滑坡处理专项方案.doc

康临高速公路建设项目

隧道进出口滑坡处理专题方案

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康临高速公路KL6协议段项目经理部
二〇〇八年八月二十二日

隧道进出口滑坡处理专题方案

一、隧道概况
南阳山隧道为上、下分离四车道高速公路专长隧道，隧址在甘肃省临夏回族自治州和政县境内，穿越南阳山。上行线K48＋970～K52＋260，全长3260m，明洞27m，下行线K48＋962～K52＋290，全长3290m，明洞24m，隧道出口下穿省道S309线。进、出口处Ⅵ级围岩地段，为提升围岩本身承载能力，提升岩体衬托能力，均设超前大管棚注浆预加固处理后进行暗洞开挖。浅埋段Ⅴ、Ⅵ级围岩采取双侧壁导坑先墙后拱法施工，深埋段Ⅴ级围岩采取超短台阶预留关键土先拱后墙法施工，洞身一、二次衬砌均采取模筑砼共同组成永久性承载结构。隧道进出口地处古滑坡地带,地质条件复杂,存在大量软弱岩层，受地形、结构应力影响,隧道开挖后出现滑坡、坍塌、大变形等问题,给隧道正常施工带来极大困难。
二、下行线进口滑坡体地质概况
依据区域地质和综合勘察资料，隧道地处陇西黄土高原和青藏高原过渡带，隧道范围内关键为第四系全新统和更新统地层，隧道下行线K52+140～K52+340在滑坡地带，坡面植被发育，自然边坡25℃左右，洞口段60米范围覆盖层厚6m～15m坡积亚粘土及亚砂土层，下伏上第三系临夏组泥岩，围岩软弱，土质松散，含水量大，顺坡面向沟道内极易产生围岩失稳坍塌，影响隧道西端进、出口安全。10月中下旬出现蠕滑变形，S309公路、乡间便道均被错开，滑坡体表部横向拉张裂隙和纵向剪切裂缝发育，滑坡体前缘冲沟沟底宽度仅5～10m，滑坡前缘空间狭小。该段原滑坡堆积亚粘土体吸水饱和和泥岩层面之间形成软化带,滑体和滑床间抗剪强度大大降低，当土体下滑力超出接触面处抗滑力时,产生滑移。
三、进洞方案
1、设计进洞方案
原设计考虑明洞开挖造成省道S309线中止，先改移S309线；同时填筑洞口冲沟土方，起到反压作用，让滑坡体无深入滑动临空面及空间；明洞边仰坡采取3.5m锚杆挂钢筋网锚喷临时支护，锚杆间距1.5m，按梅花状布设；在暗洞开挖前，明洞一次衬砌和仰拱施作完成，立即进行回填反压，尽可能缩短边仰坡暴露时间，有利于滑坡稳定；在明暗交接处套拱和长管棚对围岩进行预加固和棚架作用下，采取双侧壁先墙后拱预留关键土法进洞，台车就位后立即进行二次衬砌施工，确保明洞段边仰坡稳定和结构安全。待洞口工程完成后恢复S309省道通车。
优点：常规施工法，工艺简单，造价低，明洞回填完成后，恢复S309线上跨明洞，有效减小了S309线下沉及位移；
缺点：明洞大开挖后，原山体力学平衡受到破坏，边仰坡临空面大，雨季施工轻易诱发古滑坡体活动，存在安全隐患；先明洞后暗洞施工次序，增加暗洞施工工期；同时增加恢复S309线相关工程量，造成一定资源浪费。
2、施工单位提议进洞方案
依据原设计隧道地质、地貌分析，结合洞口段滑坡实际情况，在洞口沟内起反压、抑制滑坡滑动土方未填筑完成，滑坡体存在临空面前提下，应遵照“早进洞，晚出洞”标准，做到少开挖或零开挖，减小滑坡临空面，同时降低公路建设对自然地貌、植被等环境破坏。提议降低开挖，缩短明洞，封闭S309线，改移交通，依据地形暗挖进洞施工方案。将明洞变短为6m,加强超前支护为两排大管棚，在管棚严注浆预加固和棚架作用下，采取双侧壁导坑进洞，同时考虑暗洞施工时洞顶S309线有可能下沉及位移，恢复运行时存在安全隐患，将S309线下20m一次衬砌中钢筋更换为工字钢，增加衬砌强度、刚度，待二衬施作完成，混凝土强度达成要求后恢复S309线通车。
优点：避免明洞大开挖，减小滑坡临空面，有效降低滑坡活动机率，同时节省S309线开挖、恢复成本；降低地貌、植被、环境破坏，使公路和自然景观愈加协调，提升隧道设计理念。
缺点：隧道工程造价增大，初步估算明洞部分隧道每延米增加3.5万元。
业主及设计单位在两方案对比后，认为前种方案已考虑对山体滑坡稳定，无安全隐患，后种方案增大工程造价，所以采取原设计方案。

