DB13_T 5607-2022 南水北调中线隧洞进出口边坡失稳+预防指南.pdf

ICS 27.140 CCS P 55 13 河北省地方标准 DB 13/T 56072022 南水北调中线隧洞进出口边坡失稳 预防指南 2022-07-11 发布 2022-08-11 实施 河北省市场监督管理局 发 布 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由河北省水利厅提出并归口。本文件起草单位：天津市冀水工程咨询中心有限公司，武汉大学。本文件参编单位：河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司、河北农业大学、南水北调中线干线工程建设管理局河北分局、河北省水利工程局集团有限公司。本文件主要起草人：牛桂林、吴竞、谢子书、刘勇、袁浩、郄志红、冉彦立、崔福占、毕东华、刘修水、徐世宾、李珊珊、徐友奇、朱亚飞、苗鑫淼、杨璐、白依文。南水北调中线隧洞进出口边坡失稳 预防指南 1 范围 本文件规定了南水北调中线隧洞工程复杂地质灾害及预防措施的术语和定义、总体原则、边坡稳定性监测与调查、边坡稳定性评价、边坡加固措施。本文件适用于南水北调中线隧洞工程边坡的勘察、设计与施工。其他大中型输水工程亦可参照执行。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文必不可少的条款。其中，注明日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB 50330 建筑边坡工程技术规范 GB 50487 水利水电工程地质勘察规范 SL 279 水工隧洞设计规范 SL 386 水利水电工程边坡设计规范 SL 430 调水工程设计导则 SL 629 引调水线路工程地质勘察规范 SL 677 水工混凝土施工规范 DL/T 5255 水电水利工程边坡施工技术规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。隧洞 tunnel 在南水北调中线工程中，在山体中开挖的、具有封闭断面的输水通道。边坡 side slope 在南水北调中线隧洞工程进出口段，由各种地质作用演化或人工开挖形成具有高度差的坡体。三维边坡 three-dimensional side slope 通过位移场、应力场等来间接评估边坡稳定性的三维形态坡体。非均质边坡 inhomogeneous slope 以软弱夹层为主，具有非均质性的坡体。边坡失稳 slope failure 边坡发生滑动、溃屈、倾倒、崩塌、坍塌、拉裂和流动的现象。4 总体原则 以保障隧洞工程边坡稳定为宗旨，预防为主、防治结合。采用定性评价与定量评价相结合的方法对边坡稳定性进行评价。边坡稳定性检测应结合建设期工程地质条件资料，以地质条件较差区域为重点检测对象，以极端降雨气象为重点检测时段，合理制定检测计划。边坡按地质构造分为均质边坡和非均质边坡，按计算模型分为二维边坡和三维边坡，稳定性评价中应采用先进、成熟的评价方法对边坡进行评价，提高评价结果的准确性和科学性。边坡稳定处理措施包括预防措施和治理措施两大类。预防措施以防水排水措施为主，治理措施包括削坡减载、重力式挡墙、抗滑桩加固、预注浆加固、锚固等工程措施。应用中，根据工程实际情况，合理选择一种或多种组合加固措施。5 边坡稳定性监测与调查 一般规定 5.1.1 南水北调工程边坡应设置必要的监测项目，用以监控边坡安全、稳定。5.1.2 边坡的安全监测工作应遵循以下原则：a)仪器检测应与巡视检查相结合，传统预警手段与新监测预警技术相结合。b)结合工程具体情况，针对不同监测时段和不同监测对象，突出重点进行监测；监测数据应完整、连续、真实、可靠。5.1.3 对于监测中的异常情况，应做到立即复测、及时上报。监测 5.2.1 南水北调工程边坡应根据其类型、高度、结构形式、地形地貌、工程地质和水文地质，以及与水工建筑物的关系，设置必要的安全监测项目和设施，详见SL 430及SL 629。5.2.2 边坡安全监测应系统化，监测阶段应包括前期监测、施工期监测和运行期监测，监测内容应包括位移与变形监测、地下水监测、边坡加固结构监测和其他专项监测，详见DL/T 5255。