引大濟(jì)湟隧洞洞臉邊坡穩(wěn)定性分析

牟 奎

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730030）

湟水河發(fā)源地位于青海省境內(nèi)，由于湟水河資源相對有限，但其干流地區(qū)卻是青海省人口最為密集區(qū)域，所以單純依靠這一水源很難支撐地區(qū)今后用水需求，會對地區(qū)持續(xù)性發(fā)展產(chǎn)生直接干擾。鑒于此，國家開始通過調(diào)配大通河水資源的方式，為湟水河干流地區(qū)提供水資源支持，至此引大濟(jì)湟工程規(guī)劃建設(shè)方案開始制定并實(shí)施。作為工程施工重點(diǎn)，隧洞施工一直是引大濟(jì)湟工程建設(shè)關(guān)注重點(diǎn)內(nèi)容之一，為做好該部分施工，對洞臉邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行研究顯得極為必要。

1 工程概況

本次工程施工由甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)，工程共分為3期，其中一期工程主要以北干一期、黑泉水庫工程為主；二期工程為北干二期、石頭峽水利樞紐以及調(diào)水總干渠工程；三期工程主要以西干渠工程為主。在本次工程中北干渠扶貧灌溉二期工程屬于湟水北干渠續(xù)建配套項(xiàng)目，主要負(fù)責(zé)地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉以及城鎮(zhèn)生活用水，且承擔(dān)著生態(tài)用水任務(wù)，以改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境、提高民眾經(jīng)濟(jì)收益為目標(biāo)。工程總體控制面積為2.66萬hm2，主要包括0.21萬hm2林地灌溉以及2.45萬hm2農(nóng)田灌溉。在項(xiàng)目區(qū)中，包含18條支渠、2條分干渠以及7條干斗等工程，北干總干渠末端是三分干渠主要引水來源，總長度為41.8 km。在此項(xiàng)目中包含20座渡槽、1座倒虹吸以及20座隧洞等內(nèi)容。由于隧洞洞臉邊坡穩(wěn)定性會對隧洞施工質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，所以做好邊坡穩(wěn)定性分析，及時(shí)采取相應(yīng)預(yù)防處理措施顯得極為必要。

2 隧洞洞臉邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 邊坡穩(wěn)定性評價(jià)

在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評價(jià)時(shí)，需要做好邊坡地質(zhì)條件分析。本次工程施工隧洞進(jìn)口所在地形較為陡峭，且存在著覆蓋層厚度較薄的狀況，巖石處于裂隙較發(fā)育狀態(tài)。在洞臉邊坡位置存在一定量不穩(wěn)定、松動塊狀巖石，整體處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，但裂隙切割、差異風(fēng)化以及卸荷等均可能會造成巖石出現(xiàn)不穩(wěn)問題。同時(shí)，通過勘察發(fā)現(xiàn)，洞臉區(qū)域巖石夾層軟化系數(shù)在0.75以下，是易軟化巖石范疇，且含泥量較高巖體存在著風(fēng)化速度較快的問題。而石英砂巖軟化系數(shù)為0.8，屬于硬質(zhì)巖石。因?yàn)閹r性并不相同，所以巖體抗風(fēng)化程度以及風(fēng)化速度也存在一定差異，差異風(fēng)化現(xiàn)象較為明顯[1]。在凍融以及水分浸潤等因素影響下，夾層以及軟巖風(fēng)化速度出現(xiàn)明顯加快趨勢，強(qiáng)風(fēng)化夾層得以形成，上部硬巖在此作用下出現(xiàn)倒懸狀況，很容易會產(chǎn)生崩塌、傾倒等破壞現(xiàn)象。此外，因?yàn)槎茨樳吰螺^為陡峭且裂隙處于發(fā)育狀態(tài)，所以巖體存在著卸荷松動區(qū)域，特別是在小角度斜交長大裂隙區(qū)域，存在著裂隙松動較為明顯的狀況。由于當(dāng)?shù)囟颈鶅鰰r(shí)間相對較長，巖體很容易受到冰劈、凍融等作用影響，所以邊坡表面會出現(xiàn)巖塊松動狀況，裂隙張開現(xiàn)象也較為常見，需要做好處理，以防對隧洞施工安全造成威脅。

2.2 邊坡巖體穩(wěn)定性分析

2.2.1 總體穩(wěn)定性評價(jià) 通過測量得出，進(jìn)洞位置山崖高58 m，整體呈現(xiàn)出下陡上緩趨勢。地層是二疊系中厚—厚層狀紫紅色巖石，帶有泥質(zhì)粉砂巖以及薄層狀粉砂巖，裂隙面相對較為陡峭，邊坡結(jié)構(gòu)為橫向坡形式，并不存在外傾連續(xù)不利結(jié)構(gòu)面，雖然邊坡表面存在少量穩(wěn)定性較差塊體巖石，但邊坡整體處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，斷層對于洞臉邊坡穩(wěn)定性影響相對較小[2]。

