两水隧道斜井地表山体稳定性分析及评价

孙成智

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安　710043)

Analysis and Evaluation of Inclined Surface Mountain Stability of Liangshui Tunnel

SUN Chengzhi

两水隧道斜井地表山体稳定性分析及评价

孙成智

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安710043)

Analysis and Evaluation of Inclined Surface Mountain Stability of Liangshui Tunnel

SUN Chengzhi

摘要两水隧道斜井受西秦岭构造及区内主地应力影响，岩体褶曲发育，较为破碎，斜井进口山体坡面松散，大型堆积体较多，经现场调查发现，山体斜坡四处堆积体存在不稳定因素。为保证斜井隧道安全施工，采用详细地质勘察，并对山体表层、下部岩体进行位移监测，对监测结果进行综合分析，评价4处斜坡堆积体的稳定性及对隧道的影响，为隧道安全施工提供可靠依据。

关键词两水隧道堆积体稳定性影响评价

两水隧道位于甘肃省南部陇南市，地处西秦岭腹地中山区，隧道区内岩体主要为志留系中上统千枚岩、炭质千枚岩、板岩、灰岩，受西秦岭构造及区内主地应力影响，岩体褶曲发育，较为破碎，加之区内自然生态环境脆弱，降雨的季节不均衡，堆积、崩塌、泥石流等地质灾害发育，其发育程度、暴发频率、发生规模和危害程度居全国之首，为我国地质灾害四大发育区之一。经现场调查和施工发现，两水隧道斜井进口处地表山体岩体破碎，地表松散堆积物较多，存在四处不稳定因素(见图1)。为保证两水隧道安全施工，保证施工人员及器械的安全，对隧道斜井进口处山体地表进行详细的地质调查，对山体斜坡进行勘探、变形监测，以查明山体是否存在变形，是否存在不稳地性，并对隧道安全的影响进行评价。

1山体地质条件分析

1.1　地层及岩性

隧道斜井处山体地层主要为第四系全新统堆积体、泥石流堆积体，上更新统风积砂质黄土，志留系中上统千枚岩、炭质千枚岩、板岩、灰岩。其中堆积体主要为千枚岩角砾包裹块石，局部表层残留砂质黄土，较为松散，分布于隧道斜井山体下部沟谷两侧和沟脑。泥石流堆积体分布于水泥厂沟、红土沟泥石流沟内，因沟内修筑3条积石坝治理工程，在沟谷内大量堆积，多为千枚岩角砾夹有巨石(如图1)。

图1　两水隧道斜井进口山体斜坡堆积体分布

1.2　地质构造与地震

隧道斜井所在区域历经了多期构造运动，形成了多个构造体系，目前表现为武都山字形构造体系。斜井所在山体位于山字形构造的前弧弧顶部，前弧在NW向的挤压应力作用下，形成以武都断裂带，白龙江复背斜为代表的一系列平行的逆冲断裂、褶皱及节理、裂隙、劈理等弧顶构造；同时造成志留系向两翼扩展，形成大量破碎的楔形体和NE向轴面劈理，导致该区岩性复杂、产状多变、地质灾害发育。另外武都区地处两大地震带交汇部位，地震活动频率高、复发期短、强度大，地震引起隧道斜井区内岩土体结构的松动变形，引起岩体结构面张开、扩展，尤其对斜坡岩土体有很大的松动与破坏作用，并为地表水下渗和径流提供了便利条件，导致斜坡土体或结构面抗剪强度的降低；在地震效应下，边坡体上部表现为拉破坏和下部剪切破坏，随着多次地震发生，破裂面逐渐发展并贯通，很大程度上降低了斜坡的稳定性。

1.3　气象及水文地质条件

(1)气象条件

该区地处大陆中部，在气候上属北亚热湿润向暖温半湿润的过渡带，为季风气候。境内山高谷深，受山地地形等影响，气候差异悬殊，突出特点是垂直差异明显。区内年平均气温14.6 ℃，最冷月元月为2.9 ℃，最热月7月为24.8 ℃，极端最低为-8.1 ℃，极端最高为40 ℃，无霜期228天。随着海拔升高，气温随之递减。区内多年平均降水为494.8 mm，其中6～9月的降水占全年的67.5%，具有降雨集中、多暴雨、雨强大的特点。24 h最大降雨量90.5 mm，1 h最大降水量40.0 mm，10 min最大降水量16.2 mm。

