汶川大地震对紫坪埔隧道出口古滑坡的影响分析及治理措施.

汶川大地震对紫坪埔隧道出口古滑坡的影响分析及治理措施张昌勇【摘 要】本文通过对比地震前边坡治理与否在地震中的不同破坏程度，并以紫坪埔隧道出口古滑坡为例，重点介绍了古滑坡地震前后处治过程和方法，阐述了工程建设中边坡治理的重要性和必要性。【关键词】大地震；古滑坡；锚杆；注浆The Effect Analyses and Treatment Measure to Ancient Landslide in Zipingpu Tunnel Exit in Wenchuan EarthquakeZhang ChangyongAbstract: By comparing the various destructiveness of slopes, which is treated or not, and taking ancient landslide in Zipingpu tunnel as an example, the process and treatment to ancient landslide before and after earthquake are introduced. Then the importance and necessity of governance is obvious in construction.Keywords : large earthquake, ancient landslide, bolt, grouting 1 工程概况1.1 隧道概况与基本地质情况紫坪埔隧道（原董家山隧道）是国道317（213）线的共用段成都汶川第一座隧道，全长24095m ，是都汶高速公路最长的隧道。出口洞口段位于古滑坡体内，岩体破碎。该隧道的岩质较差，围岩以灰色薄层状泥岩，砂质泥岩为主，夹少量炭质泥岩及薄煤层（小于0.5m ），并与黄灰色粉砂岩呈不等厚互层组成。软质岩约占2/3，硬质岩约占1/3。泥质岩及炭质泥岩失水后易崩解，遇水易软化，裂隙发育，易破碎。围岩多呈块碎状镶嵌结构，稳定性较差。层中赋存瓦斯等有害气体。隧道围岩以类为主（图1）。张昌勇：1971年生，高级工程师。汶川都江堰1.2 古滑坡体概况隧道出口段位于下白果坪滑坡地带，隧道轴线与滑坡主轴基本一致，所处路段LK17+378+520，纵长142m, 宽160m ，面积约2.1万平方米，厚818m ，体积27.3万立方米，属中型堆积古滑坡。滑坡体上地表多为耕地果林。滑坡地面宏观上比较明显，总体呈圈椅状，滑坡后缘形成一圆弧形斜坡，坡角3035，滑坡两侧有鼻状山脊，滑坡中部为一平坦的平台，并略向山内倾斜。滑坡前缘为一坡角30的斜坡，其上植被茂密，前缘以外为一坡角4050砂岩基岩陡坡。滑体主要为块、碎石土组成，堆积杂乱，浅部夹一层12米厚的粉质粘土。通过钻孔揭露，滑带土为0.21.5m 低液限粘土，12层，并形成明显的隔水层，使滑体含水层略具承压力。滑体及崩坡积层之下为三叠系须家河组二段第八、九层，第八层岩性为黄灰色、灰色厚层状细中粒砂岩，胶结疏松，含较多煤包体、煤屑，分布于滑床中、前部及前缘外围，第九层岩性为深灰色泥岩夹薄层炭质泥岩，煤线与黄灰色粉细砂岩互层，岩层走向NE5565，倾向SE ，倾角3545，向山内倾斜，岩体以块碎状镶嵌结构为主，浅埋，强风化段为类围岩。通过勘测地表，未发现新的裂缝和变形迹象，表明古滑坡处于稳定状态，滑坡体中前部堆积较厚，滑面平缓，有反压阻滑作用。由于双洞连拱洞口开挖（开挖后高度达1216m ，宽度达20余米），加之前部深路堑及岷江大桥桥台施工，开挖后滑体前部原有反压阻滑物质已大部分挖除，经分析计算，开挖后将会影响和破坏滑体的稳定状态，引起滑坡后部及两侧局部复活滑移。 