范家坪隧道進(jìn)口滑坡及整治方案分析

趙建軍（蘭渝鐵路有限責(zé)任公司，甘肅　蘭州　730000）

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范家坪隧道進(jìn)口滑坡及整治方案分析

趙建軍
（蘭渝鐵路有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730000）

摘要：蘭渝鐵路范家坪隧道進(jìn)口橋隧相連，隧道洞口、橋臺(tái)及橋隧間路基靠近滑坡邊界的側(cè)邊緣，鐵路右側(cè)上跨既有國(guó)道、且緊鄰白龍江橋工程設(shè)置復(fù)雜?；聦?duì)鐵路隧道、橋梁、既有國(guó)道及白龍江造成極大的安全影響，通過(guò)補(bǔ)勘情況、變形及原因分析，提出滑坡體整治方案，以確保安全。

關(guān)鍵詞：隧道；滑坡；失穩(wěn)；開(kāi)裂；變形；整治

1　工程概況及原工程措施

1.1工程概況

蘭渝鐵路范家坪隧道位于甘肅省隴南市武都區(qū)桔柑鄉(xiāng)大元壩白龍江左岸，于212國(guó)道邊進(jìn)洞，地形東高西低，地形起伏較大，高程為900～1080m，高差180m，自然坡度35°，交通不便。進(jìn)口段工程設(shè)置復(fù)雜，該段主要工程有桔柑白龍江特大橋、橋隧過(guò)渡段路基、范家坪隧道組成。隧道洞口、橋臺(tái)及橋隧間路基靠近滑坡邊界的側(cè)邊緣（如圖1，2所示）。

地層主要為第四系全新統(tǒng)坡積碎石土及下伏的泥盆系千枚巖及灰?guī)r。地震動(dòng)峰值加速度為0.2g（相當(dāng)于地震基本烈度八度）。地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期采用0.40s，土壤最大凍結(jié)深度13cm。

工點(diǎn)區(qū)不良地質(zhì)主要是危巖落石。線路左側(cè)150m范圍外，山體近直立，主要為灰?guī)r，長(zhǎng)大節(jié)理發(fā)育，危巖落石發(fā)育。在施工擾動(dòng)、降雨及其它外力作用下極易順坡滾動(dòng)，危及鐵路施工及運(yùn)營(yíng)安全和212國(guó)道安全。

圖1　范家坪隧道進(jìn)口全貌

圖2　鐵路工程縱向位置圖

1.2原設(shè)計(jì)工程措施

桔柑白龍江特大橋26號(hào)墩緊鄰國(guó)道左側(cè)山體坡腳，施工場(chǎng)地開(kāi)挖，采用1∶1放坡，鋼板樁防護(hù)；橋臺(tái)采用1∶1放坡，無(wú)防護(hù)。路基過(guò)渡段、隧道明洞邊坡及暗洞邊仰坡在清除坡面危巖落石的前提下，洞口邊、仰坡坡率為1∶1；邊、仰坡臨時(shí)防護(hù)采用網(wǎng)噴、Φ22砂漿錨桿防護(hù)坡面，永久防護(hù)采用M10漿砌片石防護(hù)。隧道設(shè)置全環(huán)I20b型鋼鋼架，間距1榀/0.6m；二襯采用C35鋼筋砼，拱墻厚50cm，仰拱厚55cm。

2　滑坡病害發(fā)展及措施補(bǔ)強(qiáng)過(guò)程

1）施工期間因隧道先期掘進(jìn)及桔柑白龍江特大橋26號(hào)墩施工過(guò)程中，擾動(dòng)山體，破壞自然坡面，導(dǎo)致DK391+845.5～DK391+883地表出現(xiàn)裂縫，并發(fā)生水平位移。為防止邊坡失穩(wěn)，于過(guò)渡段路基及明洞段左側(cè)設(shè)置片石混凝土擋土墻及樁板式擋土墻，共設(shè)5根加固樁（即1～5#樁），樁長(zhǎng)30m，樁間距6.0m，樁截面尺寸2m×3m。

2）桔柑白龍江特大橋26號(hào)橋墩處于212國(guó)道路邊，2009年10月開(kāi)挖，2011年5月施工完成，由于前期承臺(tái)施工開(kāi)挖刷坡，斜坡前緣形成直立高陡凌空面，造成前緣邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，2013年5月該處部分地段已坍塌；另外，范家坪隧道進(jìn)口暗洞段，由于隧道先期施工掘進(jìn)及橋梁施工過(guò)程中，擾動(dòng)山體，破壞自然坡面，2010年12月1日暗洞范圍DK391+845.5～DK391+883段洞內(nèi)下沉，地表不均勻沉降，沿線路方向出現(xiàn)了長(zhǎng)37.5m，寬10～30cm，錯(cuò)臺(tái)5～0cm的裂縫，大里程端還出現(xiàn)了2條明顯的橫向裂縫。2011年1月16日至2013年4月1日，洞內(nèi)變形監(jiān)測(cè)，裂縫無(wú)發(fā)展變化。

