某隧道地質災害危險性分析

鐘誠

摘要：本文結合工程地質、水文地質情況，采用工程地質學分析法、坡率法及計算法對擬建隧道進行U型槽基坑邊坡穩定性分析，并提出了預警預報及一定的處理防治建議，對類似工程具一定的參考意義。

關鍵詞：隧道;U型槽;邊坡穩定性

1.工程概況

擬建隧道長1020m，其中敞開段350m，遮光段40m，暗埋段630m，為淺埋隧道，暗埋段覆土厚度約為1.5m，暗埋段用地紅線寬為114m，地面輔道之間的凈距為78m，兩端敞口段紅線寬74.3m，隧道與現狀道路結合過渡段紅線寬度為32m，現地面與規劃隧道地面高差為0.00-8.26m，由于隧道底部結構加墊層厚度約為1.7m，故基坑挖方厚度1.7m-9.96m，挖方量約10×10⁴m3。整個隧道擬采用分節段明挖施工，其東側距離建筑物較近，不具備放坡條件，采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水帷幕+錨桿，鉆孔樁樁徑、樁長根據計算確定，高壓旋噴樁止水帷幕深度進入基坑底強風化層不少于1m。同時基坑設計需滿足鉆孔樁的抗傾覆穩定、基坑整體穩定性、抗浮穩定性的計算要求，其他路段采用放坡開挖+護坡+土釘。對于深度小于Sm的基坑，采用一級放坡+護坡+土釘，坡率1：0.7;對于深度大于5m的基坑，采用二級放坡+護坡+土釘，坡率1：0.7，二級放坡之間做—個1m寬的平臺。

2.工程地質條件簡況

隧道及U型槽處巖土層自地面向下依次為：

第（1）層人工填土：紫紅色，灰黃色，松散，粘性土為主，含砂土，局部夾少量3cm-5cm碎石塊，稍壓實，該層直接揭露于地表，層厚0.50m-4.50m，其土質不均勻，力學性質較不穩定，均勻性較差，承載力不大;第（2）層淤泥：局部分布，僅擬改善道路工程起點鉆孔有揭露，呈深灰色，流塑，飽和，具臭味，含腐殖質，韌性低。層厚2.Om，層頂埋深4.50m，層頂標高2.llm，該層屬高壓縮性軟土層，抗剪強度低，含水量大，靈敏度高，加載荷后，變形量大，易產生剪切破壞，易產生崩滑現象，屬不良地基土;第（3）層粉質粘土：灰黃色，青灰色，可塑，飽和，局部含少量砂土，韌性中等，干強度中等。層厚5.50m-7.OOm，有一定承載力，但厚度不大，屬一般地基土;第（4）層粉土：呈灰黃色，紫紅色，稍密，飽和，含少量粗顆粒砂，層厚2.90m-6.70m，有一定承載力，但具砂土液化潛式，屬不良地基土;第（5）層淤泥：呈深灰色，流塑，飽和，具臭味，含腐殖質，韌性低，層厚2.50m-8.OOm，和第（2）層一樣屬不良地基土;第（6）層粉砂：呈灰色，稍密，局部松散，飽和，石英質，含較多粉粘粒，局部夾薄層淤泥質土，層厚3.OOm，承載力較低，屬一般地基土;第（7）層強風化巖：巖性主要為泥巖、泥質砂巖，呈棕紅色、灰黃色，裂隙極發育，砂質結構，層狀構造，砂土狀、土柱狀或柱狀，局部夾中風化巖塊，揭示層厚12.70m-31.1Om。

經計算，本場地飽和粉土在發生地震烈度為7度地震時具中等砂土液化潛勢，而飽和砂土在發生地震烈度為7度地震時不會發生液化。

3.水文地質條件簡況

據巖土工程勘察資料，測得初見水位為2.20m-2.40m，終孔24h后實測地下水相對穩定地下水位埋深為1.70m-2.lOm，穩定地下水標高為2.06m-13.78m。

根據地下水的埋藏和賦存形式，隧道附近地下水類型主要有二種類型，為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。

松散巖類孔隙水：淤泥類土、粘性土均屬微～極微透水的相對隔水層，而孔隙水則廣泛分布于各土層的孔隙中，砂類土是主要含水層。主要賦存于第（6）層的粉砂層中。由于本場地鉆孔揭示砂層厚度為3m，較薄，且不連續，透水能力較差，因此第四系孔隙水較為貧乏，涌水量較小。

基巖裂隙水：含水層主要為基巖，賦存于基巖裂隙中或層面處，隱伏于第四系之下，稍具承壓性。風化基巖雖節理裂隙發育，但多為閉合裂隙，聯通性差，基巖裂隙水貧乏。據擬建隧道工程所在地區區域水文地質資料，單井涌水量多小于lOOm3/d，水量貧乏。

因此，綜合評價本場地第四系土層孔隙水貧乏，基巖裂隙水較貧乏。通過采取地下水樣品及地表土易溶鹽分析，地下水對混凝土結構及對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性;場地土對混凝土結構、對鋼筋混凝土結構中的鋼筋及對鋼結構均具微腐蝕性。

