有關(guān)隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性及控制技術(shù)的研究

【摘 要】 在施工過程中，隧道洞口段邊坡往往面臨著滑坡、崩塌的危機(jī)。因此，如何對隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行科學(xué)分析并提出有效的控制技術(shù)是隧道工程中急需解決的重要問題。本文從這一問題出發(fā)，先分析了影響隧道洞口邊坡穩(wěn)定性的可能因素以及邊坡破壞的各種模式，然后提出了相應(yīng)的控制措施。

【關(guān)鍵詞】 隧道；洞口段；邊坡穩(wěn)定性；控制技術(shù)

1 引言

由于洞口邊坡的穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個隧道工程的成敗，因而在隧道工程實(shí)施過程中必須引起高度重視。然而，就目前的形勢看，這一問題在我國的公路施工中并未受到普遍重視，比如說我國相關(guān)的施工規(guī)范（《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》等）并未對每種地質(zhì)條件下隧道洞口的內(nèi)容作出相應(yīng)的原則性的規(guī)定，而僅僅只作出了概述性的規(guī)定。此外，設(shè)計(jì)過程中，對隧道洞口的處理也顯得相對隨意。值得一提的是，在我國，因洞口滑坡或坍塌而造成工程進(jìn)度滯后甚至人員傷亡的情況時有出現(xiàn)。

因此，為了盡可能的降低施工過程中因某些可預(yù)測的因素所造成的不必要損失，應(yīng)準(zhǔn)確分析和預(yù)測影響洞口段邊坡穩(wěn)定性的因素，并作出及時科學(xué)地調(diào)控。本文就影響隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的因素及控制技術(shù)做出了深入研究。

2 隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的影響因素

影響隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的因素很多，對一個具體的隧道邊坡而言，我們應(yīng)當(dāng)先從巖體的基本結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)出發(fā)，結(jié)合相關(guān)的工程因素和其他自然因素，然后對其進(jìn)行綜合分析，找出各個因素之間的影響特點(diǎn)和聯(lián)系。

（1）地質(zhì)形貌和巖體

地質(zhì)形貌與巖體在是隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的基本影響因素，它決定了邊坡工程的地質(zhì)特征，是判斷邊坡是否穩(wěn)定的重要依據(jù)之一，因此，選擇地層和巖體好的路段來進(jìn)行施工是確保隧道工程質(zhì)量的前提。特別值得指出的是，研究巖體時不僅要考慮到巖性，更要考慮到巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體兩部分構(gòu)成。所謂結(jié)構(gòu)面指的是有一定面積的，能連續(xù)（斷）續(xù)延展破裂或隱伏破裂的地質(zhì)界面，包括斷層、節(jié)理、層理和片理以及剪切密集帶等。研究表明：巖體中的結(jié)構(gòu)面會對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性造成很大的影響，因?yàn)檫@些部位往往是物理化學(xué)作用和物理力學(xué)變動的活躍反應(yīng)地帶，極有可能危及邊坡穩(wěn)定性。所以，結(jié)構(gòu)面在巖體結(jié)構(gòu)分析中至關(guān)重要。從另一方便來考慮，結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于巖石本身的強(qiáng)度，當(dāng)巖體中有不利的結(jié)構(gòu)面存在時，即便是高度不大的邊坡也有面臨破壞的可能。

（2）工程施工

工程施工也是影響隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的重要因素之一。由于開挖巖體會造成邊坡巖體的力學(xué)狀態(tài)發(fā)生變化，具體表現(xiàn)在應(yīng)力釋放和應(yīng)力集中兩方面。若是均質(zhì)的各向同性體，開挖之前洞口段邊坡巖體的應(yīng)力場應(yīng)為水平應(yīng)力的軌跡線，開挖以后，邊界條件發(fā)生了變化，會導(dǎo)致巖體的力學(xué)狀態(tài)發(fā)生新的調(diào)整。相應(yīng)地，邊坡坡腳附近的巖體所受水平應(yīng)力將大大增加，也就是在該處產(chǎn)生了急劇的應(yīng)力集中。剪應(yīng)力劇增會對隧道洞口邊坡巖體的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的的影響。另外，邊洞口坡坡度也會對邊坡穩(wěn)定性造成影響。實(shí)踐表明，當(dāng)邊坡坡度不大于 35°時，對邊坡穩(wěn)定性的影響不大；反之，當(dāng)邊坡坡度處于 35°到 55°之間時，會對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生急劇增加的負(fù)面影響。此外，隧道埋深也是影響隧道邊坡尤其是上坡穩(wěn)定性的一個重要因素。當(dāng)隧道埋深≥15米時，洞口邊坡受到的影響不大。當(dāng)隧道埋深<15米時，會產(chǎn)生塌方或山體滑動的嚴(yán)重后果。這主要是由于隧道的開挖對隧道左側(cè)巖體產(chǎn)生臨空面，導(dǎo)致該區(qū)域巖體滑動。

（3）水的影響

①大氣降水

大氣降雨后，滲入到巖層中會使得巖層中的細(xì)微顆粒富集、離子交換頻繁、親水成分增多，直接導(dǎo)致巖體軟化變形，嚴(yán)重破壞邊坡的穩(wěn)定性。

