因为山岭地区地质条件的复杂性和城市道路选线的局限性，常采用隧道的形式穿越山体，而在隧道施工中，容易引发洞口段的山体滑坡，或使已经稳定的古滑坡复活等灾害。而因选线已确定，只得继续隧道施工，此时山体的稳定性与隧道能否顺利施工以及安全运营密切相关，此类结合隧道施工的滑坡灾害治理已然成为工程界的难题。

针对滑坡失稳地段的隧道破坏机制、滑坡-隧道相互作用机理和滑坡体综合治理措施等内容，国内外学者做了许多研究，并取得一定成果。马惠民、吴红刚等^[1-7]系统地论述了滑坡-隧道变形类型、坡体失稳段地质结构模型以及相互作用机理；陶志平、周德培等^[8-11]确立了滑坡-隧道相互作用关系的4类地质力学模型；王永刚等^[12]通过有限元等方法探究了穿越滑坡段的隧道开挖的加固效应。N.Shimizu^[13]通过监测隧道附近的坡体变形及稳定性，分析并评价隧道与坡体稳定性的相互作用机制。已有的大部分研究主要针对沿河傍山修建公路或铁路时遇到的隧道方向正交或大角度相交滑坡主滑方向的情况，且对隧道洞口段穿越滑坡体的治理措施与监测数据分析的研究较少。本研究以郴州市某隧道出口段滑坡抢险治理工程为依托，探讨滑坡-隧道斜交体系下隧道施工对滑坡稳定的影响，提出滑坡体和隧道洞门施工的综合整治方案，并结合监测数据和数值模拟分析治理效果及隧道与滑坡在施工中的相互作用机制，望对今后类似工程的治理与研究提供参考和借鉴。

依托工程的隧道由左右两条单向三车道隧道组成，总长1 265 m，轴向NW284°。单洞开挖宽度约为12.1 m，开挖高度约9.8 m，最大埋深为83 m，隧道断面开挖面积达114.36m²。

隧道洞口段为斜坡边缘，坡面上陡下缓，周边地形起伏，环境复杂，坡顶有数栋4层高村民自建房屋及一条行车公路。

为加快施工进度，隧道施工选择双向施工。但因隧道施工挖方坡脚时，山体出现蠕动变形，坡顶道路沉降开裂，坡面出现数处张拉裂缝，且变形仍在持续发展，最终发展为上部推移下部牵引的复合型中型岩土混合滑坡，滑坡主滑向为SE136°。滑坡与隧道的位置及滑坡范围如图 1、图 2所示。

图 1 平面位置示意图 Fig. 1 Schematic diagram of plane position

图 2 A-A′典型剖面隧道与滑体位置示意图 Fig. 2 Schematic diagram of relative positions of landslide mass and tunnel in typical section A-A′

该滑坡地段的地质情况如下：地层岩性为第四系残坡积粉质黏土和人工填土(Q₄^eld), 二叠系上龙潭组页岩(P₂₁)和二叠系下统栖霞组石灰岩(P_1q)组成。隧道洞口段和滑带位于强风化炭质页岩层，此煤系地层富含亲水性矿物，遇水易软化，岩土力学性质受含水率影响大，在短时强降雨或长时雨季时期，坡体易发生滑塌破坏。

结合现场调查及滑坡发展过程分析，在坡脚挖方前，坡体因坡顶修建房屋和道路，形成局部堆载，并改变原山坡坡面自然散排体系，已出现局部推移式蠕动变形。加之隧道施工时的坡脚切方，加剧原有坡体变形，在滑动面贯通后，形成大范围山体滑坡，阻碍隧道施工。

