隧道洞口仰坡失稳类型及防治措施研究

张沙峤 高启战 乔梁

【摘要】隧道洞口仰坡失稳问题直接关系到隧道工程的成败，因而隧道工程中洞口仰坡失稳问题一直在困扰着工程建设人员。通过分析不同种类的较常见的仰坡失稳类型可知：工中程地质条件的多样性又决定了不同的仰坡破坏类型。要针对不同的仰坡破坏类型因地制宜地采取防治措施，才能有效地防治仰坡失稳事故的发生。

【关键词】隧道；洞口仰坡；失稳；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

在我國山区或东部沿海丘陵地区，隧道工程建设过程中，由于工程地质条件的复杂多变，经常会遇到隧道洞口仰坡失稳问题，迫切需要切实保证仰坡工程的质量，避免其对隧道施工运营安全性造成影响。为预防和减少隧道洞口仰坡工程的事故灾害发生，本文分析了不同地质条件下最常见的仰坡工程的失稳类型，针对不同的失稳类型研究与之将适用的防治措施，力求得出一般性结论从而为隧道洞口仰坡施工建设者提供工程借鉴，保证隧道洞口的施工安全。

1. 仰坡工程的失稳类型

对于隧道洞口仰坡工程而言，其失稳破坏类型是多种多样的，主要是由仰坡自身的岩土体结构和性质所决定的。一般情况下，隧道洞口仰坡可以分为土质仰坡和岩质仰坡两种。土质仰坡一般分布在河流冲击平原和沿海平原地区，分布相对较为广泛，但是其土层的结构较松散稳定性差，容易受到外部环境或内力作用的影响而产生破坏，其基本失稳类型分为滑坡、崩塌和坍塌[1]；岩质仰坡主要分布在山区，相对于土质仰坡而言，其强度更高稳定性更好，然而受岩石类型、结构走向、岩层节理以及岩体内外应力作用的影响，同样会产生多种破坏模式，其基本的失稳类型除具有土质边坡的破坏形式外还具有溃屈等类型。

1.1滑坡。

滑坡是指仰坡的内部局部产生滑动面，在重力和承载力的共同作用下，岩土体或其他风化碎屑会沿一个或多个贯穿滑动面，向下做整体滑动运动。滑坡是重力、地下水和人为活动等多种因素共同作用的结果。正常情况下，仰坡滑动需要经过前期蠕动变形、中期滑动破坏与后期稳定三个过程[2]，其中变形破坏主要集中在中期滑动破坏，滑动速度由滑动面破坏程度和外部作用力大小确定。

1.2崩塌。

崩塌指的是地表或接近地表的各类岩土体与外部环境接触过程中产生风化，从而导致岩土体突然脱离坡体，崩落、滚动、堆积在坡脚的地质现象。对于隧道洞口仰坡工程而言，岩土体的风化崩塌可以说是边仰坡工程中最为常见的病害类型之一，其病害程度受地表岩土体类型的影响，质地坚硬的岩土体剥落缓慢，相反，则剥落速度快，仰坡破坏严重[3]。一般情况下，剥落崩塌破坏类型对隧道洞口的安全并没有非常大的影响，但是如果不及时进行处理，任由其发展，会使得崩塌程度加重加深，从而导致仰坡岩土体破坏严重，危及隧道仰坡的稳定性和隧道行车安全。

1.3坍塌。

坍塌主要产生在土体仰坡和泥岩仰坡中，是指仰坡在地下水或降水的影响下，使坡脚基础浸水软化，使仰坡承载能力大大下降，导致相应部分发生崩解和隧道塌落的工程事故，其最大特点是富水性和突发性，可能会引发滑坡灾害发生，在边仰坡工程中较为常见，多发在沿河沿海等平原软土地区[4]。

1.4溃屈。

溃屈破坏常常发生于坡高大于200～400m的陡高岩质仰坡中，并且在节理发育的层状岩体仰坡中更易发生如图1所示。一般情况下如果岩层倾角大于45o，则易发生溃屈破坏[5]，这种破坏通常发生在隧道洞口围岩较好的地段，特别是在严重偏压的连拱隧道洞口段容易发生。随着隧道和坡脚开挖，受高地应力的影响，高仰坡岩体由于岩块应力的突然释放，将发生此类破坏。这种破坏虽然只存在高仰坡隧道洞口，但由于其发生破坏性很强，对工程影响较大，对仰坡溃屈破坏和防治措施的研究不容小觑[6]。endprint

