有關隧道洞口段邊坡穩定性及控制技術的研究

【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。因此，如何對隧道洞口段邊坡穩定性進行科學分析并提出有效的控制技術是隧道工程中急需解決的重要問題。本文從這一問題出發，先分析了影響隧道洞口邊坡穩定性的可能因素以及邊坡破壞的各種模式，然后提出了相應的控制措施。

【關鍵詞】 隧道；洞口段；邊坡穩定性；控制技術

1 引言

由于洞口邊坡的穩定性直接關系到整個隧道工程的成敗，因而在隧道工程實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，比如說我國相關的施工規范（《公路隧道施工技術規范》等）并未對每種地質條件下隧道洞口的內容作出相應的原則性的規定，而僅僅只作出了概述性的規定。此外，設計過程中，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度滯后甚至人員傷亡的情況時有出現。

因此，為了盡可能的降低施工過程中因某些可預測的因素所造成的不必要損失，應準確分析和預測影響洞口段邊坡穩定性的因素，并作出及時科學地調控。本文就影響隧道洞口段邊坡穩定性的因素及控制技術做出了深入研究。

2 隧道洞口段邊坡穩定性的影響因素

影響隧道洞口段邊坡穩定性的因素很多，對一個具體的隧道邊坡而言，我們應當先從巖體的基本結構和力學性質出發，結合相關的工程因素和其他自然因素，然后對其進行綜合分析，找出各個因素之間的影響特點和聯系。

（1）地質形貌和巖體

地質形貌與巖體在是隧道洞口段邊坡穩定性的基本影響因素，它決定了邊坡工程的地質特征，是判斷邊坡是否穩定的重要依據之一，因此，選擇地層和巖體好的路段來進行施工是確保隧道工程質量的前提。特別值得指出的是，研究巖體時不僅要考慮到巖性，更要考慮到巖體結構。巖體結構由結構面和結構體兩部分構成。所謂結構面指的是有一定面積的，能連續（斷）續延展破裂或隱伏破裂的地質界面，包括斷層、節理、層理和片理以及剪切密集帶等。研究表明：巖體中的結構面會對巖質邊坡穩定性造成很大的影響，因為這些部位往往是物理化學作用和物理力學變動的活躍反應地帶，極有可能危及邊坡穩定性。所以，結構面在巖體結構分析中至關重要。從另一方便來考慮，結構面強度遠遠低于巖石本身的強度，當巖體中有不利的結構面存在時，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狀態發生變化，具體表現在應力釋放和應力集中兩方面。若是均質的各向同性體，開挖之前洞口段邊坡巖體的應力場應為水平應力的軌跡線，開挖以后，邊界條件發生了變化，會導致巖體的力學狀態發生新的調整。相應地，邊坡坡腳附近的巖體所受水平應力將大大增加，也就是在該處產生了急劇的應力集中。剪應力劇增會對隧道洞口邊坡巖體的穩定性產生很大的的影響。另外，邊洞口坡坡度也會對邊坡穩定性造成影響。實踐表明，當邊坡坡度不大于 35°時，對邊坡穩定性的影響不大；反之，當邊坡坡度處于 35°到 55°之間時，會對邊坡穩定性產生急劇增加的負面影響。此外，隧道埋深也是影響隧道邊坡尤其是上坡穩定性的一個重要因素。當隧道埋深≥15米時，洞口邊坡受到的影響不大。當隧道埋深<15米時，會產生塌方或山體滑動的嚴重后果。這主要是由于隧道的開挖對隧道左側巖體產生臨空面，導致該區域巖體滑動。

（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微顆粒富集、離子交換頻繁、親水成分增多，直接導致巖體軟化變形，嚴重破壞邊坡的穩定性。

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上都不與巖石發生反應。不同于大氣水的是，地下水相對來說，比較穩定。但是當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力場產生影響，還會對巖石的強度產生影響，導致巖體的穩定性降低。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。例如當隧道洞口邊坡開挖位置處于地下水位的下方時，應采取必要措施進行排水工作，減少地下水帶來的影響。但是，當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定性。

3 隧道洞口段邊坡破壞模式

由于隧道邊坡段巖體構造復雜多樣，因此邊坡的破壞模式也相應的有很多種。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生破壞。按破壞機理來劃分，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或喪失穩定性造成的。傾倒這種破壞形式的產生主要是因為邊坡內部有一傾角較大的結構面存在，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

（1）控制地質條件。施工路段的地質條件是決定邊坡穩定性性的前提，因此，在隧道工程施工前應對挖方路段的全線地質條件進行仔細調查，選擇具有典型代表性的路段進行分析計算，盡可能地避免不良地質情況的出現。采用瑞典條分法來測定邊坡的穩定性，其穩定安全系數可達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，忽略條塊兩側的作用力。

整個邊坡相應于AD的穩定安全系數為：

對于均質邊坡有，因此可得：

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

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

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

5 結語

總而言之，大多數隧道工程事故的發生均出自洞口段出現質量問題，其中絕大多數又是因為洞口邊坡的穩定性被破壞而導致整個洞口段失穩。所以，工程施工中，必須高度重視隧道洞口段邊坡的穩定性問題。施工前，應仔細對各種因素進行觀察分析，采取相應的技術及措施，做出正確調控，盡可能降低風險，確保隧道質量。

參考文獻

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