透水性特征：第（1）層填土層，其滲透系數K20=4.85×10^-7cm/s～2.33×10^-6cm/s，為極微～微透水性;第（2）層淤泥層，滲透系數K20=3.47×10^-7cm/s～2.79×10^-6cm/s，為極微～微透水性;第（3）層粉質粘土夾層，滲透系數K20=6.89×10^-7cm/s -6.63×10^-6cm/S，為極微～微透水性;第（4）層粉土粉土層，滲透系數K20=5.39×10^-5cm/s-8.27×10^-4cm/s，滲透性等級為弱～中等透水性;第（5）層淤泥層，滲透系數K20=6.65×10^-7cm/s -5.84×10^-6cm/s，為極微～微透水陛;第（6）粉砂層，滲透系數K20=5.24×10^-5cm/s，滲透陛等級為弱透水陛;第（7）層風化巖雖然裂隙發育，但連通性差，滲透性差，滲透等級為極微微透水性。

4.隧道U型槽基坑穩定性分析

根據擬建隧道工程地質、水文地質條件，先運用工程地質學分析法、坡率法及計算法分別對其進行評價。

4.1工程地質學分析法

隧道基坑開挖段，規劃路面埋深一般為O.1Om-9.96m，采用明挖法施工，基坑開挖主要巖土層為人工填土、粉質粘土、粉土、底部局部為強風化泥質砂巖、強風化泥巖，基坑工程終點段部可能有淤泥、粉砂。人工填土結構不均勻，開挖過程中易垮塌;粉質粘土呈可塑狀，局部夾少量砂土，開挖后有一定的自穩能力，但時間較短，若不及時支護，亦易發生垮塌;粉土稍密，飽和狀，含少量粗顆粒砂，厚度較大，局部達6.7m，自穩定性差，開挖過程中易垮塌;淤泥具壓縮性高，觸變性高、抗剪強度低、承載力極低的特點，基坑開挖過程中易發生滑移破壞，影響邊坡穩定性;粉砂稍密狀，局部夾薄層淤泥質土，穩定性差;強風化巖穩定性稍好。因此總體評價基坑開挖后形成的邊坡不穩定性。

4.2坡率法

根據《工程地質手冊》（第四版）第八篇第四章邊坡工程中的表8-4-4（見表1），粉土質邊坡的高度在5m以下及Sm-lOm范圍內，坡率最低允許值分別為1：1.00和1：1.25;一般粘性土在堅硬狀態時，其邊坡的高度在5m以下及5m-lOm范圍內，坡率最低允許值分別為1：0.75和1：1.00。擬建隧道工程基坑開挖放坡坡率為1：0.7，大于其最低坡率允許值，依據類似工程邊坡坡度經驗，本擬建工程在基坑開挖過程中，基坑邊坡不穩定。

4.3計算法

根據地質鉆孔資料，利用上海同濟大學啟明星軟件計算其最大開挖坡高的橫截面的安全系數，按下表2判別基坑坑壁穩定性。

根據瑞典條分法、總應力模式計算得自然工況和暴雨工況下安全系數分別為K=0.87、0.7，均小于1.0，因此開挖基坑邊坡不穩定。

5.結論

通過上述分析，場地巖土工程力學性質較差，導致基坑坑壁不穩定，可能引發基坑邊坡崩塌或滑坡;隧道基坑開挖時，基坑坑壁穩定，發生崩塌、滑坡的可能性較大。由于隧道基坑開挖深度較大（>5m），且上述計算過程未考慮動荷載影響，若荷載太大（施工過程中，基坑邊過往汽車超載），會加深坑壁的不穩定性，極可能引發基坑滑坡地質災害，將直接威脅到現場施工人員的生命安全以及破壞擬建工程隧道路基，可能會影響到過往的行人及車輛及道路兩側的廠房和民房，造成較大的經濟損失，預測其危害程度大，危險性大。

開挖隧道形成的基坑邊坡不穩定，開挖過程中，建議分層開挖，邊開挖邊支護，采取一定的防水止水、及支護措施，同時對周邊的建筑物和道路采取一定的監測措施，以便發現問題及時處理。結合工程施工實際情況，提出以下建議：（1）加強對開挖基坑四周的止水工作，防止基坑坑壁崩塌或滑坡;（2）結合基坑設計方案，合理安排基坑的開挖工作，并做好基坑內的抽、排水工作;（3）結合基坑設計方案，做好基坑邊坡支護與加固工作;（4）對從基坑中所挖出的土體應及時運走，避免因大量土體高層堆載產生側向土壓力導致發生基坑崩塌或滑坡;（5）加強施工期對基坑的監測，以便及早發現問題，及時做出相應的治理措施;（6）根據場地地質條件，建議基坑截水及支護采用鉆（沖）孔排樁+水泥攪拌樁止水帷幕+內支撐支護結構或錨拉結構;（7）在基坑開挖深度范圍內，坑壁巖土體其自穩性較差，注意采取相應的支護措施，同時場地緊鄰重要的市政道路及建筑物，須采取嚴密的措施控制基坑開挖對周邊環境的影響;（8）施工中應做好有效的交通疏導及安全措施，以免影響路的交通及行人及車輛行車安全。