隧道洞口軟巖邊仰坡失穩機制及響應技術研究

王一漢

摘要：隧道洞口是施工的重難點，隧道洞口邊仰坡具有常規邊坡失穩機制的獨特性，其加固措施也對應不同。以崇左市某隧道洞口仰邊坡為例，分析地質情況、失穩機制及破壞模式，并提出重力端洞門、超前小短管注漿及大管棚超前支護等支護加固措施。

關鍵詞：隧道洞口；邊仰坡；失穩機制；加固技術

1 引言

由于工程地質條件、水文地質條件及人為等因素影響，隧道施工過程中易出現各種各樣的地質災害，洞口邊仰坡滑坡便是隧道施工中常見的地質災害之一。由于隧道洞口的安全關系到隧道能否順利進洞并進行安全施工，是隧道施工中影響進度、質量及造價的關鍵點，因而隧道洞口的邊仰坡安全一直以來都受到了隧道工程師們的極大關注。

2 隧道洞口邊仰坡失穩機制

隧道洞口的開挖破壞了巖質體坡體的應力平衡狀態，在坡體產生向下蠕變的趨勢，在坡體下滑力的作用下其作用過程是隧道處于錯落體的山體中，圍巖本來破碎及軟弱，而且具有蠕變性，開挖隧道引起圍巖的松弛變形，在地下水作用下進一步軟化圍巖，使圍巖的巖土力學強度降低，隧道的山側坡體巖土產生較大的壓力，在這個壓力作用下隧道產生變形，隨著時間的發展變形越積越大造成塌方，而塌方的發生擴大了松弛的范圍，尤其是在高度上，這樣隧道本身猶如形成一臨空面，誘發邊坡體進一步產生蠕變，造成惡性循環，并加劇隧道邊仰坡變形破壞。

3 隧道洞口邊仰坡破壞模式

隧道工程中邊坡的破壞模式在外在表現上可以總結為六種：邊仰坡噴層剝落破壞；張拉破壞；剪切破壞；局部塌陷破壞；雨水沖刷破壞；洞口初期支護失穩破壞。比較常見的為剪切擠壓破壞和拉裂破壞。與邊坡的破壞模式相似，可將隧道邊坡的破壞模式分為以下五種：平面滑動破壞、楔形破壞、崩潰破壞、局部塌陷破壞和堆塌破壞。

1、平面破壞。此類破壞是實際工程中發生最多的破壞，一般是由于邊坡巖體結構面的存在以及開挖等施工因素的影響，破壞了原有的平衡，使得巖體沿著軟弱結構面產生平面滑動破壞。最常見的破壞形式有：張拉破壞和剪切破壞。

2、楔形破壞。此類破壞常發生于洞口圍巖較好的地段。由于圍巖的完整性較好，基本上由一些完整的巖塊構成，而若有限巖塊是由不連續面相交構成，在隧道開挖過程中有可能正好將支撐上部巖塊的關鍵塊挖除，此時極易發生巖體的楔形破壞。

3、崩潰破壞。此類破壞與楔形破壞比較相像，也一般發生在圍巖情況比較好的洞口地段，但是此類破壞發生的機理與楔形破壞有所不同，產生這種破壞的主要原因是由于高地應力的影響，特別是在嚴重偏壓的隧道洞口段容易發生。此類破壞的發生是由于隧道的開挖，破壞了隧道原有的地應力場，由于關鍵巖體的去除，圍巖應力發生突然釋放，如果富含高地應力的巖塊應力突然釋放，則邊坡巖體將產生崩潰破壞，就像在隧洞中經常發生的巖爆。此類破壞發生破壞力極大，對工程影響較大，但是由于一般隧道洞口巖體都較為松散，只有在高邊坡隧道中才可能出現。

4、局部塌陷破壞。此類破壞一般發生在填埋、圍巖風化較為嚴重洞口段。由于隧道的開挖，使得原有平衡被破壞，極有可能隧道的關鍵塊被挖除，使得上部巖塊缺少必要的支撐，再加上圍巖較松散，粘聚力較少，不能形成平衡拱達到自平衡，從而發生洞口段塌陷破壞直至冒頂。

5、堆塌破壞。堆塌是指節理發育或軟質、破碎、風化的巖體，由于開挖的邊坡過陡，在坡頂或邊坡外緣產生拉裂縫，并逐次向外側發展而堆塌在坡腳的現象。堆塌體多呈半錐體形，堆塌直至穩定的安息角為止。當隧道洞口附近地表層巖土體軟弱破碎，而進山施工或邊坡支護時側壁坡角又過陡時，可能產生小規模的堆塌現象，堆塌可能對隧道明洞產生不良影響。

