黄土滑坡体对其正交下穿隧道的变形影响分析

李尚

摘要：挖掘、地震、降雨等原因会形成黄土滑坡体，并对其正交下穿隧道造成一定影响，甚至会威胁到铁路或公路建设的安全，为此分析黄土滑坡体对其正交下穿隧道的变形影响非常必要。将某正交下穿隧道作为测试对象，使用管棚完成初期支护与超前支护，按照隧道方向布置6个监测点，分别对黄土滑坡体位移和隧道收敛变形进行监测，根据监测数据结果对隧道变形进行分析。测试结果表明：区域I黄土滑坡与隧道变形的概率均在10%以下，而其余4个区域黄土滑坡的概率在30%以上，变形概率均高于48%。由此可以说明，隧道周围的黄土滑坡越严重，该隧道越容易出现变形。

关键词：黄土；滑坡体；正交下穿；隧道；变形

0   引言

黄土滑坡现象是指在厚层湿陷性黄土的较高坡度区域中，由于混凝土块体受自重影响a和相互作用，沿着较软弱表面发生整体滑落的一类现象。滑坡体的边界部一般呈现圆弧，破裂壁会产生陡坎现象，从而产生较陡峭的滑面，一般出现在40°～60°湿陷性黄土谷坡的最上方或最下方。

湿陷性黄土滑坡体形成以后，坡表面的稳定倾角在35°左右，并且常发生的区域为地下水溢出处。而挖掘、地震以及降雨等原因都会造成黄土滑坡体，并且会对其正交下穿的隧道造成一定影响，严重时还会使整个铁路或公路的建设受到影响[1]。

正交下穿隧道即是将滑坡体轴流式与隧洞轴向运动成90°的交叉。按照与黄土地滑坡体正交下穿隧道的空间关系，可以将其分成在湿陷性黄土滑坡体内、滑床内和滑带上3种情况。当隧洞与黄土滑坡体属于正交关系时，隧洞的建设过程很可能会由于扰动现象，使得黄土滑坡体产生局部变化，进而使整个结构产生滑动现象。这不仅会使黄土滑坡体上下方面的隧道结构产生断裂，还会使隧洞总体和边坡的稳定性均受到严重破坏[2]。

目前，已有很多学者针对不同角度穿越隧道的黄土滑坡体的受力特征、变形机理等方面进行了研究。而当前的研究只针对隧道与滑坡体相对位置的分类及变形特征，并没有将破坏的形式进行明确，因此无法在出现问题后进行及时整治。为此，有必要对黄土滑坡体及其对其正交下穿隧洞的变形作用加以深入研究。

1   工程概況

本文所研究的正交下穿隧道在某条客运专线的西车辆段内，该隧道长度约为1250m，为双线浅埋的湿陷性黄土隧洞。隧道以约20°的小倾角下穿并与公路相接，下穿线路的总长度约为350m，其大致包括两部分：正交下穿线路长度约215m，由公路正下方经过，该区段的地埋深约为12m；两侧公路路堑边坡下穿线路长度大约198m，该区段的台地埋深约在12～26m左右[3]。

此外，试验路段在公路山体边坡的其中一侧宽度大约为35m。由于该隧道所在的土壤岩层为Q3砂质湿陷性黄土岩层构造，且土质较为疏松，因此土壤的稳定性也较差。该隧道挖掘的断面相对较大，最大开挖跨度为17.2m，高为14.8m，最大开挖面积可以达到228m2，由此导致该隧道的地埋深度比较浅，施工难度非常大[4]。

2   正交下穿隧道初期支护

和隧道本身的岩层构造一样，湿陷的黄土滑坡体的硬度一般比较小，所以它容易产生大范围的下沉。同时由于本身的承载比较小，使得整个建筑物的稳定性较差，受水的冲击也是非常巨大。如果发生被水浸泡的情况，则会使混凝土主体结构处于比较饱和状况，并也会使其本身的刚度被迫减小，进而使质量受到较大影响[5]。

该隧道内的混凝土主体构造都较为疏松，施工之后容易发生分层倒塌的情况。而分层的厚度通常仅为25～70cm左右，因此要求有较高的初期支护。而管棚则能够增加黄土滑坡体对于隧道土质岩层的强度与承载能力，在管棚施工中通过进行注浆，不仅能提高其耐折弯的程度以及耐剪切能力，还能使管挡产生隔断土质岩层的效果[6]。