四、首次滑移情况及处理方法
1、滑坡情况
隧道上行线进口按原设计方案，在完成暗洞口XK52+266-276段10m明洞一衬后，8月20开始暗洞开挖，隧道左侧壁于8月25日开挖至XK52+263掘进3m时，下行线仰坡拱顶诱发滑坡体滑移，其原因是围岩很差,地表为古滑坡堆积体，大量地表水下渗，使洞顶山体粘聚力下降，土体自重增大，隧道施工影响到滑坡体产生滑移趋势。
在隧道洞口仰坡截水沟及其滑坡体上部署了一系列地表沉降、位移观察点,观察结果表明,地表沉降一直在增加,尤其是于8月24、25日两天强降雨后，降雨前后，滑坡位移量达24cm，地表下沉两达9.2cm,且滑移速率呈加紧趋势；地表出线一条环状裂缝，裂缝最宽为8.5cm，裂缝最远端距仰坡开挖线11.5m, 裂缝在仰坡出露处南北距离31.5 m,仰坡处滑面距地表垂直高9.6m,滑坡体积约3200 m2左右。
2、滑坡处理方法
滑坡滑移后,果断于8月25日停止隧道侧壁掘进,依据滑坡圆弧法分析理论，滑坡力矩（L滑动面总长度，f 摩阻系数，c 黏聚力，Gi 第i块总量）在其它条件不变情况下，只要减小滑坡体总量G，其滑动力矩就会减小。所以，确定治理方案为地表土体卸载，同时深入完善滑坡范围防排水；该方法简单易行，工期短，见效快，于8月25日晚立即实施，关键工作以下：
（1）滑坡体平均下挖2.5m， 纵向深度平均为10m，宽33m,总体上前端低于后端，有利于排水。
（2）深挖地表裂缝50cm左右，采取有三七灰土夯填，略高于原地面,预防地表水下渗润湿滑面。
（3）完善排水系统，将滑坡顶面全部覆盖防水材料，深入预防地表水下渗，沿滑坡外缘做截水沟，XK52+215处S309线做拦水带将路面排水截至边沟，预防路面排水流入滑坡范围内。
（4）加强对滑坡体监控量测工作，以四小时为间隔监控量测。
（5）加强早期支护为了克服前段施工时早期支护变形严重,模筑混凝土开裂等情况,采取加强早期支护方法,早期支护I20工字钢加密,同时S309线下20m范围内二衬中增加工字钢（设计外）。
（6）采取仰拱、二次衬砌紧跟掌子面做法,一是能够协同早期支护共同承载;二是能够避免因早期支护暴露时间太长,或因雨水等原因造成强度不足而产生变形;三是能够起到稳定滑坡体效果。
（7）缩小每循环进尺，鉴于隧道围岩为泥岩、滑坡堆积体,有遇水软化特征,围岩自稳性较差,为了避免造成大开挖面,采取短进尺,多循环施工方法, 减小围岩变形。
（8）探明地质情况
依据施工图地质汇报探明地质情况,确定滑移面。滑坡平面位置图、剖面示意图显示,存在一个中层滑动面,深度约为12～15m,滑面为泥岩-古滑坡堆积土体之间接触面,下覆泥岩是相对隔水层，接触面抗剪强度很小,在饱和状态下抗剪强度极小,符合滑动面基础条件。
下表选择含有代表性地表观察点监控量测统计，反应了滑坡开始活动至卸载方案完成整个过程滑坡活动情况。
地表S1-3点监控量测统计表
时间
项目
.8.23
.8.24
.8.25
.8.26
.8.27
.8.28
地表累计下沉(cm)
1.2
2.9
9.1
9.1
9.2
9.2
地表累计下沉(cm)
0.6
4.6
23.9
24.3
24.4
24.4
备注
降雨前
强降雨
卸 载 后
3、处理效果
监控量测数据和曲线图显示，在实施以上处理方案后，滑坡体滑动得到了有效遏制，滑坡很快趋于稳定，取得了很好效果，暗洞施工恢复掘进。
五、二次滑移情况及处理方法
1、滑坡情况
