ICS27.140

CCSP55

13

河北省地方標(biāo)準(zhǔn)

DB13/T5607—2022

南水北調(diào)中線隧洞進(jìn)出口邊坡失穩(wěn)

預(yù)防指南

2022-07-11發(fā)布2022-08-11實(shí)施

河北省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布

DB13/T5607—2022

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)

定起草。

本文件由河北省水利廳提出并歸口。

本文件起草單位：天津市冀水工程咨詢中心有限公司，武漢大學(xué)。

本文件參編單位：河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)、南水北調(diào)中

線干線工程建設(shè)管理局河北分局、河北省水利工程局集團(tuán)有限公司。

本文件主要起草人：牛桂林、吳競、謝子書、劉勇、袁浩、郄志紅、冉彥立、崔福占、畢東華、

劉修水、徐世賓、李珊珊、徐友奇、朱亞飛、苗鑫淼、楊璐、白依文。

I

DB13/T5607—2022

南水北調(diào)中線隧洞進(jìn)出口邊坡失穩(wěn)

預(yù)防指南

1范圍

本文件規(guī)定了南水北調(diào)中線隧洞工程復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害及預(yù)防措施的術(shù)語和定義、總體原則、邊坡

穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與調(diào)查、邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、邊坡加固措施。

本文件適用于南水北調(diào)中線隧洞工程邊坡的勘察、設(shè)計(jì)與施工。其他大中型輸水工程亦可參照

執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文必不可少的條款。其中，注明日期的引用

文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改

單）適用于本文件。

GB50330建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范

GB50487水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范

SL279水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范

SL386水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范

SL430調(diào)水工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則

SL629引調(diào)水線路工程地質(zhì)勘察規(guī)范

SL677水工混凝土施工規(guī)范

DL/T5255水電水利工程邊坡施工技術(shù)規(guī)范

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

隧洞tunnel

在南水北調(diào)中線工程中，在山體中開挖的、具有封閉斷面的輸水通道。

邊坡sideslope

在南水北調(diào)中線隧洞工程進(jìn)出口段，由各種地質(zhì)作用演化或人工開挖形成具有高度差的坡體。

三維邊坡three-dimensionalsideslope

通過位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)等來間接評(píng)估邊坡穩(wěn)定性的三維形態(tài)坡體。

非均質(zhì)邊坡inhomogeneousslope

以軟弱夾層為主，具有非均質(zhì)性的坡體。

邊坡失穩(wěn)slopefailure

邊坡發(fā)生滑動(dòng)、潰屈、傾倒、崩塌、坍塌、拉裂和流動(dòng)的現(xiàn)象。

4總體原則

以保障隧洞工程邊坡穩(wěn)定為宗旨，預(yù)防為主、防治結(jié)合。

采用定性評(píng)價(jià)與定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

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邊坡穩(wěn)定性檢測(cè)應(yīng)結(jié)合建設(shè)期工程地質(zhì)條件資料，以地質(zhì)條件較差區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)檢測(cè)對(duì)象，以極

端降雨氣象為重點(diǎn)檢測(cè)時(shí)段，合理制定檢測(cè)計(jì)劃。

邊坡按地質(zhì)構(gòu)造分為均質(zhì)邊坡和非均質(zhì)邊坡，按計(jì)算模型分為二維邊坡和三維邊坡，穩(wěn)定性評(píng)

價(jià)中應(yīng)采用先進(jìn)、成熟的評(píng)價(jià)方法對(duì)邊坡進(jìn)行評(píng)價(jià)，提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

邊坡穩(wěn)定處理措施包括預(yù)防措施和治理措施兩大類。預(yù)防措施以防水排水措施為主，治理措施

包括削坡減載、重力式擋墻、抗滑樁加固、預(yù)注漿加固、錨固等工程措施。應(yīng)用中，根據(jù)工程實(shí)際情

況，合理選擇一種或多種組合加固措施。

5邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與調(diào)查

一般規(guī)定

5.1.1南水北調(diào)工程邊坡應(yīng)設(shè)置必要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，用以監(jiān)控邊坡安全、穩(wěn)定。

5.1.2邊坡的安全監(jiān)測(cè)工作應(yīng)遵循以下原則：

a)儀器檢測(cè)應(yīng)與巡視檢查相結(jié)合，傳統(tǒng)預(yù)警手段與新監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)相結(jié)合。

b)結(jié)合工程具體情況，針對(duì)不同監(jiān)測(cè)時(shí)段和不同監(jiān)測(cè)對(duì)象，突出重點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)