5.2.3 监测项目应统筹安排，有针对性的设置监测项目、布设监测仪器和设施。5.2.4 监测断面的选择应具有典型性和代表性，重点监测断面的监测项目宜采用两种以上的监测手段。5.2.5 监测仪器设备应满足以下要求：a)应长期稳定、可靠，可适应当地环境。b)监测装置应有防护措施，并定期进行管护,对于损坏或部分功能不能满足使用需求的设备应及时更换。c)安全监测点位应设有安全、便利的通道。5.2.1 边坡安全监测方法宜多样化，监测手段应以传统监测手段为主，宜结合新监测预警技术。a)传统监测手段应包括，联合社会力量群防群治、人工地面调查、气象观测与临界雨量预警等。b)新监测预警技术宜采用雷达扫描系统、北斗通信系统、机载 LIDAR 和无人机航拍系统、阵列式位移传感器系统、自适应智能变频裂缝仪、恒阻大变形锚索系统、物联网和大数据系统等成熟技术手段。5.2.2 边坡安全监测资料的整编与分析应满足下列要求：a)监测资料应包含自监测仪器埋设后的初始值，以及施工期和运行期等完成序列的数据。b)应定期对监测资料进行整编和分析并对边坡的稳定情况进行评价。c)应建立监测资料数据库、纸质档案及档案管理制度。5.2.8 南水北调工程边坡监测内容除以上监测项目外，尚应满足下列监测要求：a)隧洞边坡工程应进行雨雾、降雨的汇流监测，并与变形监测成果进行综合分析。b)对锚喷支护工程，应进行施工期监测，并将监测结果及时反馈给相关单位。c)采用锚杆（索）或混凝土抗滑结构加固的边坡，应对地下水的水质进行监测，并对锚索（杆）与保护体系进行防腐监测。5.2.9 边坡安全监测除应满足本文件要求外，还宜参照SL 386及GB 50487的有关规定执行。调查 5.3.1 边坡稳定性调查内容应包括内业档案资料搜集与分析，外业工程现场查勘与走访。5.3.2 内业档案资料搜集与分析时，应注重收集以下资料：a)工程区气象、降雨等基础资料，工程前期、施工期的工程地质及水文地质、施工地质资料。b)隧洞（含边坡）开挖、基础处理等工程的设计、施工、监理及验收的有关图件和文字报告等。c)隧洞（含边坡）施工的质量控制、质量检测、监理以及验收报告等资料。d)工程在施工期出现的质量事故及处理情况的有关资料。e)工程投入运用以来在质量方面的实际情况和变化情况的记录资料。f)竣工后历次质量检查及参数测试等资料。g)隧洞工程的围岩、边坡工程实际运行的参数。h)工程在运行期出现的质量事故及其处理情况的有关资料。5.3.3 外业工程现场查勘与走访时，应满足如下要求：a)外业调查应包括常规情况的和特殊情况下的调查工作。b)调查方式应以人工地面调查为主，局部地形复杂人工难以查勘的地段可采用无人机航拍方式辅助获取工程现场资料。c)外业调查应做好原始数据采集、记录和存储工作，调查资料分析整编后应归入档案。6 边坡稳定性评价 一般规定 6.1.1 边坡稳定评价常用极限平衡法、极射赤平投影法、工程地质类比法、数值分析法及三维有限元法,详见SL 386及GB 50330的相关规定。6.1.2 南水北调中线隧洞进出口边坡失稳评价宜采用三维有限元法进行模拟，并结合强度折减法对边坡的稳定性进行分析。边坡防护结构稳定评价 6.2.1 隧洞边坡防护结构型式分为均质边坡和非均质边坡两种。6.2.2 均质边坡稳定评价。采用三维有限元法结合强度折减法，通过边坡的位移场、应力场等间接评价边坡稳定性。并从滑移面的形状、位置和长度等方面反映边坡的破坏机理。按以下进行计算：a）折减步进行强度折减，根据增加折减系数达到边坡“濒临破坏极限状态”。1）以特征点处的位移（坡顶点竖直方向的位移及坡脚点水平方向的位移）作为边坡的失稳判据；2）以广义塑性应变或者等效塑性应变从坡脚到坡顶贯通作为边坡破坏的标志；3）以有限元计算不收敛作为边坡失效的判据。b）采用有限元强度折减系数Fos，近似为边坡的稳定安全系数。=（1）=（2）式中：折减系数；黏聚力；折减后的黏聚力；内摩擦角。折减后的内摩擦角。6.2.3 非均匀边坡稳定评价 采用三维边坡有限元计算模型分析，分析步骤即荷载步和折减步，按以下计算：a）荷载步施加重力进行初始地应力平衡，在折减步对土体不排水抗剪强度进行强度折减，根据边坡计算不收敛时状态计算得到安全系数。