隧道洞口邊坡穩(wěn)定性分析及安全性評(píng)價(jià)

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(guān)，受地形與隧道進(jìn)出口位置的限制，工程中不可避免出現(xiàn)高陡邊仰坡問(wèn)題。受風(fēng)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(wěn)定性較差。隧道洞口施工和開(kāi)挖改變?cè)猩襟w的平衡，施工中易誘發(fā)洞口山體滑坡、崩塌以及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，造成大量的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。因此弄清隧道洞口邊坡的失穩(wěn)機(jī)理及破壞模式，對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，并采取相應(yīng)防護(hù)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(wěn)定性的因素

影響隧道洞口邊坡穩(wěn)定的因素一般分為內(nèi)在因素和外在因素。

1.1 內(nèi)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(zhì)特征的基本因素，是判斷邊坡穩(wěn)定性十分重要的依據(jù)。

1.1.2 地質(zhì)構(gòu)造和地應(yīng)力

1.1.2.1 地質(zhì)構(gòu)造

在邊坡地質(zhì)構(gòu)造中，邊坡地質(zhì)主要是指褶皺的形態(tài)、巖層的產(chǎn)狀、斷層和節(jié)理裂隙發(fā)育特征以及區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等。評(píng)價(jià)巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響時(shí)，必須要注意結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與邊坡的相互關(guān)系，如果巖體的結(jié)構(gòu)面與邊坡面的組合不相同，邊坡的穩(wěn)定性也必然不同[1]。

1.1.2.2 地應(yīng)力

自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力是邊坡地應(yīng)力的主要組成形式，邊坡體中結(jié)構(gòu)面的存在使得邊坡內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的分布變得十分復(fù)雜，在邊坡結(jié)構(gòu)面附近形成了應(yīng)力集中或應(yīng)力阻滯情況，當(dāng)應(yīng)力集中的數(shù)值超過(guò)巖體強(qiáng)度時(shí)，邊坡巖體便會(huì)發(fā)生變形、滑移等災(zāi)害[2]。

1.2 外在因素

1.2.1 工程施工的影響

工程施工對(duì)洞口邊坡的穩(wěn)定性有很大影響，隧道開(kāi)挖是誘發(fā)洞口邊坡破壞的重要因素。隧道的施工打亂了原始的應(yīng)力場(chǎng)，所以洞口施工是洞口邊坡失穩(wěn)的直接原因[3]。

1.2.2 水

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

圖1 地下水對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的方式

2 隧道洞口邊坡破壞機(jī)理

2.1 土質(zhì)邊坡破壞機(jī)理

邊坡的失穩(wěn)破壞主要是由于邊坡內(nèi)所受的應(yīng)力超過(guò)巖土體或結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度，從而導(dǎo)致邊坡結(jié)構(gòu)破壞。邊坡變形表現(xiàn)為卸荷回彈和蠕變兩種主要方式[4]。

2.2 巖石邊坡破壞機(jī)理

隧道處于錯(cuò)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(kāi)挖隧道必然導(dǎo)致圍巖松弛變形，同時(shí)在地表水的作用下，圍巖進(jìn)一步軟化，強(qiáng)度降低，隧道洞口的坡體在壓力作用下產(chǎn)生滑移，造成洞口塌方[2]。

3 鳳凰山隧道進(jìn)出口穩(wěn)定性及安全評(píng)價(jià)

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(zhǎng)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(qū)，地表相對(duì)比較平緩，中部較高，南北兩側(cè)較低，南北兩側(cè)山坡出露的基巖沖溝較發(fā)育。

3.1.2 地層巖性

隧址區(qū)地層主要為二疊系上統(tǒng)上石盒子組泥質(zhì)灰?guī)r及砂巖，巖體為強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化，強(qiáng)風(fēng)化巖體破碎，節(jié)理裂隙十分發(fā)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(qū)的降水大部分以地表徑流形式流出區(qū)外，小部分下滲補(bǔ)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(jìn)出口穩(wěn)定性及安全性評(píng)價(jià)

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(qiáng)風(fēng)化泥巖與細(xì)粒砂巖，碎塊狀。表部坡積亞黏土厚度較薄，下浮基巖風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖土呈砂土狀-碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖體較破碎，較軟弱，圍巖穩(wěn)定性差。路線方向?yàn)檎媳狈较?，從山體底部通過(guò)，巖層產(chǎn)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(jìn)口仰坡穩(wěn)定。隧道左線左邊坡圍巖主要為黃土狀碎石土、強(qiáng)風(fēng)化泥巖與細(xì)粒砂巖，強(qiáng)風(fēng)化巖Rc=5～10 MPa，邊坡坡高大約為18 m，坡體穩(wěn)定性較差。巖體節(jié)理發(fā)育，主要為50°∠88°，120°∠78°，裂隙張開(kāi)，部分充填泥質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定性有一定的影響。洞口圍巖差，為Ⅴ級(jí)。綜上，隧道成洞條件較差，圍巖易發(fā)生坍塌、滑坡等災(zāi)害，需要對(duì)洞口邊仰坡重點(diǎn)防護(hù)及監(jiān)測(cè)。

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(zhì)泥巖和砂巖互層，強(qiáng)-弱風(fēng)化狀。表部黃土狀亞黏土厚2.0～3.6 m，下浮基巖風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖土呈砂土狀-碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖體較破碎，較軟弱，圍巖穩(wěn)定性差。路線方向?yàn)檎媳狈较颍瑥纳襟w底部通過(guò)，巖層產(chǎn)狀為120°∠78°，右側(cè)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(wěn)定，左側(cè)隧道軸線方向與地面等高線斜交，對(duì)隧道出口仰坡穩(wěn)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(zhì)泥巖和砂巖互層，強(qiáng)-弱風(fēng)化狀，弱風(fēng)化巖Rc=5～10 MPa，邊坡坡高大約為20 m，坡體穩(wěn)定性較差。巖體節(jié)理發(fā)育，主要為50°∠88°，120°∠78°，裂隙張開(kāi)-閉合，部分充填泥質(zhì)，對(duì)穩(wěn)定性有一定的影響。洞口圍巖差，為Ⅴ級(jí)。綜上，較隧道南王莊端，隧道司徒端成洞條件更差，圍巖易發(fā)生坍塌、滑坡等災(zāi)害，需要對(duì)邊仰坡重點(diǎn)防護(hù)及監(jiān)測(cè)。

針對(duì)上述評(píng)價(jià)，洞口段施工過(guò)程中，重點(diǎn)對(duì)進(jìn)出口邊仰坡進(jìn)行防護(hù)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示隧道進(jìn)出口變形較小，相對(duì)穩(wěn)定性好。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了影響隧道洞口邊坡穩(wěn)定的影響因素，并以鳳凰山隧道為工程依托，對(duì)其洞口段邊坡的穩(wěn)定性和安全性進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，提出了以變形監(jiān)測(cè)結(jié)果作為邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)依據(jù)。