完整、連續(xù)、真實(shí)、可靠。

5.1.3對(duì)于監(jiān)測(cè)中的異常情況，應(yīng)做到立即復(fù)測(cè)、及時(shí)上報(bào)。

監(jiān)測(cè)

5.2.1南水北調(diào)工程邊坡應(yīng)根據(jù)其類型、高度、結(jié)構(gòu)形式、地形地貌、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)，以及

與水工建筑物的關(guān)系，設(shè)置必要的安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和設(shè)施，詳見SL430及SL629。

5.2.2邊坡安全監(jiān)測(cè)應(yīng)系統(tǒng)化，監(jiān)測(cè)階段應(yīng)包括前期監(jiān)測(cè)、施工期監(jiān)測(cè)和運(yùn)行期監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容應(yīng)

包括位移與變形監(jiān)測(cè)、地下水監(jiān)測(cè)、邊坡加固結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和其他專項(xiàng)監(jiān)測(cè)，詳見DL/T5255。

5.2.3監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)統(tǒng)籌安排，有針對(duì)性的設(shè)置監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、布設(shè)監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)施。

5.2.4監(jiān)測(cè)斷面的選擇應(yīng)具有典型性和代表性，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目宜采用兩種以上的監(jiān)測(cè)手

段。

5.2.5監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備應(yīng)滿足以下要求：

a)應(yīng)長期穩(wěn)定、可靠，可適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境。

b)監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)有防護(hù)措施，并定期進(jìn)行管護(hù),對(duì)于損壞或部分功能不能滿足使用需求的設(shè)備應(yīng)

及時(shí)更換。

c)安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)位應(yīng)設(shè)有安全、便利的通道。

5.2.1邊坡安全監(jiān)測(cè)方法宜多樣化，監(jiān)測(cè)手段應(yīng)以傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段為主，宜結(jié)合新監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)。

a)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段應(yīng)包括，聯(lián)合社會(huì)力量群防群治、人工地面調(diào)查、氣象觀測(cè)與臨界雨量預(yù)警

等。

b)新監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)宜采用雷達(dá)掃描系統(tǒng)、北斗通信系統(tǒng)、機(jī)載LIDAR和無人機(jī)航拍系統(tǒng)、陣

列式位移傳感器系統(tǒng)、自適應(yīng)智能變頻裂縫儀、恒阻大變形錨索系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)系

統(tǒng)等成熟技術(shù)手段。

5.2.2邊坡安全監(jiān)測(cè)資料的整編與分析應(yīng)滿足下列要求：

a)監(jiān)測(cè)資料應(yīng)包含自監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)后的初始值，以及施工期和運(yùn)行期等完成序列的數(shù)據(jù)。

b)應(yīng)定期對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行整編和分析并對(duì)邊坡的穩(wěn)定情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

c)應(yīng)建立監(jiān)測(cè)資料數(shù)據(jù)庫、紙質(zhì)檔案及檔案管理制度。

5.2.8南水北調(diào)工程邊坡監(jiān)測(cè)內(nèi)容除以上監(jiān)測(cè)項(xiàng)目外，尚應(yīng)滿足下列監(jiān)測(cè)要求：

a)隧洞邊坡工程應(yīng)進(jìn)行雨霧、降雨的匯流監(jiān)測(cè)，并與變形監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行綜合分析。

b)對(duì)錨噴支護(hù)工程，應(yīng)進(jìn)行施工期監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋給相關(guān)單位。

c)采用錨桿（索）或混凝土抗滑結(jié)構(gòu)加固的邊坡，應(yīng)對(duì)地下水的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)錨索（桿）

與保護(hù)體系進(jìn)行防腐監(jiān)測(cè)。

5.2.9邊坡安全監(jiān)測(cè)除應(yīng)滿足本文件要求外，還宜參照SL386及GB50487的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

調(diào)查

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5.3.1邊坡穩(wěn)定性調(diào)查內(nèi)容應(yīng)包括內(nèi)業(yè)檔案資料搜集與分析，外業(yè)工程現(xiàn)場(chǎng)查勘與走訪。

5.3.2內(nèi)業(yè)檔案資料搜集與分析時(shí)，應(yīng)注重收集以下資料：

a)工程區(qū)氣象、降雨等基礎(chǔ)資料，工程前期、施工期的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)、施工地質(zhì)資

