗滑桩6根，桩间距为5 m，桩长为19 m，桩截面为 2.0 m×3.0 m；ZK44+366.5—ZK44+391.5段，右侧一级平台处布置抗滑桩5根，桩间距为5 m，桩长为19 m，桩截面为2.0 m×3.0 m，嵌入稳定岩层深度至少7 m，桩顶处设置1 000 kN预应力锚索。桩身开挖时应跳槽开挖（隔二挖一），待先施工的桩身混凝土灌注完成后，再开挖剩余桩。

b）ZK44+341.5—ZK44+391.5段右侧设置预应力锚索，平面间距为4 m，进行滑体加固，增加右侧山体稳定性。

c）ZK44+365—ZK44+400段右侧坡顶外边缘以外5 m处设置M7.5浆砌片石挡土墙支挡右线回填土方，墙高5.5～6.5 m，墙面坡率1∶0.25，墙背坡率1∶-0.1，墙底坡率1∶5。挡土墙需隔段开挖，隔段施工。

d）待M7.5浆砌片石挡土墙满足设计强度要求时，回填土方反压至标高1 344～1 345 m。

3.2.2 施工顺序

裂缝处理→排水系统设置→左线边坡喷锚支护及坡脚抗滑桩施工→左线2.0 m×3.0 m抗滑桩施工→预应力锚索施工→左线浆砌片石挡土墙施工→右线隧道施工→回填反压土方→完善排水系统。

3.3 方案比选

a）方案一左线采用接长明洞并进行明洞回填，与右线盖挖段回填形成一个大的反压回填面；方案二仅仅依靠右线盖挖段回填起反压作用，故从反压效果来说，方案一优于方案二。

b）方案一在延长明洞的基础上在明洞仰拱处打设钢管锚固，辅以明洞右侧抗滑桩来保证抗滑效果，并利用明洞回填对开裂山体整个临空面进行反压；方案二则采用抗滑桩、预应力锚索和抗滑挡墙等保证抗滑效果，但无法封闭滑坡体临空面，所以无论在施工过程还是运营过程中方案二都存在一定的安全隐患。

综合以上分析后确定方案一为本次滑坡处治的推荐方案。

4 结语

在紫金山隧道进口滑坡及山体裂缝处治中，采用“左线延长明洞+右线套拱盖挖”方案，并在左右线洞顶进行反压回填，彻底解决了滑坡形成的破坏，保证了施工期的安全。同时消除了隧道及相邻路基在运营过程中的安全隐患，保证了高速公路的运营安全。