隧道洞口仰坡失穩(wěn)類型及防治措施研究

張沙嶠 高啟戰(zhàn) 喬梁

【摘要】隧道洞口仰坡失穩(wěn)問題直接關(guān)系到隧道工程的成敗，因而隧道工程中洞口仰坡失穩(wěn)問題一直在困擾著工程建設(shè)人員。通過分析不同種類的較常見的仰坡失穩(wěn)類型可知：工中程地質(zhì)條件的多樣性又決定了不同的仰坡破壞類型。要針對不同的仰坡破壞類型因地制宜地采取防治措施，才能有效地防治仰坡失穩(wěn)事故的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】隧道；洞口仰坡；失穩(wěn)；防治措施

Study on Unstable Type and Prevention Measures of Tunnel Slope

Zhang Sha-qiao1，Gao Qi-zhan1，Qiao Liang2

（1.China Communications First Highway Engineering Bureau LimitedBeijing100085；

2.Xi'an University of TechnologyXi'anShaanxi710021）

【Abstract】The problem of instability of the tunnel is directly related to the success or failure of the tunnel project. Therefore， the problem of instability of the tunnel in the tunnel project has been plaguing the engineering construction personnel. By analyzing the different types of more common types of slopes， we can see that the diversity of engineering geological conditions also determines the different types of slopes. It is necessary to take effective measures to prevent the occurrence of the slope instability in order to control the different types of slopes.

【Key words】Tunnel；Slope；Instability；Prevention and control measures

在我國山區(qū)或東部沿海丘陵地區(qū)，隧道工程建設(shè)過程中，由于工程地質(zhì)條件的復(fù)雜多變，經(jīng)常會(huì)遇到隧道洞口仰坡失穩(wěn)問題，迫切需要切實(shí)保證仰坡工程的質(zhì)量，避免其對隧道施工運(yùn)營安全性造成影響。為預(yù)防和減少隧道洞口仰坡工程的事故災(zāi)害發(fā)生，本文分析了不同地質(zhì)條件下最常見的仰坡工程的失穩(wěn)類型，針對不同的失穩(wěn)類型研究與之將適用的防治措施，力求得出一般性結(jié)論從而為隧道洞口仰坡施工建設(shè)者提供工程借鑒，保證隧道洞口的施工安全。

1. 仰坡工程的失穩(wěn)類型

對于隧道洞口仰坡工程而言，其失穩(wěn)破壞類型是多種多樣的，主要是由仰坡自身的巖土體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)所決定的。一般情況下，隧道洞口仰坡可以分為土質(zhì)仰坡和巖質(zhì)仰坡兩種。土質(zhì)仰坡一般分布在河流沖擊平原和沿海平原地區(qū)，分布相對較為廣泛，但是其土層的結(jié)構(gòu)較松散穩(wěn)定性差，容易受到外部環(huán)境或內(nèi)力作用的影響而產(chǎn)生破壞，其基本失穩(wěn)類型分為滑坡、崩塌和坍塌[1]；巖質(zhì)仰坡主要分布在山區(qū)，相對于土質(zhì)仰坡而言，其強(qiáng)度更高穩(wěn)定性更好，然而受巖石類型、結(jié)構(gòu)走向、巖層節(jié)理以及巖體內(nèi)外應(yīng)力作用的影響，同樣會(huì)產(chǎn)生多種破壞模式，其基本的失穩(wěn)類型除具有土質(zhì)邊坡的破壞形式外還具有潰屈等類型。

1.1滑坡。

滑坡是指仰坡的內(nèi)部局部產(chǎn)生滑動(dòng)面，在重力和承載力的共同作用下，巖土體或其他風(fēng)化碎屑會(huì)沿一個(gè)或多個(gè)貫穿滑動(dòng)面，向下做整體滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。滑坡是重力、地下水和人為活動(dòng)等多種因素共同作用的結(jié)果。正常情況下，仰坡滑動(dòng)需要經(jīng)過前期蠕動(dòng)變形、中期滑動(dòng)破壞與后期穩(wěn)定三個(gè)過程[2]，其中變形破壞主要集中在中期滑動(dòng)破壞，滑動(dòng)速度由滑動(dòng)面破壞程度和外部作用力大小確定。

