連拱隧道洞口段高陡邊坡穩(wěn)定性的技術(shù)分析

文/資新 云南省公路工程監(jiān)理咨詢公司 云南昆明 650000

近年來，西部大開發(fā)戰(zhàn)略如火如荼，“一帶一路”建設(shè)又深入推進(jìn)，我國(guó)中西部地區(qū)交通狀況明顯改善，基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善、規(guī)模不斷壯大。但是，限于我國(guó)中西部地區(qū)崇山峻嶺、地形復(fù)雜的特點(diǎn)，過去多采用“繞山而行”等迂回戰(zhàn)略修建道路。隨著技術(shù)的革新，“穿山而行”的隧道工程逐漸增多。這一方面縮短了線路里程，順應(yīng)了人民期待。另一方面，也減少了對(duì)土地的占用，起到了很好地環(huán)保效果。而受地貌、地質(zhì)條件等客觀條件，以及工程施工等主觀因素的影響，隧道在施工過程中也經(jīng)常呈現(xiàn)一些或輕或重的問題，而首當(dāng)其沖的便是隧道洞口段。因?yàn)橥ǔＧ闆r下，工程貫通巖土體是脆弱易碎的高陡邊坡，隧道圍巖自穩(wěn)能力不強(qiáng)，埋深不高，隧道一經(jīng)動(dòng)工，圍巖很難形成穩(wěn)定的承載拱，這個(gè)時(shí)候就容易呈現(xiàn)圍巖崩塌、邊坡失穩(wěn)、滑坡等一系列事故。這會(huì)給國(guó)家和社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并造成不良的社會(huì)影響。

連拱隧道與分離式、小凈距隧道相比，具有明顯的機(jī)動(dòng)靈活、線性流暢、占地較小、便于銜接等優(yōu)點(diǎn)，所以連拱隧道普遍出現(xiàn)在隧道洞口段。事物都有兩面性，連拱隧道也有著明顯的不足，主要表現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、開挖縱深大、操作工序繁雜，這就導(dǎo)致施工過程中邊坡、圍巖以及支護(hù)體系的應(yīng)力變化不穩(wěn)定性增強(qiáng)且狀況較為復(fù)雜。連拱隧道在高陡邊仰坡施工過程中難度較大，因?yàn)樵陂_挖過程中，限于地形偏壓等外在因素，以及人為施工非對(duì)稱主觀因素，這兩方面的施工偏壓將會(huì)給工程帶來諸多不穩(wěn)定性結(jié)果。而比這更糟糕的是，圍巖以及支護(hù)的不穩(wěn)定同樣給工程帶來諸多不穩(wěn)定因素，極易發(fā)生邊坡失穩(wěn)、隧道坍塌等重大事故。

1、隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性研究

從工程實(shí)踐方面來看，絕大多數(shù)隧道洞口段邊坡地質(zhì)條件都很是復(fù)雜，也加大了施工的難度。比如，洞口周圍巖土體遭受雨水沖刷、風(fēng)力蝕化等影響，導(dǎo)致圍巖部分程度上的裂隙產(chǎn)生，同時(shí)導(dǎo)致偏壓、淺埋等一系列問題。所以，洞口在推進(jìn)的過程中，經(jīng)常呈現(xiàn)邊坡破壞、圍巖崩塌以及襯砌開挖等諸多事故。以上事故的產(chǎn)生大多來自于多個(gè)方面要素的疊加，而并非某一個(gè)方面的原因。

1.1 隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性要素和機(jī)理探究

隧道洞口段邊坡及圍巖的安全穩(wěn)定性決定了隧道整體施工的成敗。所以，隧道洞口段開挖過程中邊坡的穩(wěn)定性，是施工者必須深入思考、妥善解決的首要問題。從工程實(shí)踐角度來看，一方面，隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性與客觀存在的自然地形、地質(zhì)以及水文條件有著緊密聯(lián)系。另一方面，隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性還與主觀方面的人工掘進(jìn)方式、開挖技術(shù)等有關(guān)。鑒于隧道洞口段邊坡破壞形式以及機(jī)理并非完全一致，與之相對(duì)應(yīng)的處理手段也固然存在一定程度的差異。所以，我們理應(yīng)結(jié)合工程實(shí)踐，細(xì)致了解影響隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的主客觀要素，探究邊坡的破壞形式以及機(jī)理，分析隧道圍巖穩(wěn)定性與邊坡穩(wěn)定性的彼此作用原理，確保工程掘進(jìn)安全、順利。

