某隧道地質(zhì)災(zāi)害危險性分析

鐘誠

摘要：本文結(jié)合工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況，采用工程地質(zhì)學(xué)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(wěn)定性分析，并提出了預(yù)警預(yù)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(guān)鍵詞：隧道;U型槽;邊坡穩(wěn)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(xiàn)狀道路結(jié)合過渡段紅線寬度為32m，現(xiàn)地面與規(guī)劃隧道地面高差為0.00-8.26m，由于隧道底部結(jié)構(gòu)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(jié)段明挖施工，其東側(cè)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(jù)計算確定，高壓旋噴樁止水帷幕深度進入基坑底強風(fēng)化層不少于1m。同時基坑設(shè)計需滿足鉆孔樁的抗傾覆穩(wěn)定、基坑整體穩(wěn)定性、抗浮穩(wěn)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(zhì)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(zhì)不均勻，力學(xué)性質(zhì)較不穩(wěn)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(zhì)，韌性低。層厚2.Om，層頂埋深4.50m，層頂標(biāo)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(chǎn)生剪切破壞，易產(chǎn)生崩滑現(xiàn)象，屬不良地基土;第（3）層粉質(zhì)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(zhì)，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(zhì)，含較多粉粘粒，局部夾薄層淤泥質(zhì)土，層厚3.OOm，承載力較低，屬一般地基土;第（7）層強風(fēng)化巖：巖性主要為泥巖、泥質(zhì)砂巖，呈棕紅色、灰黃色，裂隙極發(fā)育，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，砂土狀、土柱狀或柱狀，局部夾中風(fēng)化巖塊，揭示層厚12.70m-31.1Om。

經(jīng)計算，本場地飽和粉土在發(fā)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(fā)生地震烈度為7度地震時不會發(fā)生液化。

3.水文地質(zhì)條件簡況

據(jù)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(wěn)定地下水位埋深為1.70m-2.lOm，穩(wěn)定地下水標(biāo)高為2.06m-13.78m。

根據(jù)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(xù)，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?qū)用嫣?，隱伏于第四系之下，稍具承壓性。風(fēng)化基巖雖節(jié)理裂隙發(fā)育，但多為閉合裂隙，聯(lián)通性差，基巖裂隙水貧乏。據(jù)擬建隧道工程所在地區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)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(jié)構(gòu)及對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性;場地土對混凝土結(jié)構(gòu)、對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及對鋼結(jié)構(gòu)均具微腐蝕性。

透水性特征：第（1）層填土層，其滲透系數(shù)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(shù)K20=3.47×10^-7cm/s～2.79×10^-6cm/s，為極微～微透水性;第（3）層粉質(zhì)粘土夾層，滲透系數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)K20=5.24×10^-5cm/s，滲透陛等級為弱透水陛;第（7）層風(fēng)化巖雖然裂隙發(fā)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(wěn)定性分析

根據(jù)擬建隧道工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，先運用工程地質(zhì)學(xué)分析法、坡率法及計算法分別對其進行評價。

4.1工程地質(zhì)學(xué)分析法

隧道基坑開挖段，規(guī)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(zhì)粘土、粉土、底部局部為強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、強風(fēng)化泥巖，基坑工程終點段部可能有淤泥、粉砂。人工填土結(jié)構(gòu)不均勻，開挖過程中易垮塌;粉質(zhì)粘土呈可塑狀，局部夾少量砂土，開挖后有一定的自穩(wěn)能力，但時間較短，若不及時支護，亦易發(fā)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(wěn)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(fā)生滑移破壞，影響邊坡穩(wěn)定性;粉砂稍密狀，局部夾薄層淤泥質(zhì)土，穩(wěn)定性差;強風(fēng)化巖穩(wěn)定性稍好。因此總體評價基坑開挖后形成的邊坡不穩(wěn)定性。

4.2坡率法

根據(jù)《工程地質(zhì)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(zhì)邊坡的高度在5m以下及Sm-lOm范圍內(nèi)，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(tài)時，其邊坡的高度在5m以下及5m-lOm范圍內(nèi)，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(jù)類似工程邊坡坡度經(jīng)驗，本擬建工程在基坑開挖過程中，基坑邊坡不穩(wěn)定。

4.3計算法

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

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

5.結(jié)論

通過上述分析，場地巖土工程力學(xué)性質(zhì)較差，導(dǎo)致基坑坑壁不穩(wěn)定，可能引發(fā)基坑邊坡崩塌或滑坡;隧道基坑開挖時，基坑坑壁穩(wěn)定，發(fā)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(wěn)定性，極可能引發(fā)基坑滑坡地質(zhì)災(zāi)害，將直接威脅到現(xiàn)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(cè)的廠房和民房，造成較大的經(jīng)濟損失，預(yù)測其危害程度大，危險性大。

開挖隧道形成的基坑邊坡不穩(wěn)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(jiān)測措施，以便發(fā)現(xiàn)問題及時處理。結(jié)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(jié)合基坑設(shè)計方案，合理安排基坑的開挖工作，并做好基坑內(nèi)的抽、排水工作;（3）結(jié)合基坑設(shè)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(yīng)及時運走，避免因大量土體高層堆載產(chǎn)生側(cè)向土壓力導(dǎo)致發(fā)生基坑崩塌或滑坡;（5）加強施工期對基坑的監(jiān)測，以便及早發(fā)現(xiàn)問題，及時做出相應(yīng)的治理措施;（6）根據(jù)場地地質(zhì)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(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)或錨拉結(jié)構(gòu);（7）在基坑開挖深度范圍內(nèi)，坑壁巖土體其自穩(wěn)性較差，注意采取相應(yīng)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(yán)密的措施控制基坑開挖對周邊環(huán)境的影響;（8）施工中應(yīng)做好有效的交通疏導(dǎo)及安全措施，以免影響路的交通及行人及車輛行車安全。