破碎粉砂巖隧道洞口段邊坡聯合支護及穩定性分析

中圖分類號：U453.1文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.043

文章編號：1673-4874（2025）01-0147-04

0 引言

山區隧道洞口常處于埋深較淺、地形地質條件較差的陡峭山坡上，由于邊坡巖體風化嚴重、強度較低，極易因隧道洞口開挖施工導致邊坡滑塌等事故，造成重大人員傷亡和財產損失[1-3]。為了提高隧道工程的安全性，隧道開挖進洞前必須對洞口段邊坡采取防護加固措施，確保洞口段邊坡穩定，保證隧道進洞施工及運營期安全。

不少學者對隧道洞口段邊坡的穩定性進行了研究。Huang等4對某鐵路巖質隧道邊坡進行了穩定性評估，認為隧道修建首要問題是對出入口邊坡的穩定性研究。韋海平等[5基于極限平衡理論對某隧道進口邊坡危巖進行穩定性計算，得出在不同工況下坡體危巖位于失穩狀態，在施工進洞前需增強防護措施。鄭新明等對比了三種邊坡加固方案，表明經過掛網噴混凝土、坡體錨桿施作和局部鋼花管注漿的加固措施后，邊坡穩定性得到了改善。韓剛根據某隧道工程實際情況，選用FLAC3D軟件分析了隧道開挖對洞口高邊坡的影響。呂鑫等通過實地勘察，推斷施工擾動是導致邊坡發生滑移的首要原因，并提出用復合式支擋結構限制邊坡滑移。徐平等9采用新型邊坡加固方案，能夠很好地加強邊坡穩定性。王偉等[通過FLAC3D軟件研究邊坡支護措施在不同參數性能下的邊坡穩定性變化規律。

雖然對于隧道洞口邊坡的穩定性研究已有較多成果，但由于山嶺隧道常需穿越地勢復雜的山脈山嶺，進洞點各不相同，進口段的防護支護措施主要依賴于經驗積累來確定，難以套用到所有情況，尚需進一步深入研究。本文以地勢陡峭的云盤隧道口邊坡為例，針對其巖層風化程度較高、巖土體強度差、存在明顯的地形偏壓等特點，提出了合理的綜合處治技術，并構建有限元分析模型進行分析研究，以驗證洞口邊坡防護設計的可靠性。

1工程概況

1. 1 基本概況

廣西云盤隧道是龍勝一中口岸公路龍勝芙蓉至縣城段關鍵控制性工程，隧道左線長 1463m ，右線長1456m，為分離式越嶺長隧道。隧道進出口采用端墻式設計，采用雙向開挖掘進的方法進行施工。

隧道地處起伏的丘陵地貌區，入口位于陡峭斜坡上，地形坡角約 左右，部分區域形成高 4m 的陡峭地段，周圍地區為旱地。坡向為 ，坡形為單側山坡，隧道軸線與坡向呈小夾角。隧道進、出洞口的圍巖有粉質黏土、強風化粉砂巖。強風化粉砂巖巖質軟，裂隙發育，巖體極破碎一破碎，洞口周圍均為V級圍巖。擬建隧道屬長隧道，地面橫坡坡比為 ，隧道進洞口淺埋段具有偏壓現象，洞室開挖易出現圍巖大變形、塌方；洞頂上方為破碎帶的區段極易發生塌方或冒頂。

1.2地形地貌

隧址區為構造剝蝕丘陵、深丘地形，順地層走向溝脊相間，受砂泥巖軟硬巖類組合特征的影響，在流水、風化作用下總體表現為深谷、臺梁式地貌。山體大致呈南北向臺梁式展布，隧道進、出口段位于丘陵坡腳。地形地貌受地層巖性和地質構造控制，泥質較多巖段多形成谷地或寬緩的剝蝕槽狀地形，砂巖段常形成鰭脊陡坡、陡壁。測區內植被發育，以松樹及低矮灌木為主。場地斜坡表層多為殘積粉質黏土，在進口段見基巖出露，出口局部出露。在谷地、緩坡一帶開墾有水田、旱地，地表水不發育。

