隧道古滑坡堆积体边坡综合加固施工技术研究

陆美玲

【关键词】古滑坡堆积体;洞口边坡;边坡加固;数值分析

【中图分类号】U455 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）05-0110-03

0 引言

众所周知，隧道在我国交通领域具有重要的作用，隧道安全问题一直以来都是人类乃至国家关注的焦点。近年来，随着我国经济的发展，交通压力日益增大，隧道的建设规模也在逐漸增大。隧道由于地势和结构的特殊性，所以边坡失稳形成滑坡、崩塌等各种急剧险峻的地质灾害普遍存在，不仅会摧毁建筑物，还会威胁人们的生命安全，对安全通行造成不利的影响。隧道边坡治理得到建筑领域乃至国家的重视。在隧道边坡治理中，边坡设计是提高治理效果的核心，隧道穿越堆积体边坡施工存在较大的困难，尤其是体积较大且内部结构不稳定的堆积体边坡，施工不当便会造成险峻的安全事故，因此必须秉持“先治坡后进洞”的原则，在保证边坡稳定性的基础上，开展后续施工，保证施工安全。本文主要以某隧道古滑坡堆积体边坡治理工程为例，对隧道的防排水、抗滑桩、锚杆-锚索框架梁等环节采取了一定的治理措施，对各建筑结构进行优化处理，采取堆积体综合治理方案，进而提升隧道边坡稳定性。

1 古滑坡堆积体边坡概况

该隧道地势为低山地貌，地形切割严重，隧道区域的地表含有大量的碎石及石块，隧道处的土质属于粉质黏土，根据测量结果显示，土层厚度在3～10 m。更深入一些的基岩属于全风化泥质粉砂岩，形成的结构不够稳定，在一定的条件下会引发灾害，属于V级围岩，岩体结构不紧凑。隧道洞口上方的坡度为45°。隧道建设年限较长，洞口上方存在一处取土陡坎古堆积体边坡，其主要形成原因是常年人工取土造成的，从表面看堆积体平面呈圈椅状，边坡表面不平整。在隧道后形成明显的临空面，降低了隧道边坡的自然承受力，不进行加固处理很可能发生滑坡、开裂等不利情况，顺坡向岩层会给予一定的加载作用，导致坡体产生一定程度的拉裂现象，随着时间演变地表会产生裂缝。隧道边坡常年外漏，在雨季会有雨水渗入裂缝，直接侵蚀软化岩层，将原本细小的裂缝逐渐扩大，逐渐引发地质灾害。

结合现状来看，病害并没有贯通整个滑面，利用地质钻探、平面地质调绘等技术对堆积体边坡进行了勘察。根据勘察结果，此区域的堆积体具有多层、多级的特点，前级边坡为既有变形区，中级边坡为潜在变形区，后级边坡则为坡体后部的缓坡区域，并且占有较大面积。由于隧道堆积体目前以极限平衡状态支撑，因此在进行综合处理前有必要对边坡位置做预加固处理。

2 边坡加固理论计算

在综合加固前，要对隧道边坡制订施工方案，首先通过边坡的简化模型进行分析和计算[1]，然后对边坡支护结构初步拟定治理方案，最后结合边坡实际参数制定并优化具体的布置参数。优化后的边坡数值主要确定好断面及滑面参数，并针对边坡结构计算剩余下滑力参数。

2.1 滑面参数及反算指标计算

在计算断面及断面参数时，要确定好计算位置，利用该边坡的中间主轴断面作为计算主体，治理队伍还需要对边坡存在的潜在滑动面的结构稳定程度进行调查，同时记录其变形特征和程度，结合边坡各结构所承受的最大作用力，确定地层土体力学指标作为反算参数。确定坡体的现状，在边坡前端处已经产生了多处裂缝，其中间部位及后端尚未产生裂缝，由此可以判定此处属于蠕滑变形阶段。在滑动面没有发生大面积的贯通反应，没有出现大面积的失稳现象，结合主滑方向断面的地质材料进行计算，并确定好滑面参数，在不同工况下计算稳定系数，并按照详细数值计算下滑力，反算指标计算结果见表1。

2.2 剩余下滑力计算

剩余下滑力计算过程中需要确定潜在下滑面的位置及各项数据信息，并按照各个下滑面含有的实际内摩擦角系数、黏聚力系数及安全系数，结合边坡稳定性评估进行计算，一般情况下，不同层次的下滑面各系数均存在一定的差异，此过程中可以以各地层土体力学指标反算成果作为参考依据，设计综合加固方案，并将各数值进行验算治理方案效果，利用安全系数1.25和1.30计算隧道边坡剩余下滑力[2]。

3 古滑坡堆积体边坡综合加固施工

3.1 设计加固方案

工程在开始进行主体结构开洞加固施工前，最重要的是做好开洞加固施工方案，在进行边坡加固的时候，为了保证结构加固施工的合理性，需要由正规的检测机构对施工建筑结构进行检测，确定该部位需要进行加固施工后再进行施工处理。首先，以结构鉴定报告作为加固施工依据。其次，施工人员需要根据结构鉴定报告确定加固设计及施工范围。最后，施工单位需要结合施工情况判断建筑的安全性，设定该建筑的安全等级，避免施工中发生安全隐患。