2.2.2 邊坡塊體失穩(wěn)模式 按照洞臉邊坡裂隙發(fā)育特征、組合以及結(jié)構(gòu)等，此次洞臉邊坡塊體失穩(wěn)模式主要包括以下2種：一是傾倒崩塌類。通過對洞臉邊坡巖體結(jié)構(gòu)的分析發(fā)現(xiàn)，巖體為中厚—厚層狀結(jié)構(gòu)，單層厚度在30～300 cm范圍內(nèi)，夾層處于發(fā)育狀態(tài)，存在薄層軟巖以及中厚層硬巖間結(jié)構(gòu)。正如上文分析所述，因?yàn)楦鲙r層強(qiáng)度以及抗風(fēng)化能力等存在一定差異，所以軟巖很容易會出現(xiàn)風(fēng)化剝落的狀況，上部硬巖會出現(xiàn)倒懸問題，會在重力作用下形成傾倒塊體。同時(shí)和邊坡處于小角度斜交狀態(tài)的陡傾節(jié)理切割，也會對節(jié)理外側(cè)巖體形成直接威脅，會出現(xiàn)大規(guī)模卸荷松動問題，使進(jìn)口位置產(chǎn)生大卸荷裂隙，影響洞臉以及隧洞施工安全。二是交線滑塌類或沿裂隙面滑塌類。在進(jìn)口位置地層，主要有2組發(fā)育裂隙。技術(shù)人員運(yùn)用赤平投影技術(shù)展開分析后，得到裂隙面交線產(chǎn)狀個(gè)性數(shù)據(jù)[3]。通過對數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，裂隙存在對塊體穩(wěn)體性產(chǎn)生干擾的狀況，且不穩(wěn)定塊體大小能夠達(dá)到10 m3左右。

2.3 出口洞臉選擇

2.3.1 人工邊坡穩(wěn)定性分析 在對隧洞出口自然斜坡實(shí)施施工處理后，形成人工邊坡。邊坡坡腳位置存在臨空面，所形成人工邊坡坡高數(shù)值最大為60 m。在人工施工作用下，邊坡天然狀態(tài)出現(xiàn)改變，穩(wěn)定狀態(tài)也隨之發(fā)生相應(yīng)變化。在進(jìn)行人工邊坡穩(wěn)定性分析過程中，需要對清除覆蓋層后風(fēng)化基巖成洞以及直接從土層中成洞2部分內(nèi)容進(jìn)行分析，并要按照勘察資料，對2種情況下的滑體自身擠壓力以及兩側(cè)摩擦阻力進(jìn)行計(jì)算，以便確定不同狀態(tài)下的邊坡失穩(wěn)狀況，從而為后續(xù)失穩(wěn)預(yù)防、處理方案制定提供可靠支持與參考[4]。

雖然在邊坡坡腳開挖范圍處于較小狀態(tài)時(shí)，總體失穩(wěn)發(fā)生可能性相對較小，但在進(jìn)行人工邊坡施工過程中，很容易受融水以及降雨等因素影響，致使邊坡穩(wěn)定性出現(xiàn)嚴(yán)重下降狀況，加劇土層坍滑以及崩塌等狀況發(fā)生概率，引發(fā)重大安全事故。鑒于此，在進(jìn)行洞臉位置選擇過程中，需要做好施工方式對比與分析，對人工邊坡實(shí)施支護(hù)保護(hù)措施，并重點(diǎn)加強(qiáng)對基巖邊坡順層塌滑塊體和坡腳臨空位置的保護(hù)。同時(shí)，從綜合層面著手，對清除覆蓋層施工進(jìn)行防護(hù)，做好洞臉錨噴支護(hù)保護(hù)，以防出現(xiàn)坍塌等狀況。

2.3.2 人工邊坡坡角選擇 邊坡坡角選擇過程中，需要做好出口區(qū)域巖體土體自然斜坡穩(wěn)定坡角以及坡高勘察，通過對穩(wěn)態(tài)坡角數(shù)據(jù)的全面分析，科學(xué)進(jìn)行后續(xù)人工邊坡設(shè)計(jì)方案編制。按照本次工程施工情況，并不需要在出口段位置實(shí)施簡單支護(hù)或其他形式支護(hù)處理，但需要對土層邊坡坡面進(jìn)行植草或格構(gòu)等保護(hù)，同時(shí)要保證人工邊坡坡角能夠始終保持比巖層傾角略小或相同角度數(shù)值。

3 結(jié)束語

綜上所述，工程施工單位需要進(jìn)一步加強(qiáng)對邊坡穩(wěn)定性的分析，在做好穩(wěn)定性評價(jià)以及巖體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上，科學(xué)篩選出口洞臉，保證邊坡坡角以及洞臉位置等選擇適宜程度，確保洞臉穩(wěn)定性能夠達(dá)到相應(yīng)工程施工標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而達(dá)到最佳隧洞部分施工效果。