复杂条件城市山岭隧道渣场自然环境特点及整治对策研究

康志鹏，葛玉强，黎以良，陈宇，海大鹏

（中建隧道建设有限公司，重庆 401300）

康志鹏，葛玉强，黎以良，等.复杂条件城市山岭隧道渣场自然环境特点及整治对策研究[J].重庆建筑，2019（7）：51-55.

0 引言

目前，随着经济社会发展的需要，国家不断加大对基础设施的投入，我国的公路隧道建设快速发展。虽然近几年我国公路隧道发展迅猛，但在各类公路工程的建设当中产生了许多环境问题，其中比较突出的就是公路隧道弃渣场的问题。公路工程由于隧道开挖产生了大量弃渣，这些沿线隧道渣料堆放在地势低洼处，随着弃渣的不断累积，形成大规模的弃渣场。由于弃渣自然堆放，形成不规则形的平台和松散堆积边坡。这些边坡在风、雨等不利条件下极易发生各类滑坡等地质灾害和严重的水土流失，对当地的自然环境产生不利影响，甚至严重威胁到临近公路工程的安全运行。

不同类型的边坡稳定性问题，一直是国内的一个研究热点，目前已有许多学者对其进行了研究。陈国庆[1]等针对强度折减法只能得到单一不变的安全系数的缺点，为实现对边坡从破坏到失稳整个过程的分析，提出结合动态和整体强度折减法来评价边坡的稳定性的方法；朱大勇[2]等从边坡的坡面形态方面对其稳定性进行分析，通过大量边坡失稳的现场资料，并结合模型试验，分别得到凸坡和凹坡的稳定性；张江伟[3]等对地震作用下各类边坡破坏的参数进行统计分析，并对各类模型理论和试验分析进行介绍，分析了它们的特点和适用性；吴振君[4]等针对边坡稳定性因素敏感性，提出一种基于可靠度分析的新方法——可靠度分析方法；高玉峰[5]等回顾了土质边坡稳定性分析的三种主要方法，针对它们存在的问题进行研究，并指出了未来的发展方向；王旭春[6]等利用极限平衡理论对露天矿边坡的稳定性进行分析，并研究了主要岩体参数对其稳定性影响的敏感性；阮航[7]等针对影响公路边坡稳定性信息的随机性、模糊性和不完整性，提出了一种改进模糊评价方法，该模型将模拟的结果与边坡实际情况进行对比，表明该模型具有很好的一致性；唐朝辉[8]等讨论了填土边坡的不确定性，针对影响填土边坡稳定性的各类变量，建立了边坡稳定性影响的可靠度分析流程，系统地建立了一种填土边坡稳定性的可靠度分析方法；丁丽宏[9]提出了基于改进的灰关联和层次分析法相结合的边坡稳定性分析方法，该方法克服了传统方法的缺点，并有效提高了精度。

边坡的稳定性研究虽然已取得众多成果，但在城市山岭隧道弃渣场坡体稳定性研究方面还不够系统。龙洲湾隧道弃渣堆积在沟谷地带，形成了不规则形的平台，弃渣场土层结构松散，在降雨等不利条件下有可能发生滑坡等地质灾害，对当地的自然环境产生不利影响，威胁到当地居民的生命财产安全，因此必须对龙洲湾隧道弃渣场各个边坡的稳定性进行分析与评估，针对不稳定的渣场边坡提出有效的治理措施。

1 弃渣场现场概况

1.1 地形地貌

线路区位于四川盆地东部平行岭谷区，背斜成山，向斜成谷，山高谷深，岭谷相间。地形由窄条状山脉和丘陵谷地组成。山脉两侧地势陡峻，多形成陡坡和峻坡，山脊高程 400～500m。山脉之间宽阔的丘陵谷地相对低缓，丘顶高程 200～300m。地貌格局与区域构造线相吻合，沿 NNE方向展布，且向斜成丘陵，背斜成山，呈隔挡式构造。