1.2 存在的問題

由于隧道自身結(jié)構(gòu)形式以及工程施工的復(fù)雜性，邊坡內(nèi)部受力體系并非一成不變，相反它卻隨著工程的掘進(jìn)而不停變化。所以，當(dāng)前對(duì)于隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的研究仍存在些許不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。一是被動(dòng)地采取處治，一般情況下，在隧道推進(jìn)以及使用過程中呈現(xiàn)的邊坡病害，相關(guān)部門只是簡(jiǎn)單的“頭疼醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”，而沒有從整體上去系統(tǒng)研究邊坡破壞機(jī)理。二是處置方法有失恰當(dāng)，工程實(shí)踐中，人們采用工程類比法或者經(jīng)驗(yàn)法選擇的加固處理手段很難達(dá)到恰到好處，要么導(dǎo)致加固過度，要么沒有達(dá)到加固效果。加固過度會(huì)造成工程投資的浪費(fèi)，加大經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本。而加固不到位，又會(huì)導(dǎo)致安全隱患的擴(kuò)大，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。

2、隧道洞口段邊坡破壞的形式及影響因素

針對(duì)隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性要素和機(jī)理探究，結(jié)合工程實(shí)踐中存在的問題，應(yīng)該細(xì)致研究邊坡破壞的類型以及影響要素，為解決工程實(shí)際問題提供理論支撐．

2.1 隧道洞口段邊坡破壞形式

隧道掘進(jìn)過程中，因?yàn)榫蜻M(jìn)作業(yè)造成臨空面，改變了原有邊坡的內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)，周圍巖石擠壓隧道臨空面，這樣容易導(dǎo)致邊坡坡體慢慢位移，造成邊坡產(chǎn)生一定程度的變形，最終造成邊坡失穩(wěn)，以致破壞隧道洞口段邊坡。從破壞的形式方面來看，隧道洞口段邊坡破壞大致有以下幾種類型：崩塌、坍塌、塌陷、滑坡以及傾倒破壞。

2.2 影響隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的要素

從上述隧道洞口段邊坡破壞的諸多形式上來看，邊坡的穩(wěn)定性來自幾種要素的影響，將其分為客觀要素和主觀要素?？陀^要素包含地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、巖土體性質(zhì)、地震等方面。而主觀要素主要來自于作為施工主體的人自身，大致包含施工者對(duì)于洞口位置的選擇、洞口開挖等方面?？陀^要素來自于地球自身的客觀方面，可以說它是導(dǎo)致邊坡破壞的主要原因，而主觀要素作為來自于人自身的因素，在一定程度上加大了工程施工進(jìn)程中隧道邊坡破壞的可能性。

2.3 隧道與邊坡彼此作用原理

在推進(jìn)隧道施工的過程中，我們不能僅僅考慮隧道周圍巖石以及支護(hù)體系的位移、變形以及穩(wěn)定等方面的內(nèi)容，同時(shí)，我們還要關(guān)注整個(gè)隧道所貫通的山體整體上的穩(wěn)定狀況，特別是隧道兩端——入口以及出口段。如前所述，隧道洞口段工程地質(zhì)并不太理想，從工程現(xiàn)實(shí)看，洞口段多存在淺埋、偏壓等諸多情況。隧道在掘進(jìn)過程中，開挖了巖體造成了臨空面，圍巖擠壓臨空界面導(dǎo)致其切向應(yīng)力上升，進(jìn)而導(dǎo)致圍巖應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了明顯且復(fù)雜的變化，最終導(dǎo)致巖體的部分松垮或崩塌。同時(shí)，圍巖松垮、崩塌會(huì)導(dǎo)致邊坡整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的重新布局，乃至水文地質(zhì)環(huán)境的改變，從而導(dǎo)致邊坡異形甚至破壞。所以，隧道洞口段圍巖以及邊坡的變形是相互作用、彼此制約的。

結(jié)語：

圍繞工程施工進(jìn)程中連拱隧道洞口段高陡邊坡穩(wěn)定目標(biāo)，通過收集資料，首先從理論上分析了隧道圍巖、邊坡之間的彼此作用原理。其次，對(duì)隧道洞口段邊坡的破壞形式進(jìn)行了細(xì)致歸類。同時(shí)，對(duì)影響邊坡穩(wěn)定性的要素進(jìn)行了主客觀兩個(gè)方面的探討。最后，對(duì)隧道與邊坡二者之間彼此作用的原理進(jìn)行了一定程度上的探討。雖然連拱隧道的施工并非一個(gè)簡(jiǎn)單的工程，尤其是洞口段邊坡掘進(jìn)過程中受到諸如地形偏壓、施工擾動(dòng)等因素的影響，導(dǎo)致隧道應(yīng)力場(chǎng)變化多端、復(fù)雜敏感。但是，我們?cè)谒淼朗┕み^程中，可以對(duì)主觀要素進(jìn)行必要控制，自覺做到規(guī)劃科學(xué)線路、優(yōu)化施工方案以及進(jìn)行科學(xué)加固處理等，必然順利推進(jìn)工程的實(shí)施，取得很好的效果。