沟谷段隧道洞口滑坡综合加固治理方案

刘传利 桂登斌

摘要：我国西南片区地质灾害频发，其中滑坡灾害最为常见。文章以云南大关至永善高速公路沟谷处椿坪2号隧道洞口段为依托，采用理论分析、数值模拟分析了该洞口坡体的稳定性，并针对具体施工提出相应处治方案，得到结论：（1）采用传统理论计算手段分析得到坡体稳定性暴雨状态下为1.006，天然状态下为1.099;并采用数值模拟验证该坡体稳定性在暴雨状态下为0.99，天然状态下为1.043，两种手段相互验证了该滑坡的不稳定性，需采用有效治理手段。（2）依托工程洞口处施工场地窄针且坡体不稳定，提出以坡体治理为主，方便隧道施工为辅的沟谷段洞口综合治理方案，采用沟谷回填+抗滑桩及抗滑挡墙相结合的综合治理方案。

[作者简介]刘传利 （1983—），男，硕士，高级工程师，从事公路隧道设计、咨询和科研工作。

近年来，我国西南片区高速公路发展很快，在西南山区公路交通不仅隧线比大且自然灾害频发，然而隧道洞口段滑坡综合治理一直是导致隧道洞口段难以安全开挖的首要问题。

国内外大量学者针对沟谷段滑坡的稳定性、综合治理方案进行了大量研究。张鹏元[1]针对滑坡场区地质、水文概况采用全埋入式抗滑桩对贵州中寨隧道洞口段滑坡进行处理;李晓旭[2]采用PLAXIS有限元计算软件验证了板桩墙在滑坡治理方面效果明显，并指出洞口开挖前做好预支护及临时排水可以降低洞口滑坡的可能;张伟等人[3]采用非线性有限元法对该洞口滑坡进行了分析，得到了塑性区分布特征及滑面位置;王国欣等人[4]提出有限元模拟和监控量测相结合的方法是防治隧道洞口滑坡的可靠手段;

综上所述，有大量学者对沿河傍山修建隧道洞口段滑坡治理进行了大量研究，但未有对综合治理隧道进洞施工进行分析研究。因此，本文采用数值模拟、理论计算等手段对云南大关至永善高速公路椿坪2号隧道出口段滑坡稳定性进行分析，并给出相应方案的优化建议，可为今后类似工程治理与研究提供参考。

1 工程概况及滑坡特征

椿坪2号隧道洞口位于鲁溪村金竹林，出口位于鲁溪村禹家河沟，设计为分离式双洞隧道，右线隧道起讫桩号K48+431～K49+591，全长1 160 m，坡度-2.600 %，隧道最大埋深约372.0 m，位于K48+840处（图1）。

椿坪2号隧道出口所处的鲁溪村禹家河沟属季风影响性高原气候，雨水充沛，春湿多雨，其降雨多集中于4～7月，约占全年降水量的53 %;隧道出口区的主干河流为金沙江，主要支流有大关河、洒渔河、上小河等河流;地表径流主要来源于上游冰雪融化及季节性降水。受年内、年际降水量不均影响，汛期降水集中，径流量大，河水暴涨。沟谷上游有松散堆积体，暴雨季节易发生泥石流。

由于椿坪隧道出口洞口处发生两次小滑塌，为确保滑坡整治方案的合理性，现场采用瞬变电磁解释推断出洞口处断面坡体岩层分布如图2所示，其中洞口段覆盖层为厚度约12.8～31.5 m的碎石土，下覆基岩为中风化灰岩。

根据椿坪隧道出口段坡体断面地层剖面图，结合现场工程地质勘察资料，其中地层岩土物理力学参数选取如表1所示。在边坡治理工程实施前，结合各潜在滑动面的变形特点及稳定程度，根据上表中各土层物理力学参数，采用GB T32864-2016《滑坡防治工程勘查规范》[5]中坡体稳定系数计算公式对不同工况（天然工况、暴雨工况）的洞口处坡体稳定性进行计算，计算结果如表2所示。

通过对该隧道进口位置坡体分析研究，可得到结论：洞口位置处滑塌体受降雨及沟谷冲刷影响，处于欠稳定状态，建议加强支护，避免牵引后面山体下滑，上部堆积体所处的深层滑面滑动安全系数在正常工况及暴雨工况下皆属于欠稳定状态。