②地下水

地下水指的是巖石中的自由水，因此，不論是在物理上還是化學(xué)上都不與巖石發(fā)生反應(yīng)。不同于大氣水的是，地下水相對來說，比較穩(wěn)定。但是當(dāng)邊坡的斷面中含有粘土層時，地下水的存在不僅會對巖石的應(yīng)力場產(chǎn)生影響，還會對巖石的強(qiáng)度產(chǎn)生影響，導(dǎo)致巖體的穩(wěn)定性降低。由于地下水能傳遞靜水壓并且可以在自重作用下移動，因而可以用一般方法加以排出。例如當(dāng)隧道洞口邊坡開挖位置處于地下水位的下方時，應(yīng)采取必要措施進(jìn)行排水工作，減少地下水帶來的影響。但是，當(dāng)洞口的開挖位置于處于地下水位以上時，地下水對邊坡的影響很小，可以不予考慮。

（4）其它因素。除以上因素外，氣候條件、天氣變化、風(fēng)化作用、植被生長以及施工時間都可能影響隧道洞口邊坡的穩(wěn)定性。

3 隧道洞口段邊坡破壞模式

由于隧道邊坡段巖體構(gòu)造復(fù)雜多樣，因此邊坡的破壞模式也相應(yīng)的有很多種。在隧道工程施工過程中，由于隧道開挖破壞了邊坡巖體的動態(tài)平衡，洞口段邊坡巖體會在次生力和其他外界力的影響下發(fā)生破壞。按破壞機(jī)理來劃分，可將邊坡的破壞模式簡單分為三種形勢：崩塌、傾倒和滑坡。崩塌是的原理是：邊坡上部的巖體因受到重力作用，突然以飛快的速度脫離母巖，并翻滾墜落下來。這種破壞是急劇的，通常是是洞口段邊坡表層的巖體不穩(wěn)或喪失穩(wěn)定性造成的。傾倒這種破壞形式的產(chǎn)生主要是因?yàn)檫吰聝?nèi)部有一傾角較大的結(jié)構(gòu)面存在，使得邊坡巖體被分割成很多相互平行的巖塊，而靠近坡面巖塊慢慢地向坡外倒塌。滑坡是比較常見的破壞模式，按照滑動面形態(tài)的不同又分為平面滑動、圓弧形滑動以及楔體滑動三大類。但考慮到隧道工程的特殊性，洞口開挖很大程度上擾動了邊坡巖層的穩(wěn)定性，洞口邊坡段的破壞模式還包括局部塌陷和堆塌兩種形式。

4.隧道洞口邊坡破壞的控制技術(shù)

（1）控制地質(zhì)條件。施工路段的地質(zhì)條件是決定邊坡穩(wěn)定性性的前提，因此，在隧道工程施工前應(yīng)對挖方路段的全線地質(zhì)條件進(jìn)行仔細(xì)調(diào)查，選擇具有典型代表性的路段進(jìn)行分析計(jì)算，盡可能地避免不良地質(zhì)情況的出現(xiàn)。采用瑞典條分法來測定邊坡的穩(wěn)定性，其穩(wěn)定安全系數(shù)可達(dá)1.2以上，可靠性高。原理如下：

如圖所示邊坡中，假定可能滑動面是一段圓弧AD，忽略條塊兩側(cè)的作用力。

整個邊坡相應(yīng)于AD的穩(wěn)定安全系數(shù)為：

對于均質(zhì)邊坡有，因此可得：

其中L—AD的弧長；n—條塊分條數(shù)；n—條塊分條數(shù)；Wi—條塊土體重；α—滑動面的傾角；c—粘聚力，Kpa；—內(nèi)摩擦角。

（2）注漿。注漿的目的主要是為了加固隧道仰坡面和平臺，增強(qiáng)松散巖石的穩(wěn)定性和抗剪力。隧道洞口的巖層通常比較薄，主要由煤矸石和煤組成，風(fēng)化較為嚴(yán)重，深埋側(cè)的巖體在受到側(cè)向壓力推動的情況下很容易發(fā)生變形，導(dǎo)致滑坡。因此，施工中對仰坡面和平臺最好用深孔注漿鋼花管進(jìn)行加固，以此提高此處巖體的抗剪應(yīng)能力，確保隧道的質(zhì)量。同時，施工中還應(yīng)做好必須的防排水措施。

（3）洞內(nèi)施工仰拱，使支護(hù)系統(tǒng)封閉成環(huán)。不論是任何情況，都應(yīng)該保證隧道斷面在短時間內(nèi)及時地閉合，這一點(diǎn)尤為重要。在巖石隧道中，由于圍巖特有的結(jié)構(gòu)作用，往往不需要借助外界條件就可以自我封閉成環(huán)。但是，對軟弱圍巖施工時，由于軟弱圍巖的自穩(wěn)能力差，則必須采取支護(hù)措施使之封閉成環(huán)。

5 結(jié)語

總而言之，大多數(shù)隧道工程事故的發(fā)生均出自洞口段出現(xiàn)質(zhì)量問題，其中絕大多數(shù)又是因?yàn)槎纯谶吰碌姆€(wěn)定性被破壞而導(dǎo)致整個洞口段失穩(wěn)。所以，工程施工中，必須高度重視隧道洞口段邊坡的穩(wěn)定性問題。施工前，應(yīng)仔細(xì)對各種因素進(jìn)行觀察分析，采取相應(yīng)的技術(shù)及措施，做出正確調(diào)控，盡可能降低風(fēng)險，確保隧道質(zhì)量。

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