隧道洞口邊坡穩定性分析及安全性評價

王琴琴

（山西省公路局 晉城分局，山西 晉城 048000）

隧道工程和邊坡密切相關，受地形與隧道進出口位置的限制，工程中不可避免出現高陡邊仰坡問題。受風化的影響，隧道洞口段巖性較差，加上受地表水和地下水的影響，洞口邊坡穩定性較差。隧道洞口施工和開挖改變原有山體的平衡，施工中易誘發洞口山體滑坡、崩塌以及泥石流等地質災害，造成大量的財產損失和人員傷亡。因此弄清隧道洞口邊坡的失穩機理及破壞模式，對其進行穩定性評價，并采取相應防護措施，確保隧道洞口的安全具有十分重要的意義。

1 影響隧道洞口邊坡穩定性的因素

影響隧道洞口邊坡穩定的因素一般分為內在因素和外在因素。

1.1 內在因素

1.1.1 地層和巖性

地層和巖性是決定邊坡工程地質特征的基本因素，是判斷邊坡穩定性十分重要的依據。

1.1.2 地質構造和地應力

1.1.2.1 地質構造

在邊坡地質構造中，邊坡地質主要是指褶皺的形態、巖層的產狀、斷層和節理裂隙發育特征以及區域新構造運動等。評價巖體結構面產狀對邊坡穩定性的影響時，必須要注意結構面的產狀與邊坡的相互關系，如果巖體的結構面與邊坡面的組合不相同，邊坡的穩定性也必然不同[1]。

1.1.2.2 地應力

自重應力和構造應力是邊坡地應力的主要組成形式，邊坡體中結構面的存在使得邊坡內部應力場的分布變得十分復雜，在邊坡結構面附近形成了應力集中或應力阻滯情況，當應力集中的數值超過巖體強度時，邊坡巖體便會發生變形、滑移等災害[2]。

1.2 外在因素

1.2.1 工程施工的影響

工程施工對洞口邊坡的穩定性有很大影響，隧道開挖是誘發洞口邊坡破壞的重要因素。隧道的施工打亂了原始的應力場，所以洞口施工是洞口邊坡失穩的直接原因[3]。

1.2.2 水

水對邊仰坡巖體穩定性有多方面的影響。在土質隧道中，雨水沖刷易造成隧道邊仰坡坍塌坡壞。水對邊坡穩定性的影響方式如圖1所示。

圖1 地下水對邊坡穩定性影響的方式

2 隧道洞口邊坡破壞機理

2.1 土質邊坡破壞機理

邊坡的失穩破壞主要是由于邊坡內所受的應力超過巖土體或結構面的強度，從而導致邊坡結構破壞。邊坡變形表現為卸荷回彈和蠕變兩種主要方式[4]。

2.2 巖石邊坡破壞機理

隧道處于錯落體的山體中，一般情況下圍巖較為破碎、軟弱，可能具有一定的蠕變性，開挖隧道必然導致圍巖松弛變形，同時在地表水的作用下，圍巖進一步軟化，強度降低，隧道洞口的坡體在壓力作用下產生滑移，造成洞口塌方[2]。

3 鳳凰山隧道進出口穩定性及安全評價

3.1 鳳凰山隧道工程概況

鳳凰山隧道為分離式隧道，該隧道上下行均屬長隧道，隧道整體呈南北走向。

3.1.1 地形地貌

鳳凰山隧道位于黃土覆蓋中低區，地表相對比較平緩，中部較高，南北兩側較低，南北兩側山坡出露的基巖沖溝較發育。

3.1.2 地層巖性

隧址區地層主要為二疊系上統上石盒子組泥質灰巖及砂巖，巖體為強風化-中風化，強風化巖體破碎，節理裂隙十分發育，溶蝕明顯，巖芯呈碎塊狀，局部較松散。

3.1.3 水文條件

隧址區的降水大部分以地表徑流形式流出區外，小部分下滲補給地下水。下伏基巖閉合性較好，水量較貧乏。

3.2 鳳凰山隧道進出口穩定性及安全性評價

鳳凰山隧道左、右線南王莊端，洞口位于鳳凰山山谷斜坡坡腳位置，隧道入口處坡向朝北，山坡自然坡度約10°～20°，圍巖主要為黃土狀碎石土、強風化泥巖與細粒砂巖，碎塊狀。表部坡積亞黏土厚度較薄，下浮基巖風化強烈，節理裂隙發育，巖土呈砂土狀-碎石狀鑲嵌結構，巖體較破碎，較軟弱，圍巖穩定性差。路線方向為正南北方向，從山體底部通過，巖層產狀為120°∠78°，路線軸向方向與地面等高線交角接近垂直，有利于隧道進口仰坡穩定。隧道左線左邊坡圍巖主要為黃土狀碎石土、強風化泥巖與細粒砂巖，強風化巖Rc=5～10 MPa，邊坡坡高大約為18 m，坡體穩定性較差。巖體節理發育，主要為50°∠88°，120°∠78°，裂隙張開，部分充填泥質，對穩定性有一定的影響。洞口圍巖差，為Ⅴ級。綜上，隧道成洞條件較差，圍巖易發生坍塌、滑坡等災害，需要對洞口邊仰坡重點防護及監測。

鳳凰山隧道左、右線司徒端，較南王莊端略高，隧道出口處坡向朝南，山坡自然坡度較陡約45°～60°，圍巖主要為黃土狀亞黏土、砂質泥巖和砂巖互層，強-弱風化狀。表部黃土狀亞黏土厚2.0～3.6 m，下浮基巖風化強烈，節理裂隙發育，巖土呈砂土狀-碎石狀鑲嵌結構，巖體較破碎，較軟弱，圍巖穩定性差。路線方向為正南北方向，從山體底部通過，巖層產狀為120°∠78°，右側隧道軸線方向與地面等高線交角接近垂直，有利于隧道出口仰坡穩定，左側隧道軸線方向與地面等高線斜交，對隧道出口仰坡穩定性不利。隧道左線左邊坡、右線右邊坡圍巖主要為黃土狀亞黏土、砂質泥巖和砂巖互層，強-弱風化狀，弱風化巖Rc=5～10 MPa，邊坡坡高大約為20 m，坡體穩定性較差。巖體節理發育，主要為50°∠88°，120°∠78°，裂隙張開-閉合，部分充填泥質，對穩定性有一定的影響。洞口圍巖差，為Ⅴ級。綜上，較隧道南王莊端，隧道司徒端成洞條件更差，圍巖易發生坍塌、滑坡等災害，需要對邊仰坡重點防護及監測。

針對上述評價，洞口段施工過程中，重點對進出口邊仰坡進行防護，并進行現場監測，監測結果顯示隧道進出口變形較小，相對穩定性好。

4 結語

本文分析了影響隧道洞口邊坡穩定的影響因素，并以鳳凰山隧道為工程依托，對其洞口段邊坡的穩定性和安全性進行了分析評價，提出了以變形監測結果作為邊坡穩定性的評價依據。