1.2崩塌。

崩塌指的是地表或接近地表的各類巖土體與外部環(huán)境接觸過程中產(chǎn)生風(fēng)化，從而導(dǎo)致巖土體突然脫離坡體，崩落、滾動(dòng)、堆積在坡腳的地質(zhì)現(xiàn)象。對于隧道洞口仰坡工程而言，巖土體的風(fēng)化崩塌可以說是邊仰坡工程中最為常見的病害類型之一，其病害程度受地表巖土體類型的影響，質(zhì)地堅(jiān)硬的巖土體剝落緩慢，相反，則剝落速度快，仰坡破壞嚴(yán)重[3]。一般情況下，剝落崩塌破壞類型對隧道洞口的安全并沒有非常大的影響，但是如果不及時(shí)進(jìn)行處理，任由其發(fā)展，會(huì)使得崩塌程度加重加深，從而導(dǎo)致仰坡巖土體破壞嚴(yán)重，危及隧道仰坡的穩(wěn)定性和隧道行車安全。

1.3坍塌。

坍塌主要產(chǎn)生在土體仰坡和泥巖仰坡中，是指仰坡在地下水或降水的影響下，使坡腳基礎(chǔ)浸水軟化，使仰坡承載能力大大下降，導(dǎo)致相應(yīng)部分發(fā)生崩解和隧道塌落的工程事故，其最大特點(diǎn)是富水性和突發(fā)性，可能會(huì)引發(fā)滑坡災(zāi)害發(fā)生，在邊仰坡工程中較為常見，多發(fā)在沿河沿海等平原軟土地區(qū)[4]。

1.4潰屈。

潰屈破壞常常發(fā)生于坡高大于200～400m的陡高巖質(zhì)仰坡中，并且在節(jié)理發(fā)育的層狀巖體仰坡中更易發(fā)生如圖1所示。一般情況下如果巖層傾角大于45o，則易發(fā)生潰屈破壞[5]，這種破壞通常發(fā)生在隧道洞口圍巖較好的地段，特別是在嚴(yán)重偏壓的連拱隧道洞口段容易發(fā)生。隨著隧道和坡腳開挖，受高地應(yīng)力的影響，高仰坡巖體由于巖塊應(yīng)力的突然釋放，將發(fā)生此類破壞。這種破壞雖然只存在高仰坡隧道洞口，但由于其發(fā)生破壞性很強(qiáng)，對工程影響較大，對仰坡潰屈破壞和防治措施的研究不容小覷[6]。endprint

2. 仰坡工程失穩(wěn)類型的防治措施

2.1防治原則。

在對仰坡工程的病害類型進(jìn)行防治時(shí)，為了盡可能減少治理成本避免災(zāi)害給人民群眾造成無法挽回的危害，要堅(jiān)持預(yù)防勝于救災(zāi)的原則，及時(shí)發(fā)現(xiàn)仰坡工程中存在的問題和缺陷，在其尚未顯現(xiàn)和發(fā)展出來之前，對其進(jìn)行預(yù)防治理，將工程災(zāi)害扼殺在萌芽階段。同時(shí)，為了避免病害的再次發(fā)生，要深入研究災(zāi)害的破壞機(jī)制，針對其發(fā)生的根本原因，進(jìn)行一次根治，杜絕后患。

