有关隧道洞口段边坡稳定性及控制技术的研究

【摘 要】 在施工过程中，隧道洞口段边坡往往面临着滑坡、崩塌的危机。因此，如何对隧道洞口段边坡稳定性进行科学分析并提出有效的控制技术是隧道工程中急需解决的重要问题。本文从这一问题出发，先分析了影响隧道洞口边坡稳定性的可能因素以及边坡破坏的各种模式，然后提出了相应的控制措施。

【关键词】 隧道；洞口段；边坡稳定性；控制技术

1 引言

由于洞口边坡的稳定性直接关系到整个隧道工程的成败，因而在隧道工程实施过程中必须引起高度重视。然而，就目前的形势看，这一问题在我国的公路施工中并未受到普遍重视，比如说我国相关的施工规范（《公路隧道施工技术规范》等）并未对每种地质条件下隧道洞口的内容作出相应的原则性的规定，而仅仅只作出了概述性的规定。此外，设计过程中，对隧道洞口的处理也显得相对随意。值得一提的是，在我国，因洞口滑坡或坍塌而造成工程进度滞后甚至人员伤亡的情况时有出现。

因此，为了尽可能的降低施工过程中因某些可预测的因素所造成的不必要损失，应准确分析和预测影响洞口段边坡稳定性的因素，并作出及时科学地调控。本文就影响隧道洞口段边坡稳定性的因素及控制技术做出了深入研究。

2 隧道洞口段边坡稳定性的影响因素

影响隧道洞口段边坡稳定性的因素很多，对一个具体的隧道边坡而言，我们应当先从岩体的基本结构和力学性质出发，结合相关的工程因素和其他自然因素，然后对其进行综合分析，找出各个因素之间的影响特点和联系。

（1）地质形貌和岩体

地质形貌与岩体在是隧道洞口段边坡稳定性的基本影响因素，它决定了边坡工程的地质特征，是判断边坡是否稳定的重要依据之一，因此，选择地层和岩体好的路段来进行施工是确保隧道工程质量的前提。特别值得指出的是，研究岩体时不仅要考虑到岩性，更要考虑到岩体结构。岩体结构由结构面和结构体两部分构成。所谓结构面指的是有一定面积的，能连续（断）续延展破裂或隐伏破裂的地质界面，包括断层、节理、层理和片理以及剪切密集带等。研究表明：岩体中的结构面会对岩质边坡稳定性造成很大的影响，因为这些部位往往是物理化学作用和物理力学变动的活跃反应地带，极有可能危及边坡稳定性。所以，结构面在岩体结构分析中至关重要。从另一方便来考虑，结构面强度远远低于岩石本身的强度，当岩体中有不利的结构面存在时，即便是高度不大的边坡也有面临破坏的可能。

（2）工程施工

工程施工也是影响隧道洞口段边坡稳定性的重要因素之一。由于开挖岩体会造成边坡岩体的力学状态发生变化，具体表现在应力释放和应力集中两方面。若是均质的各向同性体，开挖之前洞口段边坡岩体的应力场应为水平应力的轨迹线，开挖以后，边界条件发生了变化，会导致岩体的力学状态发生新的调整。相应地，边坡坡脚附近的岩体所受水平应力将大大增加，也就是在该处产生了急剧的应力集中。剪应力剧增会对隧道洞口边坡岩体的稳定性产生很大的的影响。另外，边洞口坡坡度也会对边坡稳定性造成影响。实践表明，当边坡坡度不大于 35°时，对边坡稳定性的影响不大；反之，当边坡坡度处于 35°到 55°之间时，会对边坡稳定性产生急剧增加的负面影响。此外，隧道埋深也是影响隧道边坡尤其是上坡稳定性的一个重要因素。当隧道埋深≥15米时，洞口边坡受到的影响不大。当隧道埋深