该滑坡的滑体地层主要为粉质黏土、填土和炭质页岩，滑带土为软弱煤系土。通过现场取样进行室内试验并综合考虑区域经验数值，对治理加固前的滑坡进行稳定性计算。由试验得知，滑带土天然状态下：重度为γ=19.7 kN/m³，c=14~17 kPa，φ=123°；饱和状态下为γ=20.1 kN/m³；c=13~15 kPa，φ=9.6°。选取滑坡主滑断面进行稳定性计算，结果显示，在自重+暴雨不利工况下，该滑坡断面的稳定系数为0.934，剩余下滑力为468.529 kN/m^[14]。

为监测坡体表面位移，共设置56个观测点，选取其中32个重点监测点分析，其点位布置如图 3所示。

图 3 滑坡体监测点及支护布置 Fig. 3 Layout of monitoring points of landslide mass and support

坡面位移监测点延滑动方向排列布置，将坡面位移监测点的水平位移变化呈现在一张图中，各测点的位移变化情况如图 4所示。^[15]

图 4 坡体地表监测点水平位移变化曲线 Fig. 4 Curves of horizontal displacements at monitoring points on slope surface

由图 4可知：在坡脚施工挖方(30 d)前，边坡处于缓慢蠕变状态，监测点位移量较小。随着坡脚挖方施工，加之区域短时降雨量增大，坡体出现明显位移，且这种变化伴随着施工的全过程。此后，随着抗滑桩等支护措施的施工，滑坡位移速率逐渐降低，并趋于平稳。

综合考虑滑坡特点及形成的影响因素，必须对已成型滑坡进行综合整治，在消除滑坡隐患后，继续隧道结构施工。治理特点如下：

(1) 滑坡治理方案应结合隧道施工方案综合设计；

(2) 滑坡治理和隧道设计需考虑到隧道施工阶段隧道与滑坡的相互影响；

(3) 坡顶及周边有房屋、道路分布，住户众多，因此为保障房屋和民众的安全，需严格控制施工及工后的位移变形。

依据工程详勘资料，针对滑坡形成机制和影响因素，结合隧道选线布置及后续施工，拟定“锚索抗滑桩+锚杆框格梁支挡”的治理方案。

隧道出口处中型滑坡体的具体治理措施：抗滑措施主要采用锚索抗滑桩，针对复合型滑坡发育特征，在滑体中上部并垂直于主滑方向设置一排拱形锚索抗滑桩，保护坡顶已建房屋建筑，减小滑坡推力；考虑到隧道施工，结合隧道洞门端墙，在紧贴洞门后壁(滑体下部)处布置锚索抗滑桩，为洞门施工开挖桩前土提供支挡力的同时，贴合隧道洞门端墙，保护拟建隧道洞门结构；在拟建隧道左洞轴线外设置一排平行于轴线方向的抗滑桩，并与前后两排抗滑桩相连形成“工字型”结构整体；在抗滑桩结构达到设计要求强度后，对前后排桩之间的滑坡体进行卸载，减小滑体自身重力，并保护表层坡体稳定；修筑排截水边沟，防治地表水下渗。抗滑桩桩径1.8 m，桩长平均27 m，根据实际地层，以穿过滑动面1/3桩长控制。支护结构布置图如图 3所示。

洞口段围岩主要为粉质黏土和炭质页岩，该段围岩承载力低、稳定性差，加之隧道施工穿过滑体，因此除滑坡支护治理外，加固围岩并消除滑坡推力和洞顶偏压对施工中围岩稳定的影响也至关重要。

隧道支护在考虑滑体支护的基础上强化超前管棚和初期围岩支护结构。进口处使用套拱进洞，并利用I20a钢拱架工字钢，将I20a工字钢一起浇注在60 cm厚C25混凝土中以进行内膜搭制, 在浇注前预埋Φ108 mm×40的钢管作为定位导向套管。选择上下断面正台阶法开挖Ⅳ级围岩段，而Ⅴ级围岩段则使用保留核心土环形开挖法。洞口超前管棚施工采用平行钻机钻孔，人机协同配合插入Φ89钢管并注浆。

为确保隧道安全穿越出口段滑坡，在滑坡区设置深部位移和地表位移监测点，实时掌握变形情况(图 3)，并在隧道开挖过程中设置监控量测断面，监控围岩变形和围岩压力(图 5)。