1.3進口段地層巖性

根據地質勘測，隧道所在地區的地層主要由沖積塊石、粉質黏土等組成，地層的基底則包括震旦系南沱組下段的粉砂巖和斷層角礫巖等。根據鉆孔數據報告，進口段地層的巖性情況如下：

（1）粉質黏土（QdI）：褐紅色，稍濕，可塑。局部分布，厚度為

（2）強風化粉砂巖（Zan）：灰色，隙面褐黃色，裂隙極發育，巖芯很破碎，呈碎石狀、碎塊狀、夾短節狀，取芯率很低，為 ，含雜較多中風化巖塊，巖質軟，部分巖塊巖質較軟一較硬。全場地分布，厚度為

（3）中風化粉砂巖（Zan）：灰黃色，為粉砂質地，屬中厚層結構，具有輕微變質特性。節理裂隙很發育，呈銹黃色、灰黑色，巖芯呈碎塊狀，取芯率為 55% ，節長 gt;10 cm的巖芯約占 10% ，巖質較軟。其中 41. 1～42. 0 m m處夾有少量土狀巖芯，全場地分布，厚度為0. ".30m。

1.4進洞口邊坡穩定性評價

隧道進、出洞口均位于斜坡上，地形較平緩，進洞口主要由殘坡積粉質黏土和強風化粉砂巖、中風化粉砂巖組成，其中粉質黏土厚度小，按巖質邊坡考慮，自然邊坡穩定性較好。根據砂巖巖層產狀、節理產狀和路線走向分別作赤平投影圖（見圖2）可以看出，隧道走向為 巖層走向與隧道軸線夾角為 ，傾向SW，對隧洞右側壁穩定不利。節理J1走向與隧道軸線夾角為 ，傾向SE，對隧洞側壁穩定影響??；J2走向與隧道軸線夾角為58°，傾向NE，對隧洞側壁穩定影響小。隧道區巖體節理較發育，節理相互切割，形成刃口向上的楔形體、尖端向上的錐形體、長軸豎直的柱體和棱柱體等不穩定巖體，隧道開挖后有掉塊、墜落甚至塌方的可能。

2洞口邊坡支護措施

考慮到云盤隧道進洞口段有偏壓現象，洞室開挖易出現圍巖大變形、塌方或冒頂，且隧道進洞口邊、仰坡穩定性較差，必須做好相應的防護措施，并采取有效的支護加固手段以改善邊坡穩定性。在隧道進洞施工前，針對云盤隧道所處山體地質條件采取如圖3所示的邊坡多措施聯合支護的方式。

2.1坡體開挖與防護

由于云盤隧道入口處洞口位置位于斜坡上，因此需對洞口上方坡體進行開挖防護，作業過程中要遵循設計坡比進行開挖施工。施工過程要盡量減少對周圍環境的擾動，及時觀測各項數據的變化。洞口段開挖后須及時實施噴錨防護，洞臉、兩側邊仰坡均打長3.5m的 注漿小導管 + 掛 間距@20cm×20cm鋼筋網 + 噴射10cm厚的C20混凝土進行防護。小導管按 梅花形布置。

2.2 抗滑樁

為了減少偏壓作用給隧道進洞施工等后續工程帶來的影響，在洞口左側設置3根長 18m 直徑2.2m的抗滑樁，采用旋挖鉆孔作業，抗滑樁縱向間距為 4m ，并用鋼筋混凝土冠梁進行連接，以增強整體結構的穩定性和承載力。抗滑樁中預埋 錨固鋼筋，與洞門墻連接，要求在進洞前應先施作抗滑樁。

2.3錨索預應力擋墻

考慮到右側地形陡峭，特別設置了高為20.5m的C30混凝土偏壓擋墻。墻體澆筑應分段分層作業，嚴格遵循標準操作，確保擋墻的強度達到標準。為了進一步加強穩定性，在擋墻底部增加三根長度為18m單排I類錨索，縱向間距為2m，每根錨索預應力設置為300kN。