（3）水的影响

①大气降水

大气降雨后，渗入到岩层中会使得岩层中的细微颗粒富集、离子交换频繁、亲水成分增多，直接导致岩体软化变形，严重破坏边坡的稳定性。

②地下水

地下水指的是岩石中的自由水，因此，不论是在物理上还是化学上都不与岩石发生反应。不同于大气水的是，地下水相对来说，比较稳定。但是当边坡的断面中含有粘土层时，地下水的存在不仅会对岩石的应力场产生影响，还会对岩石的强度产生影响，导致岩体的稳定性降低。由于地下水能传递静水压并且可以在自重作用下移动，因而可以用一般方法加以排出。例如当隧道洞口边坡开挖位置处于地下水位的下方时，应采取必要措施进行排水工作，减少地下水带来的影响。但是，当洞口的开挖位置于处于地下水位以上时，地下水对边坡的影响很小，可以不予考虑。

（4）其它因素。除以上因素外，气候条件、天气变化、风化作用、植被生长以及施工时间都可能影响隧道洞口边坡的稳定性。

3 隧道洞口段边坡破坏模式

由于隧道边坡段岩体构造复杂多样，因此边坡的破坏模式也相应的有很多种。在隧道工程施工过程中，由于隧道开挖破坏了边坡岩体的动态平衡，洞口段边坡岩体会在次生力和其他外界力的影响下发生破坏。按破坏机理来划分，可将边坡的破坏模式简单分为三种形势：崩塌、倾倒和滑坡。崩塌是的原理是：边坡上部的岩体因受到重力作用，突然以飞快的速度脱离母岩，并翻滚坠落下来。这种破坏是急剧的，通常是是洞口段边坡表层的岩体不稳或丧失稳定性造成的。倾倒这种破坏形式的产生主要是因为边坡内部有一倾角较大的结构面存在，使得边坡岩体被分割成很多相互平行的岩块，而靠近坡面岩块慢慢地向坡外倒塌。滑坡是比较常见的破坏模式，按照滑动面形态的不同又分为平面滑动、圆弧形滑动以及楔体滑动三大类。但考虑到隧道工程的特殊性，洞口开挖很大程度上扰动了边坡岩层的稳定性，洞口边坡段的破坏模式还包括局部塌陷和堆塌两种形式。

4.隧道洞口边坡破坏的控制技术

（1）控制地质条件。施工路段的地质条件是决定边坡稳定性性的前提，因此，在隧道工程施工前应对挖方路段的全线地质条件进行仔细调查，选择具有典型代表性的路段进行分析计算，尽可能地避免不良地质情况的出现。采用瑞典条分法来测定边坡的稳定性，其稳定安全系数可达1.2以上，可靠性高。原理如下：

如图所示边坡中，假定可能滑动面是一段圆弧AD，忽略条块两侧的作用力。

整个边坡相应于AD的稳定安全系数为：

对于均质边坡有，因此可得：

其中L—AD的弧长；n—条块分条数；n—条块分条数；Wi—条块土体重；α—滑动面的倾角；c—粘聚力，Kpa；—内摩擦角。

（2）注浆。注浆的目的主要是为了加固隧道仰坡面和平台，增强松散岩石的稳定性和抗剪力。隧道洞口的岩层通常比较薄，主要由煤矸石和煤组成，风化较为严重，深埋侧的岩体在受到侧向压力推动的情况下很容易发生变形，导致滑坡。因此，施工中对仰坡面和平台最好用深孔注浆钢花管进行加固，以此提高此处岩体的抗剪应能力，确保隧道的质量。同时，施工中还应做好必须的防排水措施。

（3）洞内施工仰拱，使支护系统封闭成环。不论是任何情况，都应该保证隧道断面在短时间内及时地闭合，这一点尤为重要。在岩石隧道中，由于围岩特有的结构作用，往往不需要借助外界条件就可以自我封闭成环。但是，对软弱围岩施工时，由于软弱围岩的自稳能力差，则必须采取支护措施使之封闭成环。

5 结语

总而言之，大多数隧道工程事故的发生均出自洞口段出现质量问题，其中绝大多数又是因为洞口边坡的稳定性被破坏而导致整个洞口段失稳。所以，工程施工中，必须高度重视隧道洞口段边坡的稳定性问题。施工前，应仔细对各种因素进行观察分析，采取相应的技术及措施，做出正确调控，尽可能降低风险，确保隧道质量。

参考文献

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