4 工程實例分析

擬建某隧道位于崇左市寧明縣愛店鎮境內，進口位于愛店小學西南向約230m處，出口位于愛店小學東北向約360m處。設計隧道穿越位于山坡中下部順谷坡展布，呈西南-東北走向，山體巖性主要為三疊系上統泥質砂巖。隧道里程樁號K0+015～K0+550，長度為535m，開挖寬度約14m，路基設計標高329.265～344.085m，屬中隧道。

4.1洞口工程地質

洞口自然斜坡較陡，自然坡度在25°～35°之間。坡體主要由強風化泥質砂巖構成，洞口及洞口段圍巖詳細分級為Ⅴ級。洞口邊坡、仰坡主要由強風化泥質砂巖構成邊坡主體，屬巖質邊坡。強風化泥質砂巖較軟，大部分已風化呈碎石、塊石及半巖半土狀，裂隙極發育。洞口泥質砂巖層產狀為120°∠40°，節理30°∠69°，坡面傾向200°，根據斜坡與各結構面組合關系赤平投影分析可知坡面傾向與巖層傾向、巖層傾向與節理傾向赤平投影弧呈大角度相交，屬穩定的組合關系，對洞口邊坡、仰坡邊坡穩定較有利，坡面傾向與節理傾向赤平投影弧呈小角度相交、對洞口邊坡、仰坡邊坡穩定不利。

4.2 隧道洞口穩定性分析

隧址區寧明至愛店二級路端洞口自然斜坡坡度較陡，上覆第四系殘坡積層，結構較松散，抗雨水沖刷能力差，下伏全～強風化巖石風化強烈，表層土體及全風化泥質砂巖厚度較薄，易沿強風化巖面滑動，自然條件下邊坡穩定性稍差（洞口附近可見淺層小型滑塌痕跡）；洞口邊、仰坡開挖后易失穩滑塌，無自穩能力，易沿風化界面或軟弱結構面呈直線滑動破壞。

4.3 隧道洞口仰邊坡防護技術

本隧道寧明至愛店二級路端洞口應考慮減小放坡高度，采用φ42×4mm注漿小導管+C20噴砼10cm+@25×25cmφ8鋼筋網片進行邊仰坡臨時防護，以及采用大管棚超前支護。著重提醒施工單位應在施工前對地表進行清理，并合理安排施工季節，爭取在旱季完成進洞過程并在雨季來臨之前完成明洞和洞門澆筑。根據該隧道的特點，并結合路基及進出口地形地貌、工程地質、水文條件，在充分考慮隧道進出口綜合排水的情況下，盡量減少洞口的開挖并考慮施工開挖邊仰坡的穩定性，本著“早進晚出”的原則，確定隧道進出口位置。洞門型式的選擇力求結構簡潔，并與洞口的地形、地貌協調一致，結合兩端洞口處地勢和地質情況，采用仰斜式端墻式洞門，并設置5米明洞，而寧明至愛店二級路端洞口地形線陡峭，且與橋臺臨近，采用重力式端墻洞門，并采用貼壁進洞方式；洞門修筑完成應對所有清方暴露邊、仰坡面種植木本植物或采用三維網植草進行綠化防護。

對洞口明洞槽開挖后的邊、仰坡面采用注漿小導管或砂漿錨桿、噴射混凝土、鋼筋網防護，明洞洞身兩側采用M7.5漿砌片石回填，其上再采用碎石土回填，表層鋪一層粘土作為隔水層，并鋪設種植土進行植草綠化。洞口回填的原則是盡可能的覆蓋人工開挖痕跡，使洞口融入自然。洞口施工中應盡量減少擾動周圍巖體，盡早做好洞口邊仰坡的防護及隧道洞門，確保洞口安全。

5 結論

本文以廣西某隧道洞口邊仰坡進行穩定性分析，研究了其失穩破壞機制與破壞模式，基于此提出設置仰斜式重力端墻式洞門，并采用貼壁進洞方式，對洞口明洞槽開挖后的邊、仰坡面采用注漿小導管或砂漿錨桿、噴射混凝土、鋼筋網防護，以確保隧道與邊坡系統的穩定性。

參考文獻

[1]馬來秋，肜增湘，廖洪波.十漫高速公路隧道洞口邊仰坡破壞機理研究[J].交通科技，2012：42-44.

[2]曹亮宏，盧自立.隧道洞口邊仰坡穩定性分析[J].中外公路， 2013， 33.

[3]劉小軍，張永興，高世軍，等.軟弱圍巖隧道洞口段失穩機制分析與處置技術[J].巖土力學，2012， 33（7）：2229-2234.