多种支护方式组合使用在隧道口滑坡治理中的应用

宋 涛

四川西南交大土木工程设计有限公司贵州分公司 贵州 贵阳 550000

前言

随着我国经济的快速发展，对基础设施建设的投入也越来越大。贵州省地处我国西南内陆地区腹地，是西南地区交通枢纽，长江经济带重要组成部分，因此基础交通建设的重要性对于贵州不言而喻。而贵州以高原山地居多，道路建设过程中不可避免的会遇到边坡治理问题，其中滑坡是边坡工程中较常见的地质灾害。

目前常见的几种滑坡治理方式有：

1、抗滑桩

抗滑桩是穿过滑坡体并深入稳定岩土体内的桩柱，通过桩身将上部承受的下滑力传递给下部侧向岩土体，依靠桩下部侧阻力支挡滑体的滑动力，从而使滑坡体保持稳定，适用于浅层和中厚层的滑坡。

2、预应力锚索

通过预应力的施加，增强滑带的法向应力和减少滑体下滑力，有效地增强滑坡体的稳定性。

3、格构锚固

利用浆切块石、现浇钢筋砼或预制预应力砼进行坡面防护，并利用锚杆或者锚索固定的一种滑坡综合防护措施。

4、重力式挡墙

通过墙体自身重力来抵抗墙后土体土压力，以保持滑坡体稳定，通常适用于规模小、厚度薄的滑坡治理。

一、工程概况

1、项目背景

旧寨隧道位于开阳县科技大道市政道路桩号K5+330～K6+0045段，分为左右两幅。隧道埋深0m～108.5m，设计荷载：城—A级，单洞建筑界限净宽14.75m，限界净高5m，其中车行道宽度为11.75m，左右线车道中心线距离为32.88m。

隧道于2015年8 月1日施工，至2015年10月16日，发现距隧道洞口仰坡水平距离35m～40m处边坡内产生4条长约18m～26m的拉裂缝，拉裂缝从左幅右边线至右幅延伸。

2、工程地质条件

场区属低中山地貌区，地面起伏较大，属风化壳缓丘。旧寨隧道进口附近整体边坡坡度18°～22°。工程区属扬子准地台上扬子台褶带的中部黔中早拱断褶束，旧寨隧洞进口段，无区域性断裂。

揭露岩土层自上而下为：

①残坡积层（Qedl）：黄褐色、灰绿色碎石土，局部为粘土夹碎石，厚度约6.0～9.6m，碎石母岩为全风化粉砂质粘土岩，泥质充填，松散～稍密；斜坡开裂区以下滑带土为可塑状，开裂区以上基覆分界面土体为硬塑状。

②寒武系下统明心寺组第一段（∈1m1）：灰黑、灰绿、黄绿色薄至中厚层粉砂质粘土岩夹粉细砂岩，岩层产状N5°～10°E，SE∠32°～44°。

3、水文地质

地下水类型主要为第四系覆盖层孔隙水、基岩裂隙水。第四系孔隙水主要赋存于沟谷、低洼地势的残坡积黏土层中，靠大气降雨补给。孔隙水对边坡和滑坡影响较大。基岩裂隙水赋存于寒武系明心寺组第一段黏土质粉砂岩、粉细砂岩基岩裂隙中。受大气降雨及第四系地层滞水入渗补给。钻探揭露地下水埋深3～5m，隧道进口边坡部位地下水位埋深较浅，水田区域地下水位较高，其他部位地下水位于基覆分界面附近。

二、滑坡基本特征及边坡稳定性分析

1、滑坡基本特征

隧道洞口仰坡出现滑坡迹象，YK5+380桩号附近地表土体发生开裂，产生4条拉裂缝，裂缝L1：位于梯田上，NE～SW向延伸，裂缝宽15cm～30cm，埋深约10cm，长约20m，裂缝沿陡坎边缘开裂，陡坎内被水浸泡，土体呈软塑状。裂缝L2：位于右幅隧道上方的阶梯上，NE～SW向延伸，裂缝宽20cm～35cm，埋深约20cm，长约18.5m，裂缝沿梯田中部开裂，局部形成4～6cm错台，调查期间梯田内无水。裂缝L3：位于右幅隧道上方，SE～NW向延伸，裂缝连续性稍差，裂缝宽20cm～30cm，埋深约20cm，长约18.0m，地形稍陡。裂缝L4：位于右幅隧道右侧，近东西向延伸，裂缝宽20cm～40cm，埋深约25cm，长约26.0m，局部形成5～8cm错台。拉裂缝总体呈贯通状态。滑坡体前缘横宽120m，中、上部宽约90m，开裂最高处至隧道洞口长约60m。