1.2 气象和水文

（1） 气象

工程区属中亚热带季风气候区，主要特点是空气湿润，春早夏长、冬暖多雾、秋雨连绵，降雨充沛，分配不均，年无霜期349d左右。

表1 Ⅰ-Ⅰ剖面稳定性计算（天然工况）

表2 Ⅰ-Ⅰ剖面稳定性计算（暴雨工况）

根据巴南区气象局提供的资料显示，当地气温：多年平均气温为 17.8℃，月平均气温最高 32.8℃（8月），最低 6.3℃（12月）。日极端最高气温为 42.5℃（2006年 8月 26日），最低-1.8℃（1975 年 12月 15日）。

降雨量：区内以降雨为主，雪、冰雹少见，年最大降雨量1502.4mm（1982年），年最小降雨量为 819.20mm（1969 年），多年平均降雨量为 1141.8mm，降雨多集中在 4—9月，其降雨量最高达867.8mm，占年降雨量的76%。

（2） 水文

铜锣山脉的地表水系属长江水系，区内高差较大，地形坡度大，地表季节性冲沟谷发育，地表径流条件较良好，选址区及影响范围内无大的地表河流，隧道进口有龙眼睛水库，另外小水沟、溪沟、鱼塘较多，地表水较发育。

1.3 工程地质

岩性有灰岩、白云岩、岩溶角砾岩、泥岩、砂岩、页岩等。

拟建场地具有低山的“一山二槽三岭”的高位岩溶槽谷地貌，可溶岩形成了较多的地下溶洞和暗河等；在岭脊附近出露碎屑岩、侏罗系红层含水岩组，因此水文地质条件复杂。

区域历史上地震活动较弱，地震震级低，强震活动弱，属地壳相对稳定区块。区域范围内无断裂、破碎带通过，构造稳定。场地无滑坡、泥石流、液化、震陷等地震稳定性问题。工程区不良地质现象主要表现为岩溶及岩溶塌陷、煤窑采空区。

2 弃渣场边坡稳定性分析

2.1 计算分析

弃渣场按设计堆渣后将形成两个高填方边坡，如图1所示：

2.2 Ⅰ—Ⅰ剖面稳定性分析

Ⅰ—Ⅰ剖面折线滑动法稳定性计算如图2所示，天然工况Ⅰ—Ⅰ剖面稳定性计算如表1所示，暴雨工况Ⅰ—Ⅰ剖面稳定性计算如表2所示。

2.3 Ⅱ—Ⅱ剖面稳定性分析

Ⅱ—Ⅱ剖面折线滑动法稳定性计算如图3所示，天然工况Ⅱ—Ⅱ剖面稳定性计算如表3所示，暴雨工况Ⅱ—Ⅱ剖面稳定性计算如表4所示。

经计算弃渣体Ⅰ—Ⅰ边坡的稳定性系数天然工况为1.19，小于安全系数1.2，暴雨工况为1.19，大于安全系数1.1。Ⅰ—Ⅰ边坡处于不稳定状态，需要进行处理。Ⅱ—Ⅱ边坡的稳定性系数天然工况为1.31，大于安全系数1.2，暴雨工况为1.31，大于安全系数1.1，所以Ⅱ—Ⅱ边坡暂时处于稳定状态，不需要进行处理。

表3 Ⅱ-Ⅱ剖面稳定性计算（天然工况）

表4 Ⅱ-Ⅱ剖面稳定性计算（暴雨工况）

3 拦渣坝稳定性分析

通过上面分析，弃渣体Ⅰ—Ⅰ边坡在天然工况下的稳定性系数小于安全系数，通过设置拦渣坝来使其满足要求。下面根据弃渣体的剩余下滑力对Ⅰ—Ⅰ剖面拦渣坝稳定性进行计算分析。墙体及地层参数如表5所示。

表5 墙体及地层参数

图1 弃渣场堆渣后形成的两个高填方边坡

图2 Ⅰ—Ⅰ剖面折线滑动法稳定性计算示意图

图3 Ⅱ—Ⅱ剖面折线滑动法稳定性计算示意图

墙身所受滑坡推力：Ea=345.000； Ex=345.000；Ey=0.000kN；作用点距离墙底高度=8.368m；墙身截面积=85.395m2；重量=1964.080kN。