在隧道的试验路段，需采用双边墙导坑技术来完成开挖。需确定的支护参数包括：初期支护采用27A型式钢梁、挂网喷混凝土，钢梁长度为1.2m。在边墙部分采用φ25mm锚杆进行支撑，锚索长度为4.5m，宽度为1.2m，并根据管棚基础形态加以设计。

超前支护则采用壁厚为10mm的φ172mm单层大管棚，管棚的间隔为45cm，并在拱顶115°范围内进行操作。施工的总长度为72.5m，在掌子面上则采用φ27mm纤维锚索，其长度为10.5m，中间间隔为1.25m[7]。

3   正交下穿隧道变形监测

3.1   监测点布置

随着隧道的方向进行路线设计，在隧道正上方的黄土滑坡体表面进行监测点布设设置。监测点1-1、1-2、1-3均设置在黄土滑坡体的轴线上，分别设置在滑坡体的坡脚、陡坡以及坡顶处三个区域。而监测点 2-1、2-2、2-3则均设置在隧道的正上方，其中分别间隔30m，并沿着隧道纵向开挖的方向进行监测点布置，监测点均处于黄土滑坡体的中间位置[8]。

3.2   监测方案

当隧道开挖到距离监测点2-1下方30m时开始进行监测，而在经过监测点2-3下方30m停止监测。隧道挖掘到第7d时，掌子面在监测点2-1的正下方；隧道挖掘到第15d时，掌子面在监测点2-2的正下方；而隧道挖掘到第21d时，掌子面则在监测点2-3的正下方。整个过程使用全站仪来进行监测，竖直方向的沉降是监测Z方向位移变化的数据显示；而水平方向的位移是监测N方向与E方向位移变化的数据显示[9]。

而在对隧道进行收敛变形监测时，左洞经过黄土滑坡体下方并进行穿过，而右洞则没有经过黄土滑坡体。因此，需要选择左、右两个断面完全相同的洞，并对其拱顶下沉与周边收敛的数据进行监测，在岩石属性相同与深埋条件一致的前提下，对比黄土滑坡体隧道与正常隧道的变形[10]。

3.3   监测结果分析

3.3.1   黄土滑坡体位移监测结果

黄土滑坡体位移监测数据如表1所示。由黄土滑坡体滑动方向监测到的位移数据可知：在竖直方向上，当隧道挖掘到监测点的下方时，黄土滑坡体的坡脚并没有出现沉降；而黄土滑坡体的中部与顶部则没有出现沉降，而经过20d之后位移则不会出现变化，最终发生沉降的位移为10mm。

在水平方向上，当隧道挖掘到监测点断面的下方时，黄土滑坡体的坡脚并没有出现沉降；而滑坡体的中部位移变化较大，向南移动18mm，向东则移动7mm；滑坡体的坡顶位移变化较小，向南移动4mm，向东移动5mm。

由隧道方向监测到的位移数据可知：在竖直方向上，当隧道挖掘到监测点的下方时，隧道上方的沉降出现急剧增加的状态，而经过10d后则不再增加。监测点2-1出现沉降的距离为15mm，监测点2-2出现沉降的距离为13mm，监测点2-3出现沉降的距离为14mm。

在水平方向上，当隧道挖掘到监测点的下方时，监测点开始出现移动的迹象，而经过20d左右位移的变化相对趋于稳定状态。监测点2-1向南移动7mm，向东移动8mm；监测点2-2向南移动9mm，向东移动9mm；监测点2-3向南移动6mm，向东移动6mm。

3.3.2   隧道收敛变形监测结果

隧道拱顶出现下沉迹象以及收敛变形迹象时，所监测到的数据分别如表2和表3所示。

由表2中隧道拱顶下沉数据可知：正常隧道的断面，在30d之后拱顶下沉的变化速率小于0.3mm/d，周围岩壁的变化相对比较稳定，累计下沉为25mm，平均下沉的速率为0.65mm/d；而黄土滑坡体的隧道断面，在40d之后拱顶下沉的变化速率小于0.3mm/d，此时累计下沉为92mm，平均下沉的速率为1.875mm/d 。