3）2013年6月，為防止桔柑白龍江特大橋26號(hào)橋墩開(kāi)挖邊坡失穩(wěn)，保證橋梁施工及運(yùn)營(yíng)中的安全，于靠山側(cè)設(shè)置擋土墻及樁板式擋土墻，共設(shè)3根樁（即6～8#樁），樁長(zhǎng)28m，樁間距6.0m，樁截面尺寸2.5m×3.5m；同時(shí)，為避免坡積體側(cè)向土壓力造成范家坪隧道進(jìn)口暗洞結(jié)構(gòu)破壞，對(duì)范家坪隧道進(jìn)口暗洞左側(cè)DK391+825～DK391+851.50段設(shè)置預(yù)加固樁，共設(shè)4根，樁長(zhǎng)36m，樁間距6.0m，樁截面尺寸3.0m×4.0m。

4）2013年12月18日發(fā)現(xiàn)隧道DK391+910～+ 940段洞頂及線路右側(cè)發(fā)現(xiàn)2條地表裂縫，走向與線路走向夾角約70°，長(zhǎng)約70m，寬10～30cm，錯(cuò)臺(tái)高約0.4m，挖探深度大于2.5m。DK391+900～+940段右側(cè)50～70m范圍內(nèi)坡面發(fā)現(xiàn)環(huán)向裂縫，長(zhǎng)約70m，寬約10cm。DK391+815右側(cè)60m處G212國(guó)道路面出現(xiàn)貫通縫并向塹坡上延伸約5m，未與坡頂裂縫聯(lián)通。隧道洞身DK391+865左側(cè)二襯開(kāi)裂，DK391+867右邊墻出現(xiàn)兩條裂縫，并有滲水現(xiàn)象，各條裂縫均有發(fā)展。已開(kāi)挖的加固樁護(hù)壁普遍存在一定深度以下出現(xiàn)縱向開(kāi)裂現(xiàn)象，位于樁井護(hù)壁垂直于線路的兩對(duì)邊上，且隨開(kāi)挖進(jìn)行裂縫繼續(xù)發(fā)展，暗洞段原2#加固樁于2013年12月21日發(fā)現(xiàn)在護(hù)壁5.6m處大里程邊出現(xiàn)橫向裂縫，錯(cuò)動(dòng)7mm?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)不穩(wěn)定斜坡采取了清方減載應(yīng)急處理措施，2014年1月完成。2014年4月26日、27日、29日和5月1日分別出現(xiàn)了連續(xù)降雨天氣，在5月1日降雨量較大的情況下，卸載區(qū)邊坡及坡頂上方40m范圍突然失穩(wěn)滑塌后停工，如圖3所示。

圖3　滑坡清方減載區(qū)現(xiàn)狀

3　補(bǔ)充勘察及變形監(jiān)測(cè)情況

自2010年12月1日地表出現(xiàn)裂縫、洞內(nèi)發(fā)生變形后，一直處于停工狀態(tài)。為保證鐵路、公路及施工安全，2013年4月在利用原勘察地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充鉆探135m/4孔。通過(guò)地質(zhì)調(diào)查、鉆探及施工揭示，進(jìn)口段斜坡地層巖性、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件及不良地質(zhì)情況與原設(shè)計(jì)一致。

自2010年12月1日洞內(nèi)變形加大、地表出現(xiàn)裂縫開(kāi)始，隨之對(duì)滑坡范圍進(jìn)行了地表位移、沉降觀測(cè)。根據(jù)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，該斜坡在2010年12 月10日至2013年2月11日期間，經(jīng)歷卸荷變形、基本穩(wěn)定階段兩個(gè)階段。2010年12月10日至12 月20日，地表各監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均位移速率在15～23mm/d之間，變形時(shí)間短，變形量大，斜坡處于卸荷回彈變形階段，因洞內(nèi)施工形成地下臨空面，且隧道初支處于變形增大趨勢(shì)，斜坡應(yīng)力重分布，地表張應(yīng)力增大，造成局部地帶巖土體結(jié)構(gòu)破壞，變形突然加劇。2010年12月20日至2013年1月10日，地表各點(diǎn)平均位移速率在0～0.053mm/d之間，斜坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；隧道處于停工狀態(tài)，斜坡應(yīng)力重分布后，原始應(yīng)力在卸荷的作用下已基本釋放，整體變形趨穩(wěn)。