图2 隧道出口段古滑坡地形图及纵剖面图2 古滑坡治理措施回顾 2.1 古滑坡初期处治方案根据滑坡位置的地质特征确定了初期处治的指导思想：采用清方减载、挡墙、拱形骨架、挂三维土工网填土植草、植灌木、喷播有机基材植草、截（排）水设施、纵向渗沟综合防护。采用1：0.751：1.25的坡比对边坡进行清方减载，每级坡高10米，其中第一、第二级坡面采用拱形骨架挂三维土工网填土植草、植灌木防护，其余坡面采用挂三维土工网植草、植灌木及喷播有机基材植草防护；每级坡面间设2米宽的平台，采用M7.5浆砌片石封闭，并设拦水坎；在坡口5米以外设置坡顶截水沟，各平台拦水坎内的水均汇集到截水沟并与相邻合同段边坡截水沟顺接。 2.2 处治方案的变更原因及治理措施 2.2.1 变更原因滑坡处治自2004年1月施工以来，由于边坡开挖后地质情况与详勘报告有出入，仰坡段第六级平台以上基岩面深度加大，岩石破碎，节理裂隙发育；纵12断面至右侧高压铁塔之间局部地段第四系堆积层和滑坡堆积体的厚度比原设计增大较多。左侧边坡及仰坡上部土层出现裂缝，表层覆盖层局部坍滑。左侧第一级第四级边坡覆盖层厚度仍然较大，同时仰坡右侧坡口线以外坡积土体发生滑塌，边坡出现多处裂缝，原右侧铁塔基座上挡墙裂缝加宽，基座外侧已垮塌。 2.2.2 治理方案针对边坡处治过程中揭示的问题，特别是针对滑移问题较为严重，故采取如下措施：A 、仰坡及部份边坡采用竖梁压力注浆锚杆加固；B 、左侧仰坡增设预应力锚索结合坡脚抗滑 桩加固；C 、变电站不开挖；D 、增设抗滑桩。（图3）图3 滑坡治理最终方案平面图1）布设抗滑桩在洞口线路右侧沿线路方向设A 型抗滑桩7根；左侧沿线路方向设C 型抗滑桩10根；洞口左侧横向在变电所范围内设B 型抗滑桩共8根；在右侧边坡上原铁塔位置下方设D 型抗滑桩4根。C 型桩C1C8#桩间挂挡土板，采用C25钢筋砼进行预制。2）竖梁压力注浆锚杆及垫墩锚杆洞口仰坡（A 区）采用竖梁压力注浆锚杆加固。在左侧的26级坡面即坡面变形及局部浅层稳定性较差区（A1区）在坚梁间增设垫墩锚杆加固。锚杆为全长粘结锚杆。封锚采用C20砼。根据试验确定合理的注浆压力、注浆量等参数以及是否能满足设计所要求的抗拔力。若试验过程中发现坡体内存在较大裂隙，注浆量远大于设计值时，可通过局部提高浆液浓度，分时段间隔注浆或在大裂隙孔段设PVC 管等方法保证注浆效果。锚杆间距一般为4m ，在坡体岩性较差、节理裂隙较发育处，若坡体不稳定层厚度较大时，应适当增加锚杆和注浆的数量。由于边坡地下水较丰富，竖梁间设仰斜式排水孔，泄水孔间距8m ，上下排交错设置，上倾10，钻孔孔径为110mm ，内设外径110mmPVC 带孔波纹管。3）预应力锚索 在第七级坡面的左侧，坡顶截水沟以外的原自然坡面（B 区）设预应力锚索。采用4s15.2mm 预应力锚索，钻孔孔径均为130mm ，长28.5m ，在基岩中锚固长度为10m ，与水平面夹角20，水平间距4m 。设计锚固力为500KN 。锚索张拉应分两次逐次张拉，第一次张拉值为总张拉力的70，两次张拉间隔时间不小于5天，由于坡面为堆积体，锚索预应力损失较大，在张拉结束后3个月左右，对锚索进行了补张拉。垫墩采用C25钢筋砼。4）网格骨架挂三维土工网植草绿化洞口仰坡A 区即采用竖梁压力注浆锚杆加固区，竖梁间的坡面采用喷播有机基材防护：首先在竖梁间的坡面上采用18钢筋设固网锚杆长1.1m ，间距1.01.0m 。在固网锚杆上挂铁丝网，然后再喷播有机基材、栽植灌木。在隧道左右侧边坡的一、二级坡面（C 区）上用浆砌片石作网格骨架护坡，网格间挂三维土工网（EM4），然后填土植草、植灌木。 3 汶川大地震对古滑坡的影响分析 3.1 地震成因简析地震是地壳中累积的构造应力集中引起地壳岩石突然破裂的结果。印度板块以每年50mm 的速度向亚洲俯冲，造成青藏高原快速隆升。