連拱隧道洞口段高陡邊坡穩(wěn)定性的技術分析

文/資新 云南省公路工程監(jiān)理咨詢公司 云南昆明 650000

近年來，西部大開發(fā)戰(zhàn)略如火如荼，“一帶一路”建設又深入推進，我國中西部地區(qū)交通狀況明顯改善，基礎設施不斷完善、規(guī)模不斷壯大。但是，限于我國中西部地區(qū)崇山峻嶺、地形復雜的特點，過去多采用“繞山而行”等迂回戰(zhàn)略修建道路。隨著技術的革新，“穿山而行”的隧道工程逐漸增多。這一方面縮短了線路里程，順應了人民期待。另一方面，也減少了對土地的占用，起到了很好地環(huán)保效果。而受地貌、地質條件等客觀條件，以及工程施工等主觀因素的影響，隧道在施工過程中也經(jīng)常呈現(xiàn)一些或輕或重的問題，而首當其沖的便是隧道洞口段。因為通常情況下，工程貫通巖土體是脆弱易碎的高陡邊坡，隧道圍巖自穩(wěn)能力不強，埋深不高，隧道一經(jīng)動工，圍巖很難形成穩(wěn)定的承載拱，這個時候就容易呈現(xiàn)圍巖崩塌、邊坡失穩(wěn)、滑坡等一系列事故。這會給國家和社會帶來巨大的經(jīng)濟損失，并造成不良的社會影響。

連拱隧道與分離式、小凈距隧道相比，具有明顯的機動靈活、線性流暢、占地較小、便于銜接等優(yōu)點，所以連拱隧道普遍出現(xiàn)在隧道洞口段。事物都有兩面性，連拱隧道也有著明顯的不足，主要表現(xiàn)在其結構形式復雜、開挖縱深大、操作工序繁雜，這就導致施工過程中邊坡、圍巖以及支護體系的應力變化不穩(wěn)定性增強且狀況較為復雜。連拱隧道在高陡邊仰坡施工過程中難度較大，因為在開挖過程中，限于地形偏壓等外在因素，以及人為施工非對稱主觀因素，這兩方面的施工偏壓將會給工程帶來諸多不穩(wěn)定性結果。而比這更糟糕的是，圍巖以及支護的不穩(wěn)定同樣給工程帶來諸多不穩(wěn)定因素，極易發(fā)生邊坡失穩(wěn)、隧道坍塌等重大事故。

1、隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性研究

從工程實踐方面來看，絕大多數(shù)隧道洞口段邊坡地質條件都很是復雜，也加大了施工的難度。比如，洞口周圍巖土體遭受雨水沖刷、風力蝕化等影響，導致圍巖部分程度上的裂隙產(chǎn)生，同時導致偏壓、淺埋等一系列問題。所以，洞口在推進的過程中，經(jīng)常呈現(xiàn)邊坡破壞、圍巖崩塌以及襯砌開挖等諸多事故。以上事故的產(chǎn)生大多來自于多個方面要素的疊加，而并非某一個方面的原因。

1.1 隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性要素和機理探究

隧道洞口段邊坡及圍巖的安全穩(wěn)定性決定了隧道整體施工的成敗。所以，隧道洞口段開挖過程中邊坡的穩(wěn)定性，是施工者必須深入思考、妥善解決的首要問題。從工程實踐角度來看，一方面，隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性與客觀存在的自然地形、地質以及水文條件有著緊密聯(lián)系。另一方面，隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性還與主觀方面的人工掘進方式、開挖技術等有關。鑒于隧道洞口段邊坡破壞形式以及機理并非完全一致，與之相對應的處理手段也固然存在一定程度的差異。所以，我們理應結合工程實踐，細致了解影響隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的主客觀要素，探究邊坡的破壞形式以及機理，分析隧道圍巖穩(wěn)定性與邊坡穩(wěn)定性的彼此作用原理，確保工程掘進安全、順利。

