隧道開挖位置影響邊坡穩定性分析

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摘要：針對隧道的開挖，技術人員首先進行數據模擬，采用相關的數據原理和數學算式得到邊坡的安全系數，這對開挖的位置起著關鍵作用。同時研究不同的開挖順序對隧道和邊坡的影響是不一樣的。研究表明坡體的安全系數與施工進行情況有關，施工逐步進行，坡體的安全系數越小，最后逐漸穩定。針對偏壓連拱隧道，若使隧道安全和坡體的穩定就要從邊坡外側開挖。本文分析了邊坡的穩定機理，邊坡的穩定影響因素，采取那些加固方法等方面為隧道工程作業人員提供意見和參考。

關鍵詞：隧道開挖；邊坡的穩定性；環境效益；加固措施

一 邊坡的穩定性的影響因素

1.自然因素和人為因素的影響

自然因素包括以下幾個方面首先是地質條件：比如堅硬的巖石是由于地質的構造形成的，它的失穩性主要是崩塌和結構表面失穩。軟的巖石通常是因為應力的控制性失穩表現出來。地質構造通常是指巖石的表面的連通性、填充物成分，發育程度及表面結構的狀態對邊坡的影響。水文地質條件是影響邊坡穩定性的一個因素。比如新的地質構造-地震、地貌因素、氣候因素、風化作用等這些自然因素都是對邊坡穩定性造成影響。

人為因素主要是來自地下的開挖位置、地下開挖規模、邊坡的地質狀態、在坡頂放置廢土廢石、削減邊坡體等人為因素都會降低邊坡的穩定性

2.隧道開挖前對邊坡的影響

邊坡的儲備能力的大小需要隧道開挖前的安全系數來反映。如果安全系數越高說明坡體越穩定，不會輕易的受到外界環境和條件的影響而出現滑坡或坍塌的現象。經過科學的計算當安全系數達到1.30以上，邊坡才處于安全穩定的狀態，隧道才可以安全的進行施工。

3.隧道部分開挖對邊坡的影響

在隧道施工時通常采用全斷面開挖法，但這是在圍巖條件比較好的時候。當圍巖條件一般時，比如圍巖受到風化的影響，就要采取分步開挖的方法，從而減少對邊坡的影響。一般采用CRD工法。

二 隧道的開挖引起的環境效應

1.隧道工程的特點

隧道工程的施工環境會比較差，如果出現在城鎮會造成交通擁堵，束縛工程的建設和進行。隨著隧道開挖的越來越深，越來越長，利用原來的土地面積和地下空間使隧道的結構的深度和層數也增加；在隧道施工時周圍設置防護欄以確保安全。也要考慮對地下的煤氣電纜、通訊等方面的影響，盡量減少對周圍有破壞性的影響；隨著市場競爭壓力的增加，工程負責人對工程的造價、工程的質量、工程完工等方面越來越高，也增加了隧道工程的施工難度。

2降低地下水引起的環境效應

降低地下水引起的環境效應表現為：降低地下水會使地面沉降；地下水滲透會使地表面坍塌；在隧道開挖時，會使用井點降水法使水位降低、凝固土質、穩定邊坡然后進行開挖。另一方面由于水位的降低造成地面沉降，會形成地面沉降變形區，會導致周圍的建筑，道路等設施受到影響造成斷裂、坍塌、傾斜等不能正常使用，也會造成安全隱患。

降低地下水位引起的環境變化機理表現為：水位降低使地下水對地上的建筑物減少浮托，會受到重壓而沉降；地下土體中的水會排出，凝固而變形，降水時，抽出的水會帶走一部分細小土粒，地面沉降的高度與地下水位降落的高度是一致的，會引起地面沉降的不均勻破壞地面的建筑設施；當隧道施工時，隧道范圍內的地下水會存在一定的水頭差，在水壓的作用下，隧道內會發生水土流失，導致土體結構破壞，引起坍塌等現象。當隧道范圍內的地下水位與外水位的位差較大時，隧道下面有承壓水存在，使原來的壓力會減少，當承壓水的壓力大于隧道下面土體的浮重力時，就會形成測涌現象，造成地表開裂現象