图 5 隧道围岩位移监测点布置 Fig. 5 Layout of monitoring points for displacement of surrounding rock of tunnel

分析监测数据时，需明确治理过程中的几个重要时间节点：(1)坡脚开挖(2016-10-15)；(2)进行滑坡治理施工(2017-2-23)；(3)主体锚索抗滑桩完成施工，并达到设计强度(2017-6-10)；(4)完成超前管棚加固，开挖隧道左洞(2017-7-19)；(5)隧道穿越滑体，开挖至滑床，并完成初期支护(2017-11-25)。

为分析在隧道施工和滑坡推力作用下，滑体变形沉降规律，选取滑坡主要滑动面中的深部位移监测点A002进行分析。

A002深部位移监测点位于滑坡体中部，距左线隧道轴线约15 m，观测深度22.5 m。初始值为布设孔位第2 d的观测值，每隔2 d观测一次，筛选其中典型日期数据，取得监测结果如图 6所示。

图 6 A002量监测点深度 Fig. 6 Curves of depth-displacement at monitoring point A002

从深度-位移曲线可知，在8~10 m深度范围出现了明显的突变，结合钻孔柱状图，可确定此处为一厚度约为2 m的滑动带。

由图 7可知，滑带位移过程经历3个明显的阶段：第1阶段(45 d之前)，累计位移量为3.08 mm，最大变形速率为0.1 mm/d，速率缓慢并趋于稳定，属小变形阶段；第2阶段(45~223 d内)，期间位移量急剧增加，最大变形速率为1.3 mm/d，位移最大值达到22.58 mm，为变形剧烈阶段^[16]；第3阶段(223 d之后)，变形速率减缓但不断波动，最大位移量为1.5 mm。在整个监测期内，变形主要集中在第2阶段，而此阶段主要为坡脚开挖造成滑坡失稳滑动和滑坡治理施工，之后逐渐趋于稳定，表明锚索抗滑桩支挡结构产生作用，抑制了滑体进一步变形；之后一次明显的波动，主要是因为左线隧道阶段，当隧道穿越滑坡体后，变形保持在一个稳定状态，并有收敛稳定的趋势。

图 7 A002监测点9 m处位移曲线 Fig. 7 Curve of depth-displacement at 9 m of monitoring point A002

为进一步分析隧道施工中，隧道上部地表沉降规律滑体稳定性影响，左线隧道滑坡段上部道路沉降监测点E1~E5进行分析，监测结果如图 8所示。

图 8 左线滑坡段隧道上部地表沉降曲线 Fig. 8 Curves of surface settlement of left landslide section at upper part of tunnel 注：图中监测以隧道开挖日期为起始时间，并将此前各测点的沉降清零。

由图 8可知：随着隧道的开挖，地表监测点的沉降变形量逐渐增大，当掌子面到达滑带附近时，各测点的沉降速率达到最大；当掌子面通过滑带、初期支护完成后，各测点沉降量则逐渐趋于稳定。

因隧道左侧在主滑坡侧，处于滑坡段的结构体长，受滑坡体影响最大，同时施工时亦对滑坡稳定性影响最大。本研究取隧道穿越滑带前的两个断面进行分析-ZK0+810和ZK0+830断面，其拱顶沉降量如图 9所示。

图 9 隧道左线断面拱顶典型沉降曲线 Fig. 9 Typical settlement curves of tunnel vault in left section