同时，高原物质向东缓慢流动，在高原东缘地区沿龙门山构造产生向东挤压，这种挤压受到四川盆地之下刚性地块的顽强阻挡。经过长期的构造应力能量的累积，最终在映秀地区发生突然释放，破裂构造沿龙门山中央断裂带迅速扩展，产生了地震破裂带。龙门山构造带主要有三条断裂带组成：从西向东分别为汶川-茂县断裂、北川-映秀断裂和安县-灌县断裂，这三条断裂新生代以来的活动特征均表现出由南西向北东斜向逆冲，并伴随右旋滑动分量。根据这次地震震源机制解析资料推断，汶川强震的发震构造是因龙门山构造带中央断裂带，也称北川-映秀断裂，该断裂在北西西-南东东向挤压应力作用下，发生逆冲运动，属于逆冲型地震。据地震资料反演得出的震源深度在12-19千米，投影结果正好处在深部北川-映秀断裂带上（图4）。图4 龙门山断裂构造系与在遥感影像图上强震震中位置3.2 地震对国道213边坡的影响本次地震在沿映秀北川青川断裂带两侧的极震区和重震区，地震触发了大量规模不等的山体滑坡和崩塌，据有关资料表明，地质灾害多达12000多处，隐患点近8700处。地震后国道213 公毁损严重，公基扭曲变形，公桥梁倒塌，近百辆驶的车辆受困于公，且多辆车遭遇石崩塌被压毁掩埋并阻断交通（图5，6）。根据成山地所分析结果，从漩口镇到映秀镇的坡和崩塌密集地沿国道213线分布，有159 处坡和崩塌，其崩塌处线密达3.3 处/公。 图5 国道213距马鞍石隧道进口500米处，主动防护网治理的边坡坍方，造成中断交通，数辆车被埋。图6 国道213线都汶跨线桥都江堰侧约300米处无防护措施的边坡坍方，中断交通，车辆和人员被埋。图示箭头为国道213线。3.3 地震对都汶路紫坪埔隧道出口古滑坡的影响 3.3.1 对古滑坡前期治理的总的评价经过“汶川8.0级大地震”的考验，前期对古滑坡的治理是成功的。距该滑坡不到1km 的地方，都汶路庙子坪大桥中一跨梁被震断而发生坍塌，见图7。在该滑坡对面，都汶路龙洞子隧道出口，由于隧道洞口的自然仰坡高陡，在地震力作用下发生了严重的坍塌与滑坡，滑落的土石几乎将左洞口完全堵塞，掉在右洞口的一块巨大滚石严重妨碍车辆通行，见图8。反观紫坪铺隧道出口古滑坡采用了锚索、压力注浆锚杆等加固措施后，就保持了较好的整体稳定性，参见图7。 图7 庙子坪大桥地震梁断处及治理后的古滑坡 图8 地震后的都汶路龙洞子隧道出口仰坡总的来说治理是成功的，但“5.12”大地震对该边坡也有一定的局部破坏。 3.3.2 地震对该古滑坡的局部破坏情况介绍受“512汶川大地震”影响，该隧道出口仰坡加固设施局部受损破坏，防护区域外局部出现垮塌，具体如下：(一 原防护区域外(I区 位于左洞轴线左侧55m 76m 范围，为原天然边坡地震后发生垮塌，该段坡顶距坡口ll 12m 之外发育一裂缝，张开512cm 不等，延伸长度约l8m 。（图9）(二 原防护区域(区 ：竖梁变形折断区(II-l区 ：第三级左侧11根竖梁及第二级左侧7根竖梁变形较为严重，部分折断；竖梁轻微变形区(II-2区 ：仰坡左侧第四第九级竖梁存在轻微变形；图9 防护区域外天然边坡的垮塌及坡口裂缝垫墩锚索变形破坏区(-3区 ：仰坡左侧原锚索防护区须家河组砂岩发生崩塌，垮塌方量约48方，导致底部靠近隧道轴线处3根锚索失效，有一根锚索锚头呈悬挂状，垮塌岩块还砸坏部分竖梁；临时挂网喷浆区(II-4区 ：仰坡第一级洞顶范围原临时挂网喷砼局部开裂、折断； 坡顶截水沟破坏较为严重，长度约55m ，其余截排水沟及平台仅局部错断，破坏程度稍轻微；（图10）坡顶截水沟后缘l 5m 范围发育一条贯通性的裂缝，缝宽0.10.50m 。