3.支護結構的改變引起的環境效應

支護結構會發生變形和位移表現在以下幾個方面：支護結構本身遭到破壞影響了邊坡失穩；整體破壞會發生地表的隆起現象；會引起周圍建筑設施的損壞。

支護結構造成的環境效應機理表現為：隧道的深層開挖改變原始的承重狀態，開挖時，土體的承重力減小，土質的彈性使低表面出現隆起現象。發生這種現象在隧道開挖停止后就停止，不會產生隧道外向隧道內移動。隨著開挖深度的加深，地面的超載作用會使圍護欄外面的土質向隧道內轉移，形成中間小兩邊大的突起狀態。隧道底面長時間作業會使底面積水，會加大墻體的位移，增加地表的沉降。

4.隧道工程的環境保護

在隧道工程建設中，施工人員積累很多的經驗來保護隧道周圍的環境和周圍邊坡的穩定。比如使用剛度比較大的維護設施，對隧道內外的地基加固從而提高土體的承重能力，加強土質的抗變形能力，對周圍的建筑物進行地基處理，設置隔斷墻，通過注漿來保護變形的產生，這些方法目的就是盡量減小地基開挖帶來的不利影響，提高地基土質的變形能力等等。

三 保護邊坡的方法

1.時空效應法

時空效應法目的是為了解決深層地基的整體穩定性、控制周圍地層的位移、參考隧道建設的時空效應理論，結合大量的軟土地基的實踐，控制地基結構的變形的一種計算方法。通過大量實踐證明，在隧道地基施工的建設中，每次開挖的空間和深度，圍護墻支撐的面積和時間等相關參數與地基變形相關。

時空效應施工的主要特點是：依據隧道地基規模、深度以及邊坡的結構分布、施工條件，按照分層次、相對稱以及平衡原則決定施工方案。時空效應法與施工聯系密切并配合，若與原有的施工狀態不一致的情況，需及時進行調整。通過實踐表明，考慮到時空效應的開挖的施工方案，可以可靠充分的利用和控制土體的位移這一特性，同時達到控制周圍地層的位移，也做到了保護周圍環境的目的。這種方法改變了為控制周圍地層的位移而采用較貴的加固地層的做法。

2.采用彈性計算法和利用綜合參數

從地層結構的內力及地層的變形中來計算，采用彈性計算方法和設計參數，來反映地層變形的總體效應，這種方式雖然是比較簡單力學模型，但卻是最重要的綜合參數。然后按照特定的土質和作業條件，做出效率高的修正。這種綜合參數的方法是力學上的特定指標和地基開挖的空間尺度深度以及暴漏時間的函數關系來計算的方法。

3.加固邊坡措施原則

采用階梯式坡體，加強穩定的原則，排水系統和防護系統并存，確保施工期間的安全和隧道通車后的長期使用穩定。對邊坡的處理還應該采用坡率法，如果出現土石滑落應在坡腳設置抗滑方法。坡面可以進行綠化減少雨水侵蝕，增強了堅固效果。

4.坡腳的加固方法

考慮到有些坡體較高，除了采用抗滑樁等辦法，可以采用清方減裁的辦法放緩坡率，即減少投資又方便操作。比如樁間重力式擋土墻、樁間土釘墻、樁板墻等都是非常有效的加固措施。

5.坡面的加固措施

通過對邊坡的應力和位移分析，同時考慮坡體的影響因素，應加強坡面的穩定性。設計一套完整的截排水系統，在坡體裂縫處設置截水溝；或者在裂縫處灌入泥漿；設置臨時排水設施；在土層邊緣設置水溝等

6.后邊坡的加固措施

為了提高加固效果，保證施工的安全順利進行，在后邊坡上進行設置對應測點。隧道會影響邊坡的變形，對應測點應布置在離隧道軸線比較接近的位置，加固后可以得到邊坡的時間位移曲線。

四 總結

通過本文的介紹和敘述，分析了隧道工程的地質參數，提出了適合各種條件和環境下施工的方法。通過計算隧道施工前的坡體安全系數，同時結合開挖前的隧道位置監測情況，判斷隧道周圍邊坡是否穩定。使用CRD法開挖隧道，對圍巖產生很小的影響，開挖面積不大，還可以對開挖部分支護，有效控制坡體拱頂的現象。隧道施工后，頂端的巖土會發生上升位移，隧道的靠山一邊坡腳向坡體移動，傾斜比較大，容易失穩。因此加固邊坡的穩定性的措施還需要作業人員在實際的工作中多多積累經驗，總結更多更好的方法和措施。

參考文獻：

[1]陳剛 巖質邊坡穩定分析，中國水利出版社，2011

[2]胡可 土木工程地質，高等教育出版社，2010

[3]李斌 邊坡穩定性研究及發展趨勢，金屬礦山，2012