2. 仰坡工程失稳类型的防治措施

2.1防治原则。

在对仰坡工程的病害类型进行防治时，为了尽可能减少治理成本避免灾害给人民群众造成无法挽回的危害，要坚持预防胜于救灾的原则，及时发现仰坡工程中存在的问题和缺陷，在其尚未显现和发展出来之前，对其进行预防治理，将工程灾害扼杀在萌芽阶段。同时，为了避免病害的再次发生，要深入研究灾害的破坏机制，针对其发生的根本原因，进行一次根治，杜绝后患。

2.2防治措施。

2.2.1滑坡防治措施。

对于仰坡滑坡灾害防治的最常见工程措施主要有抗滑桩、锚杆、和挡土墙等。

（1）抗滑桩。

抗滑桩就桩的受力状态和埋置情况来分，主要分为悬臂桩和全埋桩两种。从桩身的变形情况来分，可分为弹性抗滑桩和刚性抗滑桩两种， 前者考虑桩体的弹性变形。该措施主要适用于滑坡体中有明显的滑动剪切面且滑动剪切面以下是未被扰动的完整基岩，或者是稳固密实岩土体，能提供足够的抗滑力。后者的刚度可视为无穷大，其极限承载力和变形大小取决于岩土体的性质和其水平主动土应力大小；抗滑桩的主要特点是可处治深层滑坡，特别是地形较缓时施工速度快，且比锚杆更经济适用[7]；

（2）锚杆。

锚杆是最为经济有效的加固手段之一，在近代岩土工程中锚杆应用十分广泛，因为其在边仰坡加固过程中有显著的优越性。锚杆结构的最大优点是对岩土体的扰动很小，不破坏岩土体的原始应力状态，通过锚固技术充分地提高被加固岩土体的强度。但是其缺点是锚杆长度一般在20 m之内，不适用于深层滑坡。

（3）挡土墙。

挡土墙是一种比较常用而且历史悠久的边仰坡支护结构。在边仰坡滑坡治理过程中， 由于挡土墙受到自身结構稳定性的制约，不可能大幅度提高边仰坡的抗滑稳定性安全系数， 特别是对于大型滑坡体作用不大。所以，挡土墙只能适用于基岩和滑动面埋藏不深的浅层滑坡，在大中型滑坡和深层滑坡治理工程中，挡土墙一般只能作为综合治理措施的一个重要组成部分。

2.2.2崩塌防治措施。

针对仰坡崩塌问题应采取相应的措施，对隧道仰坡的表面进行防护，从而提升其强度和稳定性，减少温差和降水变化对仰坡工程的影响，预防或延缓风化、崩塌的演化过程，保证仰坡工程的安全。

（1）植物防护指通过在符合条件的仰坡表面种植植物的方式，对其进行坡面防护。首先，在有条件的仰坡坡面种植相应的植物，不仅可以修复因施工对仰坡生态环境造成的破坏，而且部分植物还可以起到隔音降噪、除尘、指导交通的特殊作用；其次，随着植物的生长可以覆盖仰坡的表面，可以减缓雨水对仰坡的直接冲刷，减少降水对于仰坡的破坏，还可以调节仰坡表面的湿度，很大程度上缓解了崩塌现象的发生，起到稳坡固结的作用；最后，采用植物护坡的方式，符合可持续发展战略，保持自然生态平衡，同时具有施工速度快、经济、环保等优点[8]。一般情况下采用的植物防护措施，要根据仰坡岩土体类型进行选择，针对土质仰坡，可以选择密布种草的方式进行覆盖种植；对于岩质仰坡，可以在其表面挖槽铺设草皮或者在坡脚周围植树的方式。

（2）工程防护指利用混凝土等构建相应的坡面防护工程对崩塌进行治理，一般适用于岩质仰坡。而针对不同的岩体类型，同样可以选择不同的工程防护方式。对于普通的岩质仰坡，可以进行砌石防护，采取错缝的方式确保块石的连接紧凑，并留出排水通道；对于岩质较软岩石仰坡，为了避免坡面风化崩塌的破坏，可以将混凝土与石灰炉渣等混合后进行搅拌，对其表面进行防护处理；对于质地相对坚硬但是裂缝较多的岩质仰坡，可以利用水泥砂浆和水玻璃等高分子材料，对其裂缝进行灌浆处理，提高边坡的强度。然后采用土工网和土工格栅对岩质仰坡表面进行防护加固，防治崩塌剥落的石块影响交通。