2013年1月10日以后觀測(cè)地表變形無(wú)明顯變化。

4　滑坡概況及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4.1滑坡范圍判定

補(bǔ)充勘察及現(xiàn)場(chǎng)變形檢測(cè)為滑坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。根據(jù)變形情況，滑坡體以鐵路隧道DK391+900為主軸線，分為中下部基本穩(wěn)定I區(qū)、上部不穩(wěn)定II區(qū)。

1）滑坡Ⅰ區(qū)位于斜坡中下部，軸向長(zhǎng)約180m，前緣寬約100m，中部寬120m，一般厚度20～30m，最厚達(dá)35m，總方量約40萬(wàn)方?；w主要為第四系松散堆積碎石類(lèi)土及全風(fēng)化千枚巖，推測(cè)滑帶（蠕動(dòng)變形帶）為土石界面或其下全風(fēng)化千枚巖，為一中型蠕動(dòng)型滑坡。2014年5月1日滑坡Ⅰ區(qū)未見(jiàn)明顯變形跡象，滑坡Ⅰ區(qū)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

2）滑坡Ⅱ區(qū)位于斜坡上部，2014年1月的清方減載應(yīng)急方案已實(shí)施至高程975m，表層黃土厚2～3m，下為風(fēng)化千枚巖，完成清方約9萬(wàn)方。2014年5 月1日卸載區(qū)邊坡及坡頂上方40m范圍失穩(wěn)滑塌，面積約3110m2，上部清方邊坡面噴射砼臨時(shí)防護(hù)出現(xiàn)大面積開(kāi)裂破壞和脫落，損壞面積約2997m2，坡頂處150m截水天溝破壞，造成滑坡地質(zhì)災(zāi)害，滑坡變形區(qū)長(zhǎng)約130m,寬60～100m，地表形成5條裂縫?；垄騾^(qū)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2滑坡穩(wěn)定性分析

斜坡地表為第四系風(fēng)積黃土及坡積碎石類(lèi)土，下伏志留系千枚巖，坡度約35°，經(jīng)檢算，天然狀態(tài)均為穩(wěn)定斜坡。從地表變形觀測(cè)和滑坡穩(wěn)定性分析，在不考慮地震、降雨、動(dòng)荷載、人工切坡等條件下，滑坡Ⅰ區(qū)蠕動(dòng)變形趨穩(wěn)，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；滑坡Ⅱ區(qū)已發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。目前路基、明洞及隧道等工程尚未完成施工，在施工、降雨、地震的作用下，極易發(fā)生局部失穩(wěn)，甚至導(dǎo)致斜坡大面積失穩(wěn)，鑒于范家坪滑坡Ⅰ區(qū)2013年12月曾經(jīng)發(fā)生蠕動(dòng)變形和地表開(kāi)裂，滑坡Ⅱ區(qū)2014 年5月已發(fā)生了滑坡地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)蘭渝鐵路工程、212國(guó)道存在極大安全隱患，為確保鐵路主體工程及國(guó)道安全，必須對(duì)范家坪滑坡進(jìn)行綜合整治。

5　滑坡原因分析

該處位于崩坡積堆積體上，未見(jiàn)古滑坡特征，具有特殊的地形地貌、復(fù)雜的地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造條件，且白龍江岸坡及212國(guó)道邊坡高陡，在汶川5.12大地震、岷縣7.22地震、近年來(lái)降雨增多、河流沖刷等因素影響下，造成地表開(kāi)裂變形、坍塌形成了滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

6　滑坡整治方案

1）整治方案選擇?；抡畏桨阜治鲋校攸c(diǎn)對(duì)上部便道及以上的滑面位置、下滑力大小及施工條件等主要因素進(jìn)行分析，并結(jié)合上部清方減載形成的邊坡高度、千枚巖的特性及風(fēng)化層厚度以及增設(shè)便道的難易程度分析了兩種滑坡穩(wěn)定措施方案：

方案一，上部設(shè)兩排預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁、下部212國(guó)道邊設(shè)一排樁板墻方案。該方案上部施工便道以上不清方減載，先對(duì)坡頂以上裂縫及便道處裂縫注漿封閉后，清理坡面，然后施工上部預(yù)應(yīng)力錨索樁；下部局部清方后于212國(guó)道邊設(shè)置一排樁板墻。該方案不需增設(shè)施工便道。

方案二，上部清方減載及設(shè)一排抗滑樁、下部212國(guó)道邊設(shè)一排樁板墻方案。該方案先對(duì)施工便道處裂縫注漿封閉后，進(jìn)行便道以上清方減載，然后上部設(shè)抗滑樁；下部局部清方后于212國(guó)道邊設(shè)置一排樁板墻。

