隧道仰坡穩定性分析與防治對策探討

摘要：文章詳細調查了現場地形地質條件，掌握坡體實際變形狀態，運用極限平衡法計算邊坡的穩定性，對邊坡的穩定狀態進行綜合評價；運用傳遞系數法計算邊坡在不同工況下的剩余下滑力；統籌地質條件、構筑物位置關系、坡體局部及整體穩定性，提出了較為科學、合理、可行的綜合治理方案。

關鍵詞：隧道仰坡；剩余下滑力；穩定性；防治對策

中圖分類號：U459 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0077-02

在路橋建設工程中，隧道工程是重要分項工程之一，其仰坡及邊坡的穩定性是實現隧道進洞的重要保障。在對仰坡穩定性展開的研究工作中，涉及到的影響因素較多，使仰坡穩定性研究工作具有較強的復雜性。因此，在具體研究中，要利用綜合性分析評價方法，對仰坡穩定性展開科學計算及合理評價，對坡體的地質原型不斷加深認識，從而實現對隧道仰坡穩定狀態的準確把握。

1 工程概況

在某鐵路工程中，鐵路構筑物位置關系和隧道洞口仰坡實測地質剖面如圖1、圖2所示。在橋隧連接處坡體工程中，其地質特性如下：該工程區域屬于中高山類型地貌，山體走向為東北至西南，山體高程在1500～2500m范圍內，山脊較窄，地形坡度在30～50°范圍內，而且呈現出上部陡峭、下部平緩形狀。山體中存在較多溝谷，一般溝谷都呈“V”型，且溝谷的切割深度均在500～1500m范圍之內。該研究區域是推覆構造地帶，區域內存在較多斷層及褶皺，且斷層及褶皺得到了充分發育。通過對這一隧道工程現場展開實地勘察，對這一隧道仰坡工程的地貌形態進行分析，發現這一仰坡所在區域中存在崩坡過程中形成的諸多堆積體，并且經長久累積與堆放，經過演化形成了邊坡。對其物質組成的分布情況進行分析可知，在這一邊坡中，所含的物質主要包括碎塊石層和不緊密的碎石土等，邊坡基巖主要由中厚層的灰巖構成，坡體整體結構較為松散，存在已經發育的諸多節理裂縫。

2 對隧道仰坡展開穩定性計算分析

2.1 穩定性計算

在對隧道仰坡的穩定性進行計算分析前，要對仰坡周圍的地質環境狀況和變形程度進行充分調查，在此基礎上運用傳遞系數法展開仰坡穩定性的整體計算及分析，同時根據瑞典條分法展開準確校核。計算過程中使用到力學強度參數容重ρ=19.24kN/m3；內聚力C=34.74kN；內摩擦角Φ=21°；地震水平峰值加速度0.2g。各種計算工況：Ⅰ天然工況，由于在參數反算過程中，穩定性系數取值0.98有一定保守，故在整體穩定性計算中抗剪強度參數作一定程度上?。虎蛱烊?暴雨工況，考慮1/5條塊飽水，抗剪強度C及φ按反算結果取值（因反算坡體的含水狀態接近飽水）；Ⅲ天然+地震，該區按八級地震裂度設防，水平峰值加速度按規范取值0.2g。計算圖表及結果如下：

2.2 對仰坡穩定性進行綜合評價

根據上述計算結果及分析，可以對這一仰坡的整體穩定性進行綜合評價，發現在天然工況中，這一隧道仰坡整體較為穩定，但是在局部范圍內存在臨滑風險。對結果進行科學分析：在這一隧道仰坡結構中，一旦發生暴雨現象，仰坡的穩定性系數會大幅度降低，甚至比發生地震時仰坡的穩定系數還低。究其原因，很可能是因為這一坡體在物質結構組成上太過松散，地表水可以向坡體內部逐漸滲透，使坡體所處地質環境在很大程度上發生惡化。同時，因為坡體前緣的溯源侵蝕影響，坡體長期呈現蠕滑狀態，在這種情況下，坡體附近的地下水通道大部分形成堵塞，導致地下水不能有效流通，使坡體的含水量一直維持偏高狀態，在這種情況下，坡體穩定性受到了地下水極為不利的影響。另外，由于該區域和兩側山脊相比地勢偏低，在地震發生時，該區域受到的地震應力不會像山脊上一樣具有較強放大效應，因此相較于水體影響來說，地震作用給邊坡穩定性帶來的影響較小。