结合隧道边坡的实际情况，可以在堑顶处设计两排埋置式抗滑桩，提高该位置的承受力，边坡坡面位置将安排低预应力锚索、锚杆框架梁结构，更好地弥补此处的性能缺陷，提高边坡的稳定性，避免发生滑坡、土体下滑等不良情况。隧道洞口坡脚处为了避免其支撑力度不足，需要减一跨桥梁，同时要增设一处路基并回填反压。隧道病害严重的主要因素是水的侵蚀，于是在滑坡周边设置了截排水沟，并完善其排水系统。由于隧道坡顶处产生了大量的拉接缝，因此采用黏土充填的方式设置成阻拦线，避免雨水渗入加深侵蚀[3]。为了加强边坡土体的强度和稳固性，在堑顶处设置两排抗滑桩，并调整其间距和抗滑桩的长度和规格，按照工程的实际情况进行布置，坡面锚索、锚杆由cable结构单元添加，在该区域的隧道坡面需要利用框架梁连接锚索及锚杆进行设置，支护结构数据见表2、表3。

3.2 确定测试点

计算并确定隧道各项参数可以增强加固效果，首先需要对工程中的抗滑桩位置、抗滑桩尺寸的参数进行计算和分析，然后优化锚索预应力。此3项参数对边坡的加固程度有着直接的影响，将其进行对比和分析，在不同参数的影响下确定边坡处的安全系数。施工人员可以在施工现场选取3个检测点，检测坡顶最大水平位移。此工程在位于第一排抗滑桩前、两排抗滑桩之间及第二排抗滑桩之后设置了3个不同的检测点，并且3个检测点的检测目标各不相同，分别检测坡体前缘变形信息、滑面变形信息、坡体后缘变形信息。

3.3 优化抗滑桩位置

在隧道古滑坡堆积体边坡综合加固中，原抗滑桩位置将不再满足现在的稳定效果，需要给予一定的位置优化，提高抗滑桩的作用效果。在本工程中，主要利用了3种优化布置方案：①第一排及第二排抗滑桩的位置均设置在坡顶前，前者与坡顶之间的距离控制在5 m，后者与坡顶之间的距离控制在55 m。②两排抗滑桩均设置在坡顶前，与第一种唯一不同的是间距，第一排抗滑桩距坡顶前10 m，第二排设置为60 m。③第一排与第二排抗滑桩同样设置在坡顶前，前者与坡顶间距为15 m，后者与坡顶间距为65 m。结合3种不同的加固形式，确定滑坡体的坡顶最大水平位移，并结合相关数值计算出相应的安全系数。

3.4 优化抗滑桩截面尺寸

抗滑桩截面面积对隧道边坡的稳定性有着一定的影响，显然工程中的原抗滑桩截面没有发挥较大的作用，因此加固治理工程要对抗滑桩截面进行控制，主要是对其尺寸面积进行优化。本工程选用的3种不同尺寸大小的抗滑桩截面，分别为4 m2、6 m2、9 m2，对截面的布置方式是以较长边顺坡向布置，并分别计算出对应的安全系数。抗滑桩截面面积对边坡稳定性的影响力度并不大，但是选用合适尺寸及面积的截面，可以延长隧道边坡寿命。使用不同抗滑桩截面面积计算安全系数，结果分别为1.280、1.301、1.309。从计算结果来看，边坡稳定性与抗滑桩截面面积成正比，而坡顶最大水平位移量与抗滑桩尺寸成反比。选用面积较大抗滑桩截面对隧道的稳定性越有帮助，但是考虑经济成本及安全要求，选用截面尺寸2 m×3 m的设置最佳。

3.5 优化锚索预应力

锚索预应力对隧道边坡稳定性有着较大的影响，本文使用3种预应力大小進行对比分析，并选用最佳的加固治理方案，使用100 kN、150 kN、200 kN数值大小的预应力，分别进行加固计算，得出安全系数及最大水平位移如图1所示，结合曲线图来看，以预应力水平为指标，可以判断预应力大小对滑坡的影响力，滑坡体稳定性与预应力水平的大小成反比[4]。锚索预应力越大，对坡体的稳定性越有利。结合实际工况，并考虑施工成本，选用预应力150 kN的锚索最佳。

4 边坡综合治理效果评价

将以上加固方案应用到该工程加固治理中，具有明显的效果，在加固前下滑坡体安全系数为1.05，不符合国家规定的坡体安全要求，属于临界失稳状态，极限承受力小，对其施加一点作用力便会发生破坏，使用寿命极短。对隧道中的单项边坡采取一定的加固措施，也只能够将安全系数提升到标准规范。经过综合加固治理后，极大程度地提升了隧道边坡的稳定性，将原本三级的边坡安全系数升至为一级，安全系数提升至1.340。通过工程加固效果来看，实施的综合加固治理方案具有较强的实用价值，充分满足规范要求，并保证隧道运行安全，延长隧道的使用寿命。

5 结语

隧道工程是维持交通运输的重要纽带，由于多数的隧道工程处于地势环境险峻的区域，经过一定条件产生的病害，对综合加固放置工程带来了一定难度，在进行隧道古滑坡堆积体边坡综合加固施工时，必须选用最优的加固方案，在保证施工安全的前提下，提高施工质量。

参 考 文 献

[1]刘运泽，洪勇，李柏霄.隧道洞口古滑坡堆积体边坡综合加固治理技术研究[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2020，52（3）：351-358.

[2]李波，曾亮亮，任东伟，等.某路堑高边坡稳定性评价及优化设计[J].水利与建筑工程学报，2020，18（1）：115-121.

[3]陈守辉，孙旭敏，满毅.高陡岩石边坡加固与复绿综合防护施工技术[J].广东土木与建筑，2011，18（1）：13-16.

[4]张著芳.岩土工程施工中基坑边坡失稳及加固处理技术分析[J].交通世界，2020（21）：24-25，45.