由表3隧道收敛变形数据可知：正常隧道断面的上台阶监测到24d时，收敛速率为0.4mm/d，此时隧道下台阶的挖掘出现监测中断的迹象，累计收敛的距离为9mm，平均的收敛速率为0.5mm/d。下台阶监测到24d时，收敛速率为0.15mm/d，此时累计收敛的距离为10mm，平均的收敛速率则为0.4mm/d。而黄土滑坡体隧道断面的上台阶监测到24d时，收敛速率为3mm/d，此时隧道下台阶的挖掘出现监测中断的迹象，累计收敛的距离为72mm，平均收敛速率3.4mm/d。下台阶监测到24d时，收敛速率为0.25mm/d，此时累计收敛的距离为37mm，而平均的收敛速率则为1.3375mm/d。

3.3.3   黃土滑坡与隧道变形概率测试

通过以上讨论，研究黄土滑坡体对其正交下穿隧洞的影响作用。选取黄土滑坡体隧道的测量目标，对隧洞的应变作出研究和测量。隧道变形越严重，则说明区域内黄土滑坡越严重。根据这一论述，在黄土滑坡体隧道中随机划分5个区域，对隧道变形进行测定，并记录如表4所示。

根据当前对于隧道变形的要求中规定，黄土滑坡的概率与隧道变形的概率均在10%以下。而由表4中记录的数据可以看出，区域I刚好满足这一规定，说明该区域内隧道没有出现明显变形。而其他区域内滑坡的概率均在30%以上，而变形的概率则均高于48%，说明其余4个区域的黄土滑坡体与隧道变形均有着明显的变化。因此，通过上述结果能够证明，隧道周围的黄土滑坡越严重，该隧道越容易出现变形。

3.3.4   监测结果分析

根据对黄土滑坡体隧道监测到的数据可知，当隧道挖掘到监测点断面下方时，经过20d左右，整体位移的变化相对比较稳定，测试监测点的水平位移与下沉距离都比较小。但对于黄土滑坡体来讲，其坡脚的位移变化相对比较小，滑坡体的中部位移变化最大，坡顶位移变化最小。综上所述，黄土滑坡体的位移变化相对比较小。由此说明，隧道挖掘并没有造成黄土滑坡体的滑动，并且隧道挖掘对滑坡体上部的位移影响比较小。

根据隧道监测数据可得，黄土滑坡体隧道的变形速率，拱顶下沉达到92mm，周边收敛37mm，变形持续的时间在30～40d之间。在岩石属性相同与深埋条件一致的前提下，对比黄土滑坡体隧道与正常隧道的变形可知，隧道的收敛变形、变形速率和变形持续时间均比黄土滑坡体之外的隧道要大。

4   结束语

挖掘、地震、降雨等原因会形成黄土滑坡体，并对其正交下穿隧道造成一定影响，甚至会威胁到铁路或公路建设的安全，为此分析黄土滑坡体对其正交下穿隧道的变形影响非常必要。将某正交下穿隧道作为测试对象，使用管棚完成初期支护与超前支护，按照隧道方向布置6个监测点，分别对黄土滑坡体位移和隧道收敛变形进行监测，根据监测数据结果对隧道变形进行分析。

通过上述的测试可以证明，隧道周围的黄土滑坡越严重，隧道越容易出现变形。但该测试全程在实验室的条件下进行，没有顾及到实际运行时效果。因此在后续测试过程中，需要根据实际运行情况进行更详细的研究。本文所研究的结论还存在一定的不足之处，还必须对其进行更为详尽的研究和探讨，使其所得出的结论能够更为精确。

参考文献

[1] 晏长根，于澎涛，石玉玲，等.滑坡体对其正交下穿隧道的变形影响[J].科学技术与工程，2020，20（33）：13859-13864.

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[3] 李家龙，罗骋华，周文皎.隧道平行穿越滑坡体的变形特征及控制技术[J].铁道建筑，2020，60（8）：85-89.

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[10] 牌立芳，吴红刚.地震作用隧道正交下穿滑坡体衬砌结构的动力响应试验研究[J].岩石力学与工程学报，2022，41（5）：979-994.