（3）坍塌防治措施。

仰坡坍塌灾害主要是防水，包括地下水防护和地表水防治两个方面[9]。对于地下水，可以通过在仰坡范围外修筑隔水帷幕、开挖截水沟的形式，对地下水进行切断；对于仰坡范围内，可采用布置抽水井、开挖暗沟和排渗沟进行排水，从而有效降低地下水对仰坡坡基的影响。对于地下水位较高的地区，如沿河沿海地区，可以通过排水沟和轻型井点降水的方法降低地下水位；对于地表水，也可以采取截水沟截留的方式，降低地表水对仰坡的渗透破坏，同时可以在仰坡范围内，构建合理的导水沟排水渠等排水设施，加强地表水的引导管理，减少其对仰坡稳定性造成的影响。

（4）溃屈防治措施。

削方减载主要用于岩质仰坡溃屈防治，削方减载措施特别适用于上重下轻和上陡下缓的仰坡形式，且隧道进洞口两侧有明显的边界，或者有岩体露出而很难通过工程措施处置变形的仰坡治理，对改善仰坡上方岩体的屈曲变形，提高其安全系数，增强仰坡的稳定性有着显著的效果。尤其对滑动岩体层厚度大于15m的厚重型仰坡，通过削方减载能使仰坡安全系数得到很大提高[10]。虽然削方减载比较经济、施工速度相对较快，但对仰坡工程大体积的开挖扰动会局部破坏环境的生态平衡，使仰坡更容易遭到风化侵蚀；此外岩体开挖扰动会导致岩体应力释放同时使周边岩体受到牵动，从而产生新的变形体；所以在仰坡治理过程中削方减载措施应谨慎使用。

3. 结论

结合隧道洞口不稳定边仰坡体形态特征、变形规律、形成原因及稳定状况，综合考虑各种工程的适宜性、经济性、可操作性等方面因素，建议仰坡防治采用如下治理方案：（1）对于结构复杂面的仰坡滑动面要采取抗滑桩、挡土墙和锚索等综合防治措施有针对性防治仰坡滑坡灾害；（2）根据仰坡岩土条件的不同要因地制宜地采取防治仰坡崩塌，针对土质仰坡要尽量采用根系较弱的草本植物进行坡面防护，岩质仰坡则应先对仰坡进行加固处理后再采用土工网进行防护；（3）仰坡坍塌的治理主要是治水，所以完善仰坡的截导排水系统对仰坡坍塌处理至关重要；（4）针对岩体仰坡的溃屈破坏变形，可通过削坡减载，降低坡体高度减少上部坡体重量，增加仰坡稳定性。

参考文献

[1]李安洪.顺层岩质边坡稳定性分析与支挡防护设计[M].2011.

[2]唐学民.边坡稳定性影响因素分析[J].西部探矿工程，2012（9）：8～12.

[3]杨光华.滑坡灾害的机制与力学特性分析[J].岩石力学与工程学报，2016（7）：4009～4017.

[4]刘小军.软弱围岩隧道洞口段失稳机制分析与处置技术[J].岩土力学，2012（7）：2229～2234.

[5]李晓俊.软弱层边坡稳定分析及治理措施[J].露天采矿技术，2017（2）：5～8.

[6]江国伟.边坡病害的治理和预防对加快施工速度的工程措施方案[J].公路，2017（4）：61～64.

[7]陈洪凯，赵春红.梯形断面竖向预应力锚索抗滑桩优化设计方法研究[J].重庆交通大学学报，2016（35）：54～59.

[8]黄劲，陈越.高速公路高边坡病害类型及治理[J].城市建设理论研究，2013，（13）：312～313.

[9]乔兰.降雨入渗对板岩边坡稳定的影响及加固措施研究[J].岩土力学，2015（32）：545～550.

[10]赵占群，杨国强.四川得荣峡谷公路边坡稳定性评价与防治措施建议[J]. 中国地质灾害与防治学报，2016（27）：55～60.endprint