2 滑坡稳定性数值模拟

采用FLAC6.0数值模拟软件，采用软件内置滑坡强度折减法稳定性系数计算方法，按式（1）将围岩强度参数粘聚力c和内摩擦角φ值同时除以一个折减系数F得到一组新的c′、φ′值，依次迭代计算最终得到坡体破坏状态的折减值F，即为坡体稳定系数。

式（1）中，F为折减系数;c为岩土材料的粘聚力;φ为岩土材料的内摩擦角;c′为按F值折减后的粘聚力，φ′为按F值折减后的内摩擦角。

其洞口段坡体二维稳定性计算模型长、宽、高分别为395 m、5 m、350 m，约束模型前、后、左、右及下边界，其中模型分为上覆碎石土层和下覆中风化泥岩层，土体物理力学参数如表1所示，坡体天然、降水条件下稳定性数值模拟计算结果如图3、图4所示。

通过图3、图4结合GB T3284-2016《滑坡防治工程勘察规范》可知，未处理暴雨工况下滑坡体安全系数为0.99，处于临界失稳状态;未处理天然工况下滑坡体安全系数为1.043，处于欠稳定状态。与稳定性计算公式计算结果差距约为6 %，验证了数值模拟计算的可靠性。

无论天然状态下或暴雨状态下都不宜直接进行隧道施工，需对其进行加固预处理。

3 滑坡治理方案

3.1 坡体治理方案

根据上节对椿坪2号隧道洞口的滑坡安全稳定性进行计算分析发现，未进行处理的隧道出口边坡上部堆积体在暴雨状态下处于不稳定状态，在天然状态下处于欠稳定状态。现通过分析对洞口段坡体进行综合治理，设计方案为：

（1）考虑现场施工实际情况，由于河沟的反压回填扩大工区施工场地。即考虑在椿坪隧道出口洞口处进行填沟，将右洞冲沟顺直到右洞口的右侧，在冲沟后缘修建截排水沟，尽量将地表水引到其它冲沟内。

（2）考虑抵抗上部堆积体下滑力，即在椿坪2号隧道出口处施做抗滑桩+桩板墙及抗滑挡墙，并在上部堆积体处进行地面锚索加固，如图5所示。

3.2 隧道进洞预处理方案

椿坪2号隧道进洞主要采取措施如下：第一步，完成禹家河沟填沟方案，施作洞口截水沟;第二步，施作长为14 m抗滑桩及抗滑挡墙，呈“H”字形布置;第三步，施作17.5 m明洞，采用直径1.5 m长30 m桩基进行明洞基底加固，并用钢花管对明洞基底注浆加固;第四步，施作长为25 m的108×6 mm热轧无缝钢管的双层超前大管棚;第五步，待明洞桩基及基底处理达到设计强度后，进行上覆土回填。具体方案示意如图6所示。

4 结论

对椿坪2号隧道隧道滑坡稳定性进行分析，采用文献调研、数值模拟等方法，验证了隧道进口滑坡处于不稳定状态并提出了相应治理方案，得到结论：

（1）采用条分法计算得到沟谷段椿坪隧道2洞口段坡体稳定性暴雨状态下为1.006，天然状态下为1.099;并采用数值模拟验证该坡体稳定性在暴雨状态下为0.99，天然状态下为1.043。两种手段皆说明了该滑坡的不稳定性，需采用有效治理手段。

（2）本文依托工程洞口处施工场地窄针且坡体不稳定，提出以坡体治理为主，方便隧道施工为辅的沟谷段洞口综合治理方案，采用沟谷回填+抗滑桩及抗滑挡墙相结合的综合治理方案。

参考文献

[1] 張鹏元.公路隧道洞口滑坡分析与综合治理[J].中外公路，2018，38（01）：43-46.

[2] 李晓旭.高速公路隧道洞口滑坡稳定性分析及治理措施[J].公路，2017，62（12）：292-295.

[3] 张伟，焦玉勇，郭小红.隧道洞口滑坡稳定性分析与防止措施 [J].岩土力学，2008，29（S1）：311-314.

[4] 谢雄耀，黄宏伟.公路隧道洞口滑坡的机制分析及监测预报[J].岩石力学与工程学报，2006，（2）：268-274.

[5] 滑坡防治工程勘查规范： GB/T 32864-2016 [S]. 北京： 中国标准出版社， 2016.