（图11）图10 坡顶截水沟错断 图11 坡顶截水沟后缘裂缝4、对震后古滑坡的治理措施 4.1、总体治理措施根据各区的变形破坏情况，分区进行加固防护，具体如下表及图12：地震破坏分区加固措施表 图12 地震后治理总平面图4.2 各种防护措施施工工艺4.2.1 框架锚杆、压力注浆锚杆、钢筋砼竖梁等施工工艺。详见小净距隧道洞口古滑坡处治方案探讨，岩土锚固协会2006年论文集锚固技术在岩土工程中的应用。 4.2.2 主动防护网施工工艺主动防护网为定型产品，系统部件全部是标准化的部件，现场施工除少量的以锚杆施工为主的基础施工外，全部为装配作业。1、防护原理纵横交错的16纵横向支撑绳与4.54.5m 正方形模式(边缘局部根据需要有时为 4.52.5m 布置的锚杆相联结并进行预张拉，支撑绳构成的每个4.54.5m(或4.52.5m 网格内铺设一张D0/08/300/44m(或42m 型钢丝绳网，每张钢丝绳网与四周支撑绳间用缝合绳缝合联结并拉紧，该预张拉工艺能使系统对坡面施以一定的法向预紧压力，从而提高表层岩土体的稳定性，尽可能地阻止崩塌落石的发生并将小部分落石限制在一定的空间内运动，同时，在钢绳网下铺设小网孔的S0/2.2/50型格栅网，以阻止小尺寸岩块的塌落。2、施工顺序及工艺对坡面防护区域松散岩土体进行清除。放线测量确定锚杆孔位(根据地形条件，孔间距可有0.3m 的调整量 ，并在每一孔位处凿一定深度不小于锚杆外露环套长度的凹坑，一般口径20cm ，深15cm 。按设计深度钻凿锚杆孔并以高压气清孔，孔深应比设计锚杆长度长5cm 以上，孔径不小于42m ；当受凿岩土设备限制时，构成每根锚杆的两股钢绳，可分别锚入两个孔径不小于35mm 的锚孔内，形成人字形锚杆，两股钢绳间夹角为1530度，以达到同样的锚固效果。为提高钢绳锚杆锚固效果，将其与压力注浆锚杆绑扎在一起。注浆并插入钢绳锚杆(钢绳锚杆外露环套顶端不能高出地表，且环套段不能注浆，以确保支撑绳张拉后尽可能紧贴地表 ，采用M30水泥砂浆，孔内应确保浆液饱满，在进行下一道工序前注浆体养护不少于三天。安装纵横向支撑绳，张拉紧后两端各用24个(支撑绳长度小于15米时为2个，大于30米时为4个，其间为3个 绳卡与锚杆外露环套固定连接。从上向下铺挂格栅网，格栅网间重叠宽度不小于5cm ，两张格栅网间的缝合以及格栅网与支撑绳问用中1.2铁丝按lm 间距进行扎结(有条件时本工序可在前一工序前完成即将格栅网置于支撑绳之下 。从上向下铺设钢绳网并缝合，缝合绳为中8钢绳，每张钢绳网均用一根长约3lm(或27m 的缝合绳与四周支撑绳进行缝合并预张拉，缝合绳两端各用两个绳卡与网绳进行固定联结。5 监控量测根据边坡的变形的实际情况，水平位移变形和地表沉降变形表现的结果是一致的。所以对该边坡只做地表沉降观测。监测仪器：徕卡DNA03电子水准仪，变形观测专用铟钢尺。 水准仪精度：0.3mm/km监测方法:利用水准仪观测测点高程的方法掌握地表垂直位移变化情况。量测各测点与基准点之间的相对高程差，本次所测高差与上次所测高差相比较，差值即为本次沉降值，本次所测高差与初始高差相较，差值即为累计沉降值。 根据现场实际情况进行布设： 共设 3 个观测点， 在第四级平台中部右洞中线的投影处设 1#观测点，在洞顶截水沟靠坡口侧纵七的投影处设 2#观测点，在距左线轴线左侧 65 米处， 距坡口 3 米处的小路傍设 3#观测点。 观测频率：施工结束后，17 天，2 次天。715 天，1 次天 。1530 天，1 次 2 天。30 天后，1 次3 天 数据收集及分析： 通过现场监测取得的资料， 每次观测后应立即对原始观测数据进行校 核和整理，包括原始观测值的检验、物理量的计算、填表制图，异常值的剔除、初步分析和 整编等，并将检验过的数据输入计算机的数据库管理系统。 绘制测点时间沉降量曲线散点图（如图 13） 3#观测点地表沉降时间关系曲线图 120 100 累计沉降量(mm 80 60 40 20