料。

b)隧洞（含邊坡）開挖、基礎(chǔ)處理等工程的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理及驗(yàn)收的有關(guān)圖件和文字報(bào)告

等。

c)隧洞（含邊坡）施工的質(zhì)量控制、質(zhì)量檢測(cè)、監(jiān)理以及驗(yàn)收?qǐng)?bào)告等資料。

d)工程在施工期出現(xiàn)的質(zhì)量事故及處理情況的有關(guān)資料。

e)工程投入運(yùn)用以來在質(zhì)量方面的實(shí)際情況和變化情況的記錄資料。

f)竣工后歷次質(zhì)量檢查及參數(shù)測(cè)試等資料。

g)隧洞工程的圍巖、邊坡工程實(shí)際運(yùn)行的參數(shù)。

h)工程在運(yùn)行期出現(xiàn)的質(zhì)量事故及其處理情況的有關(guān)資料。

5.3.3外業(yè)工程現(xiàn)場(chǎng)查勘與走訪時(shí)，應(yīng)滿足如下要求：

a)外業(yè)調(diào)查應(yīng)包括常規(guī)情況的和特殊情況下的調(diào)查工作。

b)調(diào)查方式應(yīng)以人工地面調(diào)查為主，局部地形復(fù)雜人工難以查勘的地段可采用無人機(jī)航拍方

式輔助獲取工程現(xiàn)場(chǎng)資料。

c)外業(yè)調(diào)查應(yīng)做好原始數(shù)據(jù)采集、記錄和存儲(chǔ)工作，調(diào)查資料分析整編后應(yīng)歸入檔案。

6邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

一般規(guī)定

6.1.1邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)常用極限平衡法、極射赤平投影法、工程地質(zhì)類比法、數(shù)值分析法及三維有

限元法,詳見SL386及GB50330的相關(guān)規(guī)定。

6.1.2南水北調(diào)中線隧洞進(jìn)出口邊坡失穩(wěn)評(píng)價(jià)宜采用三維有限元法進(jìn)行模擬，并結(jié)合強(qiáng)度折減法

對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定評(píng)價(jià)

6.2.1隧洞邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)型式分為均質(zhì)邊坡和非均質(zhì)邊坡兩種。

6.2.2均質(zhì)邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)。

采用三維有限元法結(jié)合強(qiáng)度折減法，通過邊坡的位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)等間接評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性。并從

滑移面的形狀、位置和長度等方面反映邊坡的破壞機(jī)理。按以下進(jìn)行計(jì)算：

a）折減步進(jìn)行強(qiáng)度折減，根據(jù)增加折減系數(shù)達(dá)到邊坡“瀕臨破壞極限狀態(tài)”。

1）以特征點(diǎn)處的位移（坡頂點(diǎn)豎直方向的位移及坡腳點(diǎn)水平方向的位移）作為邊坡的

失穩(wěn)判據(jù)；

2）以廣義塑性應(yīng)變或者等效塑性應(yīng)變從坡腳到坡頂貫通作為邊坡破壞的標(biāo)志；

3）以有限元計(jì)算不收斂作為邊坡失效的判據(jù)。

b）采用有限元強(qiáng)度折減系數(shù)Fos，近似為邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。

?

?′=……………………（1）

???

????

????′=…………………（2）

???

式中：

???——折減系數(shù)；

?——黏聚力；

?′——折減后的黏聚力；

?——內(nèi)摩擦角。

?′——折減后的內(nèi)摩擦角。

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6.2.3非均勻邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)

采用三維邊坡有限元計(jì)算模型分析，分析步驟即荷載步和折減步，按以下計(jì)算：

a）荷載步施加重力進(jìn)行初始地應(yīng)力平衡，在折減步對(duì)土體不排水抗剪強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度折減，根

據(jù)邊坡計(jì)算不收斂時(shí)狀態(tài)計(jì)算得到安全系數(shù)。

b）滑動(dòng)體體積定義為有限元單元位移大于0.2m的單元體積之和。模擬過程中，每模擬一次

土體的非均勻性，計(jì)算相應(yīng)模型的滑動(dòng)體體積以及安全系數(shù)。單元位移和滑動(dòng)體體積見式

（3-5）。

8

???=∑???…………（3）

?=1

222

???=√(???+???+???)……（4）

?