3 邊坡穩定性分析

3.1模型的建立

根據地勘報告、隧道設計規范與建議值，云盤隧道進口各巖層均選用摩爾一庫侖本構，參數指標如表1所示。

在選用鋼筋混凝土結構時，需要考慮結構的等效剛度，即根據等效剛度法將鋼筋彈性模量轉化至混凝土材料彈性模量當中。各彈性結構參數指標值詳見表2。

有限元模型根據云盤隧道施工設計圖和地質勘探報告建立。計算過程考慮自重作用，模型上邊界為自由約束，其余部分添加法向垂直約束。為了降低邊界效應對數值模擬計算帶來的偏差，將模型邊界選為隧道斷面尺寸的3倍左右，整體模型寬為80m、高為75m，具體如圖4所示。

3.2 施工工況

為了分析不同施工工況下邊坡的穩定性，根據施工圖設計及施工方案設置施工工況如表3所示。

3.3穩定性分析

基于有限元的強度折減法，計算各種工況下的邊坡安全系數如圖5所示。

由圖5可知，隨著工況的推進，相應的邊坡支護措施不斷加強，邊坡的安全系數也不斷增加，但隧道洞口段開挖則會降低安全系數。工況一邊坡沒有放坡開挖時的安全系數為1.12，因沒有考慮樹木等地面附著物，表明原邊坡是相對穩定的，建模分析也是合理的；在工況三時，對邊坡進行放坡開挖，并掛網噴射 C20 混凝土防護，在坡面增設錨桿加固、預應力錨索擋墻及坡面錨桿后，邊坡安全系數達到1.38，符合規范要求（1.35≤F_s"）；為了保證隧道開挖安全，工況四又增設了3根抗滑樁，安全系數達到1.57；后續進洞開挖施工擾動對邊坡穩定性系數影響較大，邊坡穩定性系數降至1.46，比工況四的1.57降低了 11% 。由此可見，工況四增設抗滑樁是必要且合理的，也更利于洞口的安全開挖。

3.4 位移分析

邊坡的位移在有限元軟件中常通過位移云圖反映，下面將典型工況的水平位移云圖列出如圖6所示。

由圖6可知，工況一時，原邊坡清表后，計算得到的水平位移為 51.2m m ，滑動面沿著坡腳方向滑動。工況四時，沿著坡面方向的水平位移最大處均位于邊坡中部附近，主要是由于原邊坡放坡開挖后，上部邊坡坡度變陡，下部由于擋墻阻礙了邊坡變形，故在邊坡變化處承受變形的能力差，易產生較大的水平位移；沿著坡面方向的水平位移在工況四時減至15.1mm，相較于原始狀態下降了 70.5% ，可見采取的邊坡防護措施可以有效降低巖土體的變形以保證邊坡安全。

4結語

本文基于前期勘探結果和設計資料，運用有限元軟件建立云盤隧道洞口段山體邊坡模型，對云盤隧道洞口段不同工況下的穩定性進行分析，主要結論如下：

（1）云盤隧道進口段邊坡位于陡峭斜坡上，主要由粉質黏土和粉砂巖組成，碎屑巖層巖土體風化層強度較低，易受水分影響而導致軟化和瓦解，形成軟弱夾層，必須采取可靠的邊坡防護措施。

（2）采用有限元計算分析表明：噴混 + 錨桿 + 抗滑樁 + 錨索預應力擋墻的聯合支護措施產生的協同作用，增強了邊坡的穩定性，洞口邊坡安全穩定性系數從初始的1.12提高至1.57。

（3）坡體的位移分析表明：采用的聯合支護方案對邊坡坡面位移的抑制效果顯著，水平方向最大位移量從51.2m m 降至15.1mm，相較于原始狀態下降了70. 5% .

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