2.2防治措施。

2.2.1滑坡防治措施。

對于仰坡滑坡災(zāi)害防治的最常見工程措施主要有抗滑樁、錨桿、和擋土墻等。

（1）抗滑樁。

抗滑樁就樁的受力狀態(tài)和埋置情況來分，主要分為懸臂樁和全埋樁兩種。從樁身的變形情況來分，可分為彈性抗滑樁和剛性抗滑樁兩種， 前者考慮樁體的彈性變形。該措施主要適用于滑坡體中有明顯的滑動(dòng)剪切面且滑動(dòng)剪切面以下是未被擾動(dòng)的完整基巖，或者是穩(wěn)固密實(shí)巖土體，能提供足夠的抗滑力。后者的剛度可視為無窮大，其極限承載力和變形大小取決于巖土體的性質(zhì)和其水平主動(dòng)土應(yīng)力大?。豢够瑯兜闹饕攸c(diǎn)是可處治深層滑坡，特別是地形較緩時(shí)施工速度快，且比錨桿更經(jīng)濟(jì)適用[7]；

（2）錨桿。

錨桿是最為經(jīng)濟(jì)有效的加固手段之一，在近代巖土工程中錨桿應(yīng)用十分廣泛，因?yàn)槠湓谶呇銎录庸踢^程中有顯著的優(yōu)越性。錨桿結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是對巖土體的擾動(dòng)很小，不破壞巖土體的原始應(yīng)力狀態(tài)，通過錨固技術(shù)充分地提高被加固巖土體的強(qiáng)度。但是其缺點(diǎn)是錨桿長度一般在20 m之內(nèi)，不適用于深層滑坡。

（3）擋土墻。

擋土墻是一種比較常用而且歷史悠久的邊仰坡支護(hù)結(jié)構(gòu)。在邊仰坡滑坡治理過程中， 由于擋土墻受到自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的制約，不可能大幅度提高邊仰坡的抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)， 特別是對于大型滑坡體作用不大。所以，擋土墻只能適用于基巖和滑動(dòng)面埋藏不深的淺層滑坡，在大中型滑坡和深層滑坡治理工程中，擋土墻一般只能作為綜合治理措施的一個(gè)重要組成部分。

2.2.2崩塌防治措施。

針對仰坡崩塌問題應(yīng)采取相應(yīng)的措施，對隧道仰坡的表面進(jìn)行防護(hù)，從而提升其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少溫差和降水變化對仰坡工程的影響，預(yù)防或延緩風(fēng)化、崩塌的演化過程，保證仰坡工程的安全。

（1）植物防護(hù)指通過在符合條件的仰坡表面種植植物的方式，對其進(jìn)行坡面防護(hù)。首先，在有條件的仰坡坡面種植相應(yīng)的植物，不僅可以修復(fù)因施工對仰坡生態(tài)環(huán)境造成的破壞，而且部分植物還可以起到隔音降噪、除塵、指導(dǎo)交通的特殊作用；其次，隨著植物的生長可以覆蓋仰坡的表面，可以減緩雨水對仰坡的直接沖刷，減少降水對于仰坡的破壞，還可以調(diào)節(jié)仰坡表面的濕度，很大程度上緩解了崩塌現(xiàn)象的發(fā)生，起到穩(wěn)坡固結(jié)的作用；最后，采用植物護(hù)坡的方式，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，保持自然生態(tài)平衡，同時(shí)具有施工速度快、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[8]。一般情況下采用的植物防護(hù)措施，要根據(jù)仰坡巖土體類型進(jìn)行選擇，針對土質(zhì)仰坡，可以選擇密布種草的方式進(jìn)行覆蓋種植；對于巖質(zhì)仰坡，可以在其表面挖槽鋪設(shè)草皮或者在坡腳周圍植樹的方式。