b）滑动体体积定义为有限元单元位移大于0.2 m的单元体积之和。模拟过程中，每模拟一次土体的非均匀性，计算相应模型的滑动体体积以及安全系数。单元位移和滑动体体积见式（3-5）。=8=1 （3）=(2+2+2)（4）=1（5）式中：Vk第 k 个单元的变形位移；uki第 k 个单元第 i 个节点的位移；xki,yki,zki第 k 个单元第 i 个节点在 x，y，z 方向上的位移；V滑动体体积；n滑动过程中单元位移超过 0.2 m 的单元数量。边坡结构失稳 6.3.1 边坡结构失稳影响因素 6.3.1.1 地质条件诱发破坏 围岩构造断裂带造成隧洞洞口塌方。隧洞进口段断层及软弱夹层的存在发塌方的发生。6.3.1.2 降雨入渗诱发滑坡 隧洞洞室开挖完成后，地下水渗入洞口两侧的断层破碎带，导致围岩整体失稳。6.3.1.3 降雨冲刷诱发滑坡 在降雨冲刷下边坡坡脚位置较为危险，受到较大的渗透力作用，边坡整体存在较大的失稳概率。6.3.1.4 降雨与软弱夹层联合作用 软弱夹层会降低边坡滑体的抗滑力以及安全系数，其厚度影响滑动面半径及位置。6.3.1.5 施工影响 混凝土喷护层的渗透系数与抗渗、强度等级和施工质量有关，喷护层下方的土体从排水设施中冲出，导致喷护层下方出现大量的空洞，会进一步诱发边坡失稳。隧洞进出口边坡的施工应符合SL 677的有关规定。6.3.2 岩土体对失稳的影响 6.3.2.1 非均质土体对滑坡体积的影响 非均质性边坡的滑面强度值小于平均强度值25kPa，基于平均强度的确定性分析可能导致有风险的设计和建议。假定土体在空间上是均匀的，则滑动体的体积将被低估。6.3.2.2 非均质土体对安全系数的影响 土体的非均质特性削弱土体的强度，导致边坡的稳定性降低。基于土体平均强度25kPa的稳定性，会导致偏于危险的设计和分析。6.3.2.3 软弱夹层对安全系数的影响 a)在边坡起伏较大、边坡较稳地段的岩土体，首先出现屈服，塑性区由边坡中下部逐渐向上发展，塑性应变从坡脚到坡顶贯通，导致边坡失稳。b)边坡坡脚表面土体为易滑土体，在外力作用下易造成土体失稳，滑体形状为椭球形。软弱夹层的存在大幅降低边坡安全系数，是导致边坡发生破坏的重要因素。c)在考虑软弱夹层情况下，边坡发生破坏时，塑性区域的范围及塑性应变场大于不存在软弱夹层的情况。6.3.3 岩质边坡失稳型式 岩质边坡破坏形式主要为滑移型和崩塌型，其破坏特征见表1。表 1 岩质边坡形式破坏分类 破坏形式 总体特征 破坏特征 滑 移 型 硬性结构面的岩体 沿外倾结构面滑移，多以碎石滑移与双面滑移为主 软弱结构面的岩体 块状岩体、碎裂状岩体、散体状岩体 沿极软岩、强风化岩、碎裂结构或散体状岩体中最不利滑动面滑移 崩 塌 型 受结构面切割的岩体 沿陡倾、临空结构面滑塌；内、外倾结构不利组合面切割，块体失稳；岩腔上岩体沿结构面剪切或坠落破坏 整体状岩体、巨块状岩体 陡立边坡，因卸荷作用产生拉张裂缝致岩体倾倒 7 边坡加固措施 防排水措施 7.1.1 对坡面进行防水，封闭坡面存在的裂隙、裂缝和落水洞等。7.1.2 在坡顶、坡面、坡脚等处设置排水沟将坡面水排走。7.1.3 对坡内存在的潜水，可针对岩土边坡进行钻孔排水，对于岩质边坡，其排水孔优先选在裂隙发育、渗水严重的部位。7.1.4 当地下水难以通过钻孔排水排走时，可考虑在坡内开挖平洞，洞顶辅以扇形排水孔。7.1.5 防排水措施具体标准、型式、规格等应结合项目区条件按 SL 386 设计。处理措施 7.2.1 削坡减载 控制滑坡高度和坡度，将部分滑坡体移走，无需对边坡进行整体加固可使边坡达到自身稳定。7.2.2 重力式挡墙 考虑中线沿线边坡工程大多较陡，可以选择直立式挡土墙或仰斜式挡土墙进行加固，进一步防范牵引式滑坡发生。7.2.3 抗滑桩加固 在边坡位置埋设全埋式、半埋式的钢筋混凝土桩可阻止滑坡移动层继续扩散，以使滑坡保持动态平衡，达到稳定效果。7.2.4 预注浆加固 由于沿线边坡大多为岩土夹层边坡，土层相当于边坡中的软弱带或破碎带，可考虑对边坡中的软弱夹层、断层、破碎带等采取预注浆加固措施来提高边坡的整体稳定性。详细方法按SL 677相关规定执行。7.2.5 支护措施 当塌方量和洞体较大时，在锚杆锚喷支护的基础上增加超前小导管及拱架支护。