(2)水文地质条件

区内地下水按含水介质和埋藏条件可分为基岩裂隙水和松散岩类孔隙水。基岩裂隙水是区内分布最广的地下水，赋存于基岩构造裂隙和风化裂隙内，大部为潜水。地下水接受大气降水补给，沿裂隙网络系统运移，在含水层被切割或受阻后以泉的形式溢出，转化为地表水。测区范围内地下水不发育，第四系孔隙潜水主要赋存于区内各沟谷中，呈带状分布，岩性为碎石土，主要接受大气降水入渗补给及基岩裂隙水侧向补给，排泄方式主要沿含水层向下游径流。

2山体稳定性监测分析

2.1　地表孔内洞内位移监测

在疑似不稳定山体处预埋设测斜管，每10天监测一次，获取5次相对位移监测数据。同时在山体沿2条剖面，布置6个钻孔，进行勘察和孔内位移监测，见图2、图3、图4。在斜井隧道洞内，进行收敛及下沉监测，段每5 m布置一条断面，每7天监测一次，共完成了69次位移监测。

图2　BG1Z-1、BG1Z-2累计位移曲线

图3　BG1Z-3、BG2Z-1累计位移曲线

图4　BG2Z-2、BG2Z-3累计位移曲线

2.2　监测分析

(1)地表钻孔变形监测分析

通过对地表布置钻孔位移监测结果分析，BG1Z-1、BG2Z-1测斜孔观测曲线未见明显变形阶梯，BG1Z-2、BG1Z-3测斜孔最大位移分别为6.6 mm和17～20 m，按2 mm/30 m的仪器误差，变形数据位于误差范围内；BG1Z-32测斜孔观测曲线于处出现变形阶梯，可能存在潜在的滑动面，20 m以上为炭质千枚岩、千枚岩风化层，完整性差，其间不排除存在次生滑动面；BG2Z-2测斜孔观测曲线26～31 m存在变形阶梯，该部位存在比较明显的蠕动变形迹象，变形方向为正顺坡向(即A-A′正方向)，26～31 m深度段很可能存在滑动面，且滑动面形态和位置自出现后基本不变。同时该部位位于风化千枚岩、炭质千枚岩地层中，岩体破碎，抗剪强度低，存在浅层滑动的可能，需对该部位进行加密观测。BG2Z-3测斜孔观测曲线推测：该部位全孔段的岩土体比较松散，在20～35 m深度段岩体破碎，并发生过塌孔事故，从曲线上看无法准确判断出滑动面(带)的具体位置，但总体来看该孔段相对稳定。总之，根据6孔的深部位移监测工作，未发现整体滑动变形迹象；考虑工程安全，最不利状态为：以覆盖层为滑体，风化层为滑带的覆盖层堆积。

(2)洞内变形监测分析

本次洞内变形监测分析主要选择两主轴断面下部的正洞DK359+102、DK259+476两个断面，通过洞内仰拱隆起、水平位移、拱顶下沉、断面收敛变形情况分析，可较好的反应孔底洞内的变形情况。DK359+102仰拱隆起最大时达到25.2 mm，然后逐渐减小，目前减小至10.8 mm；左右两侧位移向中心收敛，说明隧道底部受两侧挤压力而隆起，不存在整体位移现象。DK359+102断面拱顶下沉、水平收敛数值波动较大，存在测量误差。DK359+476仰拱隆起、下沉交替发生，存在测量误差；左右两侧位移向中心收敛，不存在整体位移现象。DK359+476拱顶沉降波动大，存在测量误差；边墙以水平收敛为主，最大收敛达7.3 mm。

通过洞内仰拱隆起、位移、拱顶下沉、水平收敛的监测数据分析，洞内整体呈现拱顶下沉、水平收敛现象，仰拱不存在水平位移迹象，故判定洞身范围内不存在水平位移，钻孔底部基本稳定，但可能受洞内变形影响。

3山体稳定性评价

根据现场调查，该坡面共发现四处疑似不稳定斜坡体，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号堆积体滑体物质为千枚岩角砾包裹灰岩块石、巨石，坡度35°～43°，目前处于蠕动—滑动变形阶段；Ⅳ号堆积体滑体物质为黄土，自然坡度约35°，根据开裂情况、前缘未见剪出口且周边无剪切裂缝出现等周界条件判断，处于蠕动变形阶段。根据监测，对隧道影响最大的Ⅰ、Ⅱ号堆积体不存在整体滑动的可能，但覆盖层及风化千枚岩、炭质千枚岩存在局部蠕动变形现象，深度不大于35 m。