?=∑??…………（5）

?=1

式中：

?Vk——第k個(gè)單元的變形位移；

uki——第k個(gè)單元第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移；

xki,yki,zki——第k個(gè)單元第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在x，y，z方向上的位移；

V——滑動(dòng)體體積；

n—滑動(dòng)過程中單元位移超過0.2m的單元數(shù)量。

邊坡結(jié)構(gòu)失穩(wěn)

6.3.1邊坡結(jié)構(gòu)失穩(wěn)影響因素

6.3.1.1地質(zhì)條件誘發(fā)破壞

圍巖構(gòu)造斷裂帶造成隧洞洞口塌方。隧洞進(jìn)口段斷層及軟弱夾層的存在發(fā)塌方的發(fā)生。

6.3.1.2降雨入滲誘發(fā)滑坡

隧洞洞室開挖完成后，地下水滲入洞口兩側(cè)的斷層破碎帶，導(dǎo)致圍巖整體失穩(wěn)。

6.3.1.3降雨沖刷誘發(fā)滑坡

在降雨沖刷下邊坡坡腳位置較為危險(xiǎn)，受到較大的滲透力作用，邊坡整體存在較大的失穩(wěn)概率。

6.3.1.4降雨與軟弱夾層聯(lián)合作用

軟弱夾層會(huì)降低邊坡滑體的抗滑力以及安全系數(shù)，其厚度影響滑動(dòng)面半徑及位置。

6.3.1.5施工影響

混凝土噴護(hù)層的滲透系數(shù)與抗?jié)B、強(qiáng)度等級(jí)和施工質(zhì)量有關(guān)，噴護(hù)層下方的土體從排水設(shè)施中

沖出，導(dǎo)致噴護(hù)層下方出現(xiàn)大量的空洞，會(huì)進(jìn)一步誘發(fā)邊坡失穩(wěn)。隧洞進(jìn)出口邊坡的施工應(yīng)符合SL

677的有關(guān)規(guī)定。

6.3.2巖土體對(duì)失穩(wěn)的影響

6.3.2.1非均質(zhì)土體對(duì)滑坡體積的影響

非均質(zhì)性邊坡的滑面強(qiáng)度值小于平均強(qiáng)度值25kPa，基于平均強(qiáng)度的確定性分析可能導(dǎo)致有風(fēng)險(xiǎn)

的設(shè)計(jì)和建議。假定土體在空間上是均勻的，則滑動(dòng)體的體積將被低估。

6.3.2.2非均質(zhì)土體對(duì)安全系數(shù)的影響

土體的非均質(zhì)特性削弱土體的強(qiáng)度，導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性降低。基于土體平均強(qiáng)度25kPa的穩(wěn)定性，

會(huì)導(dǎo)致偏于危險(xiǎn)的設(shè)計(jì)和分析。

4

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6.3.2.3軟弱夾層對(duì)安全系數(shù)的影響

a)在邊坡起伏較大、邊坡較穩(wěn)地段的巖土體，首先出現(xiàn)屈服，塑性區(qū)由邊坡中下部逐漸向上

發(fā)展，塑性應(yīng)變從坡腳到坡頂貫通，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

b)邊坡坡腳表面土體為易滑土體，在外力作用下易造成土體失穩(wěn)，滑體形狀為橢球形。軟弱

夾層的存在大幅降低邊坡安全系數(shù)，是導(dǎo)致邊坡發(fā)生破壞的重要因素。

c)在考慮軟弱夾層情況下，邊坡發(fā)生破壞時(shí)，塑性區(qū)域的范圍及塑性應(yīng)變場(chǎng)大于不存在軟弱

夾層的情況。

6.3.3巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)型式

巖質(zhì)邊坡破壞形式主要為滑移型和崩塌型，其破壞特征見表1。

表1巖質(zhì)邊坡形式破壞分類

破壞形式總體特征破壞特征

硬性結(jié)構(gòu)面的巖體

滑沿外傾結(jié)構(gòu)面滑移，多以碎石滑移與雙面滑移為主

移軟弱結(jié)構(gòu)面的巖體

型

塊狀巖體、碎裂狀巖體、沿極軟巖、強(qiáng)風(fēng)化巖、碎裂結(jié)構(gòu)或散體狀巖體中最不利滑動(dòng)面滑

散體狀巖體移

沿陡傾、臨空結(jié)構(gòu)面滑塌；內(nèi)、外傾結(jié)構(gòu)不利組合面切割，塊體

受結(jié)構(gòu)面切割的巖體

崩失穩(wěn)；巖腔上巖體沿結(jié)構(gòu)面剪切或墜落破壞

塌

型