1.2 存在的問題

由于隧道自身結構形式以及工程施工的復雜性，邊坡內(nèi)部受力體系并非一成不變，相反它卻隨著工程的掘進而不停變化。所以，當前對于隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的研究仍存在些許不足，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。一是被動地采取處治，一般情況下，在隧道推進以及使用過程中呈現(xiàn)的邊坡病害，相關部門只是簡單的“頭疼醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”，而沒有從整體上去系統(tǒng)研究邊坡破壞機理。二是處置方法有失恰當，工程實踐中，人們采用工程類比法或者經(jīng)驗法選擇的加固處理手段很難達到恰到好處，要么導致加固過度，要么沒有達到加固效果。加固過度會造成工程投資的浪費，加大經(jīng)濟運行成本。而加固不到位，又會導致安全隱患的擴大，最終導致事故的發(fā)生。

2、隧道洞口段邊坡破壞的形式及影響因素

針對隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性要素和機理探究，結合工程實踐中存在的問題，應該細致研究邊坡破壞的類型以及影響要素，為解決工程實際問題提供理論支撐．

2.1 隧道洞口段邊坡破壞形式

隧道掘進過程中，因為掘進作業(yè)造成臨空面，改變了原有邊坡的內(nèi)部應力場，周圍巖石擠壓隧道臨空面，這樣容易導致邊坡坡體慢慢位移，造成邊坡產(chǎn)生一定程度的變形，最終造成邊坡失穩(wěn)，以致破壞隧道洞口段邊坡。從破壞的形式方面來看，隧道洞口段邊坡破壞大致有以下幾種類型：崩塌、坍塌、塌陷、滑坡以及傾倒破壞。

2.2 影響隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的要素

從上述隧道洞口段邊坡破壞的諸多形式上來看，邊坡的穩(wěn)定性來自幾種要素的影響，將其分為客觀要素和主觀要素。客觀要素包含地形地貌、地質構造、地下水、巖土體性質、地震等方面。而主觀要素主要來自于作為施工主體的人自身，大致包含施工者對于洞口位置的選擇、洞口開挖等方面。客觀要素來自于地球自身的客觀方面，可以說它是導致邊坡破壞的主要原因，而主觀要素作為來自于人自身的因素，在一定程度上加大了工程施工進程中隧道邊坡破壞的可能性。

2.3 隧道與邊坡彼此作用原理

在推進隧道施工的過程中，我們不能僅僅考慮隧道周圍巖石以及支護體系的位移、變形以及穩(wěn)定等方面的內(nèi)容，同時，我們還要關注整個隧道所貫通的山體整體上的穩(wěn)定狀況，特別是隧道兩端——入口以及出口段。如前所述，隧道洞口段工程地質并不太理想，從工程現(xiàn)實看，洞口段多存在淺埋、偏壓等諸多情況。隧道在掘進過程中，開挖了巖體造成了臨空面，圍巖擠壓臨空界面導致其切向應力上升，進而導致圍巖應力狀態(tài)發(fā)生了明顯且復雜的變化，最終導致巖體的部分松垮或崩塌。同時，圍巖松垮、崩塌會導致邊坡整個系統(tǒng)內(nèi)部應力場的重新布局，乃至水文地質環(huán)境的改變，從而導致邊坡異形甚至破壞。所以，隧道洞口段圍巖以及邊坡的變形是相互作用、彼此制約的。

結語：

圍繞工程施工進程中連拱隧道洞口段高陡邊坡穩(wěn)定目標，通過收集資料，首先從理論上分析了隧道圍巖、邊坡之間的彼此作用原理。其次，對隧道洞口段邊坡的破壞形式進行了細致歸類。同時，對影響邊坡穩(wěn)定性的要素進行了主客觀兩個方面的探討。最后，對隧道與邊坡二者之間彼此作用的原理進行了一定程度上的探討。雖然連拱隧道的施工并非一個簡單的工程，尤其是洞口段邊坡掘進過程中受到諸如地形偏壓、施工擾動等因素的影響，導致隧道應力場變化多端、復雜敏感。但是，我們在隧道施工過程中，可以對主觀要素進行必要控制，自覺做到規(guī)劃科學線路、優(yōu)化施工方案以及進行科學加固處理等，必然順利推進工程的實施，取得很好的效果。