3.1　Ⅰ号堆积体

Ⅰ号堆积体后缘不明显，且未发现地表开裂现象；前缘位于红水沟内，鼓胀现象不明显，局部水流冲刷形成陡坎，坎高小于5 m；坡面坡度达40°，表层岩性杂乱，为千枚岩角砾夹杂块石、巨石。根据坡体前缘BG1Z-3孔内位移监测数据判断，17～20 m深度范围内存在疑似滑动带，在洪水沟常年冲刷侵蚀的作用下，存在局部蠕动浅层变形现象，不存在整体滑动的可能。

3.2　Ⅱ号堆积体

Ⅱ号堆积体后缘基岩零星出露、擦痕明显，产状稳定，陡壁高小于10 m，形成基岩陡坎；坡体前缘位于水泥厂沟内，鼓胀现象不明显，由于水流冲刷及朔源侵蚀作用，导致前缘后退，形成陡坎，坎高小于15 m，未见剪出口；坡面坡度达35°，地表受水流冲刷，形成多条深切冲沟，坡面中上部冲沟内可见稳定基岩，滑体物质为千枚岩角砾夹杂块石、巨石。根据BG2Z-2孔内位移监测数据判断，26～31 m深度范围为疑似滑带，坡体表层存在局部覆盖层蠕动变形现象，不存在深层整体滑动的可能。

3.3　Ⅲ号堆积体

Ⅲ号堆积体后缘不明显，且未发现地表开裂现象；前缘位于红水沟内，鼓胀现象不明显，坡面坡度达43°，表层岩性杂乱，为千枚岩角砾夹杂块石、巨石。由此判断，该堆积滑面剪出口应在红水沟沟床内，在降雨、地震、前缘水流冲刷的作用下，前缘逐渐剥蚀，牵引山体蠕变，不存在深层滑动的可能。

3.4　Ⅳ号堆积体

Ⅳ号堆积体后缘基岩零星出露、产状稳定，并形成拉裂缝，形成错台高约2 m，深切至基岩面；前缘位于便道边，形成黄土陡坎，坎高约5 m；坡面黄土质地疏松，发育两条长大黄土裂缝；坡面中后部发育一宽大平台，平台15°下倾，地表为黄土覆盖，杂草茂盛；两侧边缘未见剪切裂缝。由此判断，该堆积属于覆盖层堆积，滑面位于土石分界面上，深度小于10 m，目前处于蠕动阶段，存在深层滑动的可能。

4堆积体对隧道洞身的影响

4.1　Ⅰ号堆积体对隧道的影响评价

Ⅰ号堆积体整体地貌呈上小下大塔式地貌，前缘受红水沟泥石流冲刷严重，软弱炭质千枚岩地层在前缘冲刷失去支撑的作用下，前缘存在覆盖层蠕变现象，由此按最不利情况判断，以风化层下底面为滑面，距离洞身最近点距离约130 m，不会影响洞身稳定。

4.2　Ⅱ号堆积体对斜井隧道影响评价

Ⅱ号堆积体整体地形低于稳定坡面，主要受地表水侵蚀较大，坡面泥石流侵蚀掉大部分滑体物质，更多具有坡面泥石流特征；该沟口发育有稳定灰岩层，说明前缘剪出口高程应高于沟口高程，由此判断该堆积体为软弱炭质千枚岩地层在前缘冲刷、朔源侵蚀的作用下失去支撑形成的牵引式堆积，前缘高程应与沟床高程一致。按最不利情况判断，以风化层下底面为滑面，距离洞身最近点距离约145 m，不会影响洞身稳定。

通过与隧道关系最为密切的Ⅰ、Ⅱ号堆积体主轴断面判断，最不利推测滑面与洞身垂直距离大于100 m；加之隧道开裂段落位于DK359+203～DK359+395段，该段地表出露为灰岩、板岩地层，地层稳定，不在堆积体范围内；隧道内衬砌变形以拱顶纵向开裂为主，墙角纵向开裂为辅，未见底板位移，衬砌错动等变形情况，由此判断隧道洞身变形与地表堆积无关。

参考文献

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[4]魏义亮，陈娟.测斜仪在滑坡勘察中的应用[J].铁道勘察，2013(1)

[5]武涛.周期性水位波动作用下库岸滑坡稳定性分析[J].铁道勘察，2013(3)

中图分类号：P642

文献标识码：A

文章编号：1672-7479(2015)02-0049-04

作者简介：第一孙成智(1979—)，男，2005年毕业于成都理工大学工程地质专业，工程师。

收稿日期：2015-01-07