2、滑坡成因分析

①旧寨隧道施工公路开挖在沿线形成了6.0m～9.7m的土质边坡，边坡较陡，斜坡前缘产生蠕变拉裂，形成拉裂缝。

②隧道施工期间降雨加剧，使土体内水位升高，孔隙水压力增大，抗滑力减小，相应下滑力增加，土体物理力学参数降低，加剧滑坡体变形。坡体前沿出现渗水、隧道管棚渗水等都说明滑坡体处于失稳状态。

3、边坡稳定性分析

在暴雨工况下，滑带处土体物理力学参数较低，滑坡体安全系数为0.944～1.080，边坡处于不稳状态，结合现在两剖面上有拉裂缝，坡体前沿渗水、拉裂缝逐渐加宽及拉裂缝内水泥浆又出现新的拉裂缝等现象都表明前沿滑坡处于蠕滑阶段；坡体后缘未见明显变形，安全系数大于1.3，上部边坡整体稳定。

三、边坡支护设计

1、设计原则

根据勘察报告，边坡安全等级二级，设计使用年限同隧道工程使用年限，即永久性工程。滑坡稳定性安全系数执行《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013），取Ks=1.30。

2、岩、土体物理力学参数

根据勘察报告提供建议物理力学指标，结合反算成果，滑坡区各岩土体物理力学参数如下：

表3 -1 滑坡区岩土体物理力学指标参数表

3、滑坡推力计算

按饱和工况考虑，安全系数Ks=1.30，首先计算隧道左右两洞轴线位置推力，算得隧道右幅洞轴线纵剖面稳定系数Fs=0.93，剩余下滑力E=1273.77kN/m3，宽度26m，推力合33118.0kN；隧道左幅洞轴线纵剖面稳定系数Fs=1.52，剩余下滑力E=0kN/m3。

隧道轴线以外取隧道左侧Z1-Z1’、中间Z2-Z2’及右侧Z3-Z3’三个剖面计算剩余下滑力，结果分别为683.8 kN/m、743.5 kN/m、959.7 kN/m，平均为795.667 kN/m，涉及滑体宽度为64m， 推力合力50922.7kN。滑坡总推力50922.7+33118.0=84040.7kN，滑面角度24°，滑坡总水平推力为76775.0kN。

4、设计方案

①方案比选

采用抗滑桩支护。受场地范围影响，能布置的桩数有限，且隧道左右两洞范围内无法布置抗滑桩，无法满足消除滑坡推力的要求。

采用预应力锚索支护，同样面临隧道左右两洞洞顶范围内土体无法布置锚孔，不能完全消除滑坡推力。

对于本滑坡体开裂深度较大下滑力较大，重力式挡墙不予考虑。

单一的支护方式无法满足本工程治理要求，因此考虑采用多种方式组合使用。

②支护设计

首先在滑坡体前缘进行反压以稳定滑坡体，在滑坡体范围外修筑截水沟。

于滑体范围内设预应力锚索4排×29列=116孔，采用5φ15.2钢绞线，每孔设计轴力450kN；采用9根抗滑桩于滑坡前缘隧道洞口两侧支挡，抗滑桩尺寸2m×3m，桩间距5m，桩顶高度于隧道洞口顶部土体高度持平；隧道洞顶锚索支护区与桩支护区之间土体采用地表打入φ42钢花管注浆进行加固，以提高该部分土体整体稳定性，并能增加土体抗滑力，钢花管间距1.5×1.5m，梅花形布置，隧道轮廓范围，注浆深度至大管棚之上，以不防碍大管棚施工为原则，其他范围注浆深度达路面设计标高以上2m。

滑坡后缘裂缝以上，设2排29列共58孔锚索支护后缘未滑动山体。

本段隧道为Ⅴ级围岩，Ⅴb类衬砌设计，初支有大管棚、径向锚杆、环形钢拱架、纵向连接钢筋、喷射混凝土等，二衬为含仰拱成环钢筋混凝土衬砌，建成后，对滑体具有强大的阻滑力。

图1 滑坡支护设计剖面图

5、治理效果

本工程与2016年8月施工完毕，经两个水文年监测，边坡各项变形指标均满足规范要求。目前两侧隧道已顺利贯通。

四、结语

本文以开阳县旧寨隧道进口滑坡治理设计为背景，介绍了采用抗滑桩+锚索格构梁+地表注浆组合方式在治理隧道进出口滑坡工程中的成功应用。当遇到复杂滑坡治理时，往往单一方式达不到治理效果，需要设计人员从多方面考虑，结合现场实际情况，采用多种方式合理的组合使用，以达到设计目的。

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