左线ZK0+810断面距离滑带约20 m。由图 9可知：隧道拱顶变形受到滑坡推力和洞顶地形偏压的共同影响，在ZK0+840断面隧道上台阶开挖后，直到开挖面推进约20 m前，拱顶下沉速率较大，其间下沉量占总沉降量的64.19%，当支护结构产生作用以及围岩应力重新分布，拱顶沉降逐渐趋于稳定，总下沉量约125.24 mm。相比于ZK0+840断面，ZK0+810断面拱顶在隧道继续开挖后，下沉速率更大，加速变形期的下沉量更大，为前者的1.59倍，而区域稳定后的总下沉量为前者的1.35倍^[17]。由此可知，在滑坡-隧道斜交的隧道建设中，越接近滑动带的隧道断面变形越剧烈，拱顶沉降量也越大；而最终沉降量都减缓并收敛，表明此治理措施在滑坡段隧道施工中取得实际成效。

为验证监测数据分析的准确性和方案的支护效果，采用有限差分数值模拟方法建立三维模型如图 10所示。模型为184 m×226 m×130 m等比例建模。模型主要有6个部分，即滑坡体、滑床、滑带、抗滑桩、锚索、衬砌。滑床和滑体采用摩尔-库伦模型，滑带通过壳单元实现，衬砌采用衬砌单元实现，抗滑桩采用桩单元实现，预应力锚索通过锚索单元Cable实现。模型参数通过详勘报告参数及相似比转化而来。模型的分析工况分3种：滑坡支护前工况、滑坡支护隧道未开挖工况和隧道开挖后工况^[18-19]。

图 10 数值模型 Fig. 10 Numerical models

选取不同分析工况下的滑坡位移变形进行分析，以验证斜交隧道洞口段滑坡治理方案的效果。

(1) 滑坡最终位移量对比分析

在滑坡未支护、滑坡支护隧道未开挖，以及滑坡支护且隧道贯穿滑动面3个工况下，选取滑坡主滑断面的变形云图进行比对分析。

如图 11所示，当滑坡处于天然未支护状态时，滑坡失稳滑动，变形剧烈，最大位移量约为2.32 m；而在隧道开挖前的滑坡防治工程中，如前述方案，设置抗滑支挡结构后，滑坡整体位移减缓，断面的位移量急剧减小，最大位移量仅为4.78×10^-5 m，滑坡整体趋于稳定；在隧道穿越滑带进入滑床后，滑坡体未见明显变形，整体处于稳定状态。

图 11 滑坡主滑断面变形云图(单位：m) Fig. 11 Deformation nephograms of main slide section of landslide (unit: m)

如图 12所示，滑坡区域整体稳定，变形值均在可控和工程要求范围内，其中隧道洞身部位及周边岩土体变形虽相对较大，但位移量也较小。

图 12 滑坡平面变形云图(单位：m) Fig. 12 Deformation nephogram of landslide section(unit: m)

由上述数值模拟结果可知，针对此类斜交隧道洞口段的滑坡防治工程所提出的综合治理方案可行，在滑坡治理、隧道开挖及隧道贯通等全过程中坡体处于稳定安全装填，滑坡治理效果良好。

(1) 针对滑坡-隧道斜交时隧道洞口段滑坡治理，提出以“工字型”抗滑桩为主体的综合治理方案, 并在原隧道设计的基础上，对超前管棚和初期支护进行加强。施工后，拱顶沉降和坡体深部位移的变化趋势表明隧道结构和坡体均处于安全状态，治理结果良好。

(2) 结合监测数据和模拟结果分析，在隧道结构穿过滑体后，隧道洞身支护结构与“工字型”抗滑桩形成组合抗滑结构体，共同抵抗滑坡推力，从而进一步提高运营期间的坡体稳定性。

(3) 通过分析隧道拱顶沉降监测数据，可知滑坡段隧道收敛明显，且愈趋近滑带，隧道沉降变形愈大。鉴于此特点，建议此后类似工程在滑坡段隧道施工中预留较大的变形空间。

(4) 在滑坡-隧道斜交体系中，滑坡段隧道在地形偏压和滑坡推力的影响下，隧道坡顶沉降剧烈，且隧道滑坡主滑段一侧的围岩压力强烈，为保证隧道施工安全，有必要设置一排与隧道轴向相平行的抗滑桩以抵抗下滑力和围岩压力。