綜合分析：方案一可以利用原有便道施工，但投資費(fèi)用較大，且預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁施工較困難；方案二上部滑坡體清方后，對(duì)滑坡整治徹底，不留后患，且工程投資費(fèi)用較低。雖清方邊坡較高陡，需重新向上修建施工便道，增大了施工難度和投資，但綜合整治效果優(yōu)于方案一，故采用方案二進(jìn)行整治。

2）整治措施。（1）對(duì)隧道上部的滑坡體進(jìn)行清方處理，減輕滑坡體上部自重。即II區(qū)滑坡上部沿滑面和巖層分界面清方，DK391+900斷面左側(cè)清方邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁防護(hù)，斷面右側(cè)清方邊坡分別采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁及預(yù)應(yīng)力錨桿框架梁防護(hù)；I區(qū)滑坡左側(cè)清方邊坡坡率1∶1～1：1.5，亦采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁防護(hù)。滑坡I區(qū)清方土體設(shè)兩級(jí)邊坡平臺(tái)，一級(jí)邊坡平臺(tái)與二級(jí)邊坡平臺(tái)之間的邊坡坡率為1：1.5,二級(jí)邊坡平臺(tái)以上邊坡坡率為沿巖層分界面刷方。兩級(jí)平臺(tái)間邊坡采用漿砌片石骨架護(hù)坡防護(hù)，骨架內(nèi)栽植灌木。（2）設(shè)置抗滑樁，加固滑坡體確保鐵路及既有國(guó)道安全。即于DK391+ 831.54～DK391+883.04隧道暗洞段左側(cè)10m外沿主軸斷面方向設(shè)置一排抗滑樁，樁截面尺寸均采用3m×4m矩形，樁中心間距為10.3m（沿線路方向），共6根，樁長(zhǎng)36m。于DK391+809.56～DK430+812.32段桔柑特大橋重慶臺(tái)背與明洞進(jìn)口間沿主軸斷面方向設(shè)置一排抗滑樁，樁截面尺寸均采用2m×3m矩形，樁中心間距為5m，共3根，樁長(zhǎng)24m。于DK391+794.2～DK430+829.55段212國(guó)道邊設(shè)置一排樁板式擋土墻，樁截面尺寸均采用2.5m×3.5m矩形截面，樁中心間距為5m，共12根，樁長(zhǎng)30、32、36m，于樁頂以下施加兩根預(yù)應(yīng)力錨索，錨索縱向間距1m，錨索長(zhǎng)分別為33、36m。國(guó)道路面以上樁與樁之間加設(shè)C35鋼筋混凝土擋土板，板長(zhǎng)為2.2m，板高0.5m，板厚0.4m。擋土板后設(shè)0.3m的砂夾卵石反濾層。（3）隧道洞身初支變形已開(kāi)裂段應(yīng)采取沙袋回填處理，回填密實(shí)；在線路右側(cè)設(shè)置2m×1.5m應(yīng)急逃生通道，通道靠砂袋側(cè)及底部采用I20b型鋼支撐，隨后對(duì)開(kāi)裂段進(jìn)行注漿加固、增設(shè)套拱等拆換處理。對(duì)二襯開(kāi)裂侵限段應(yīng)拆除重新施做。（4）為保證212國(guó)道的正常通行及運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)國(guó)道影響段需搭設(shè)棚架防護(hù)，設(shè)置安全警示標(biāo)志，安排專(zhuān)人防守。

7　結(jié)論

該工點(diǎn)無(wú)古滑坡特征，為崩坡積堆積體，具有特殊的地形地貌、復(fù)雜的地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造條件，屬于非典型地質(zhì)災(zāi)害工點(diǎn)，初期設(shè)計(jì)中很難準(zhǔn)確判識(shí)。由于該工點(diǎn)地形較陡、施工難度大、工程工點(diǎn)設(shè)置緊密復(fù)雜，加之對(duì)鐵路隧道和既有國(guó)道安全影響極大，該滑坡整治處理應(yīng)全面考慮滑坡體形態(tài)特征，結(jié)合補(bǔ)勘和變形監(jiān)測(cè)情況，按照徹底整治不留后患的原則，以減輕滑坡體自重并加以抗滑樁的綜合措施進(jìn)行整治處理。本文結(jié)合補(bǔ)勘、變形情況及實(shí)際情況，提出了上部清方減載及設(shè)置抗滑樁、下部212國(guó)道變?cè)O(shè)置樁板墻的綜合整治方案。

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中圖分類(lèi)號(hào)：U451