（2）工程防護(hù)指利用混凝土等構(gòu)建相應(yīng)的坡面防護(hù)工程對崩塌進(jìn)行治理，一般適用于巖質(zhì)仰坡。而針對不同的巖體類型，同樣可以選擇不同的工程防護(hù)方式。對于普通的巖質(zhì)仰坡，可以進(jìn)行砌石防護(hù)，采取錯(cuò)縫的方式確保塊石的連接緊湊，并留出排水通道；對于巖質(zhì)較軟巖石仰坡，為了避免坡面風(fēng)化崩塌的破壞，可以將混凝土與石灰爐渣等混合后進(jìn)行攪拌，對其表面進(jìn)行防護(hù)處理；對于質(zhì)地相對堅(jiān)硬但是裂縫較多的巖質(zhì)仰坡，可以利用水泥砂漿和水玻璃等高分子材料，對其裂縫進(jìn)行灌漿處理，提高邊坡的強(qiáng)度。然后采用土工網(wǎng)和土工格柵對巖質(zhì)仰坡表面進(jìn)行防護(hù)加固，防治崩塌剝落的石塊影響交通。

（3）坍塌防治措施。

仰坡坍塌災(zāi)害主要是防水，包括地下水防護(hù)和地表水防治兩個(gè)方面[9]。對于地下水，可以通過在仰坡范圍外修筑隔水帷幕、開挖截水溝的形式，對地下水進(jìn)行切斷；對于仰坡范圍內(nèi)，可采用布置抽水井、開挖暗溝和排滲溝進(jìn)行排水，從而有效降低地下水對仰坡坡基的影響。對于地下水位較高的地區(qū)，如沿河沿海地區(qū)，可以通過排水溝和輕型井點(diǎn)降水的方法降低地下水位；對于地表水，也可以采取截水溝截留的方式，降低地表水對仰坡的滲透破壞，同時(shí)可以在仰坡范圍內(nèi)，構(gòu)建合理的導(dǎo)水溝排水渠等排水設(shè)施，加強(qiáng)地表水的引導(dǎo)管理，減少其對仰坡穩(wěn)定性造成的影響。

（4）潰屈防治措施。

削方減載主要用于巖質(zhì)仰坡潰屈防治，削方減載措施特別適用于上重下輕和上陡下緩的仰坡形式，且隧道進(jìn)洞口兩側(cè)有明顯的邊界，或者有巖體露出而很難通過工程措施處置變形的仰坡治理，對改善仰坡上方巖體的屈曲變形，提高其安全系數(shù)，增強(qiáng)仰坡的穩(wěn)定性有著顯著的效果。尤其對滑動(dòng)巖體層厚度大于15m的厚重型仰坡，通過削方減載能使仰坡安全系數(shù)得到很大提高[10]。雖然削方減載比較經(jīng)濟(jì)、施工速度相對較快，但對仰坡工程大體積的開挖擾動(dòng)會(huì)局部破壞環(huán)境的生態(tài)平衡，使仰坡更容易遭到風(fēng)化侵蝕；此外巖體開挖擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致巖體應(yīng)力釋放同時(shí)使周邊巖體受到牽動(dòng)，從而產(chǎn)生新的變形體；所以在仰坡治理過程中削方減載措施應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

3. 結(jié)論

結(jié)合隧道洞口不穩(wěn)定邊仰坡體形態(tài)特征、變形規(guī)律、形成原因及穩(wěn)定狀況，綜合考慮各種工程的適宜性、經(jīng)濟(jì)性、可操作性等方面因素，建議仰坡防治采用如下治理方案：（1）對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜面的仰坡滑動(dòng)面要采取抗滑樁、擋土墻和錨索等綜合防治措施有針對性防治仰坡滑坡災(zāi)害；（2）根據(jù)仰坡巖土條件的不同要因地制宜地采取防治仰坡崩塌，針對土質(zhì)仰坡要盡量采用根系較弱的草本植物進(jìn)行坡面防護(hù)，巖質(zhì)仰坡則應(yīng)先對仰坡進(jìn)行加固處理后再采用土工網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)；（3）仰坡坍塌的治理主要是治水，所以完善仰坡的截導(dǎo)排水系統(tǒng)對仰坡坍塌處理至關(guān)重要；（4）針對巖體仰坡的潰屈破壞變形，可通過削坡減載，降低坡體高度減少上部坡體重量，增加仰坡穩(wěn)定性。

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