当隧道上台阶掘进至XK52+215, 10月21日晚大雨后，再次诱发洞顶大面积滑坡，此次滑坡包含范围很大，在10月21日至10月30期间，洞顶地表发展出现多条环状裂缝，最大裂缝缝宽25cm,裂缝错台最大处达45cm；直接造成距暗洞口50mS309线路面多处开裂右半幅不一样程度下沉；暗洞XK52+220-240段一衬多处开裂。量测数据表明，此段时间内，滑坡位移量达194.0cm，地表下沉量达77.7cm； S309线路面左侧最大下沉量42.6cm；暗洞XK52+220-240段洞顶下沉最大为13.4cm（以前考虑到围岩情况及滑坡影响，预留变性量为25cm）,相对收敛4.9cm，滑坡体积约2 m3以上。
2、滑坡处理方法
面对严重洞体变形及猛烈山体滑坡，项目部相关技术人员相互商讨，共同制订治理方案，具体方案为：
（1）抑制洞体变形
XK52+220-240段上台阶一衬两侧拱脚以50cm间距施设3.5m长锁脚小导管，角度控制于30o-45o，抑制上台阶下沉；然后拉中槽跳马口开挖下台阶，半幅单次开挖长度控制在3m以内，避免两脚同时悬空；下台阶每拱架增加3.5m长锁脚小导管两根，施设角度同上台阶；最终施工仰拱，使一次衬砌立即形成受力环，根本抑制洞体变形。
（2）控制山体滑移
明洞已经完成，立即实施明洞洞顶土方回填，对隧道仰坡滑坡体进行反压。在短期内端墙无法完成情况下，在明洞口衬砌两侧增加3.5m厚，高8.5m浆砌片石挡墙，起挡土作用，确保回填土方不沿坡面外溜，回填同时挡墙一起施工。
（3）完善防排水，处理地表裂缝
（4）加强监控量测工作
合适加密地表布点及洞内布点，以四小时为间隔监控量测，确保各方法在确保安全基础上实施，同时掌握一手资料，指导施工。
3、处理效果
在方案实施过程中，全过程监控量测，下表选择含有代表性地表观察点X2-3、洞内拱顶A50、洞内相对收敛E5-D5观察断面监控量测统计，较为详实反应了方案实施过程山体滑移及洞体变形情况。
山体滑移及洞体变形观察统计表
项目
点号
观察名称
(日期)10月
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
地表
X2-3
累计下沉(mm)
0
7.5
21.9
44.5
56.1
65.4
75.8
77.0
77.3
77.6
77.6
累计位移(mm)
0
20.4
56.8
95.8
130.8
164.0
184.3
190.5
193.5
194
194
洞内
A50
拱顶累计下沉(mm)
0
2.4
4.8
7.1
9.4
10.5
12.6
13.1
13.2
13.2
13.4
E5-D5
相对累计收敛(mm)
0
0.7
1.5
2.2
3.1
3.7
4.0
4.3
4.5
4.8
4.9
伴随洞门墙砌筑和反压回填不停进行,地表观察点监测结果表明,回填反压、临时浆砌洞门墙在阻止滑坡体滑动上效果显著，山体滑移及洞体变形在逐步得到遏制，这些方法有效地减缓了滑坡体滑移，取得了很好效果。
六、总结
施工单在8月22日立即逐步实施既定方案，实践证实,为预防滑坡体在施工过程中滑动,确保安全顺利进行施工所采取方法和施工方法是成功,到现在为止这些方法确实起到了阻止滑坡体滑动作用。经过后期对滑坡体和隧道围岩变形监控量测,能够得出以下几点结论:
1、在滑坡体滑动方向和隧道中线小角度相交条件下，浆砌重力式洞门挡土墙、明洞顶回填土体反压，在阻止滑坡体滑动上起到了直接作用。
2、在隧道进、出口地处古滑坡段条件下，隧道进洞方案选择合理是否至关关键，应尽可能符合“早进洞、晚出洞”隧道施工标准,有效减小滑坡机率,同时降低开挖,有利于环境保护。
3、在已诱发滑坡活动情况下，处理方案、处理方法选择是否合理，应急方法立即是否也相当关键，在对滑坡处理同时，应稳抢隧道施工。