（1）滑动稳定性验算

采用倾斜基底增强抗滑动稳定性，计算过程如下：

基底倾斜角度=5.71°；Wn=1954.333kN；En=34.329kN；Wt=195.433kN；Et=343.288kN；滑移力=147.855kN；抗滑力=795.465kN。

滑移验算满足：Kc=5.380＞1.350。

地基土层水平向：滑移力=345.000kN；抗滑力=1066.306kN。

地基土层水平向：滑移验算满足Kc2=3.091＞1.350。

（2）倾覆稳定性验算

相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=6.749m；

相对于墙趾点，Ey的力臂Zx=9.500m；

相对于墙趾点，Ex的力臂Zy=7.000m。

验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性：

倾覆力矩=2415.000kN·m；抗倾覆力矩=13256.434 kN·m。

倾覆验算满足：K0=5.489＞1.500。

（3）地基应力及偏心距验算

基础为天然基础，验算墙底偏心距及压应力：

作用于基础底的总竖向力=1988.661kN；总弯距=10841.434kN·m；基础底面宽度B=13.752m；偏心距e=1.425m；基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=5.452m。

基底压应力：趾部=234.481kPa；踵部=54.727kPa。

作用于基底的合力偏心距验算满足：e=1.425≤0.250x13.752=3.438m。

地基承载力验算满足：最大压应力=234.481≤500.000kPa。

通过滑坡推力作用情况下对拦渣坝进行相关验算，计算结果满足要求，故Ⅰ—Ⅰ剖面处拦渣坝稳定。

5 弃渣场边坡稳定措施

（1）为防止弃渣场上游积水流入坡体，在弃渣场坡体坡顶设置一道截水沟，并在坡体两侧设置多道截水沟截流两侧坡面向中间汇水。

（2）截水沟沟宽60cm，高60cm，采用M10砂浆MU30片石砌成。沟槽底部做成三道台阶并铺设钢筋，采用直径Φ8的HPB300钢筋，以增加截水沟的强度和稳定性，延长使用寿命。截水沟的排水坡度不得缓于1%，以加强排水，防止积水漫入坡体。

（3）弃渣场坡体底部平行安装3根直径Φ1000mm钢筋混凝土排水花管，花管环向设置5道Φ15渗水孔，外包无纺布（≥400g/m2），安装时打孔侧朝上，无孔部分埋设水泥砂浆保护层上（并位于地面下，施工中先挖槽）。

（4）弃渣场顶铺设50cm厚黏土隔水层，减少雨水浸入弃渣体。

（5）弃渣场顶向外作3%的排水坡，以利排水。

（6）堆渣边坡坡脚平台处设置平台截水沟连接至两侧截水沟，方便边坡排水。

6 结论

（1）国内对边坡的稳定性进行了大量研究，但在城市山岭隧道弃渣场坡体稳定性研究方面还不够系统。龙洲湾隧道弃渣堆积在沟谷地带，在降雨等不利条件下有可能发生滑坡等地质灾害，对当地的自然环境产生不利影响，威胁到当地居民的生命财产安全。

（2）弃渣场按设计堆渣后将形成两个高填方边坡，经本文计算Ⅰ—Ⅰ边坡处于不稳定状态，需要进行处理，Ⅱ—Ⅱ边坡暂时处于稳定状态，不需要进行处理。

（3）通过滑坡推力作用情况下对拦渣坝进行受力，计算结果满足要求，故Ⅰ—Ⅰ剖面处拦渣坝稳定。

（4）加强弃渣场边坡稳定性的措施主要从两方面入手：一是要在渣场边坡的顶部及侧面设置截水沟，并在坡面铺设隔水层，以防止降水流入坡体，对边坡稳定性产生不利影响；二是要在边坡坡底处设置多根排水管，加强坡体排水，并保护坡脚，增强边坡的稳定性。