3 對坡體中剩余下滑力進行計算

3.1 工況分析及計算依據

在對邊坡中剩余下滑力進行計算時，首先要確定工況，同時，要對安全系數展開相應的設定。在計算過程中，要以行業內相關標準和規范為基本依據，根據滑坡防治與施工方面的規范標準，在對邊坡工程的地質特征和地質狀況給鐵路構造物帶來的影響進行充分分析與把握的基礎上，以天然工況、暴雨工況為背景對邊坡剩余下滑力展開計算。在天然情況下進行設計時，安全系數取值為1.30，在暴雨情況下設計的安全系數取值為1.25。

3.2 對計算結果進行分析與研究

對于這一隧道洞口仰坡工程，在天然工況和暴雨工況中對剩余下滑力進行計算，具體結果如圖4所示：

3.3 結果分析

（1）從上述計算結果統計表中可以看出，每一條塊在天然工況與暴雨工況下的剩余下滑推力接近，即是說按天然工況下1.30的設計安全系數進行防治工程設計，該防治工程可以使暴雨狀態下邊坡穩定性系數達到1.25；（2）綜合分析該邊坡在進行防治工程設計時，剪出口的剩余下滑推力建議按1000kN/m進行設計。

4 相應防治對策探究

通過對該隧道洞口仰坡穩定性分析，對橋梁、邊坡及隧道之間的位置關系進行科學分析，對該建設工程相關特性進行研究，可以對該工程中存在的仰坡穩定性及安全隱患進行準確判斷。

（1）邊坡含有豐富的地下水，具有的坡度較大，當地下水發生位移時，對于坡體中物質會形成明顯的滲透腐蝕作用，導致坡體局部發生巖土體結構架空問題，在坡體前緣位置，已經出現了較多地下水滲透問題，這在很大程度上對坡體穩定性造成了嚴重影響。

（2）在坡腳處有沖溝存在，水流通過沖溝對坡腳長期沖擊，使坡腳受到持續的切割侵蝕作用，導致坡體前緣中臨空的一面逐漸移向坡內，直至將坡腳掏空后，整個邊坡失去基礎支撐，很可能會使邊坡整體出現失穩變形。

（3）坡體后緣在邊界位置已經存在坡體的蠕滑變形，橫向上存在的裂縫在整個坡體中延伸，由此可見，在這一段坡體中，坡體本身已經處于臨滑狀態，一旦受到墩孔施工或洞口開挖的振動作用或者遭遇暴雨影響，很容易會導致失穩發生。針對以上穩定安全隱患，要采取相應的防護措施對邊坡穩定性加以防治，具體如下：針對坡體前緣受地下水侵蝕、坡腳處存在沖溝水流對坡腳造成嚴重侵蝕問題，可以進行護腳工程的實施，對坡腳內的巖土體加以保護，使之不會被流水侵蝕掉。同時，可在隧道上部過于陡峭的坡面上進行截水溝的設置工作或者可以在坡體內部進行支撐盲溝建設，使地下水來源被有效阻斷，不僅可以對局部的巖土體發揮穩固作用，還可以使地下水侵蝕作用大幅降低。另外，還可在邊坡上進行抗滑樁的合理設置，使坡體抗滑性能得以有效增加，使其穩定性得到提升。

5 結語

（1）對這一隧道仰坡穩定性進行綜合評價可知，在天然工況中，該結構基本能夠維持穩定狀態，但是局部處于臨滑狀態。

（2）對坡體展開剩余下滑力計算與分析表明，在工程施工中，需要展開有效的加固措施，對坡體展開必要防護，具體可以進行如下處理：在邊坡前緣進行護腳工程制作；在坡腳處設置排水洞或者設置仰斜形式的排水孔；在洞口邊坡上用抗滑樁進行加固處理；在隧道上部進行截水溝的合理設置或在坡體內部進行支撐盲溝建設。通過這些防治措施，可以對隧道洞口的仰坡展開有效防護，保證坡體的穩定性，為隧道的施工進洞工作開展提供安全保障。

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