连拱隧道洞口段高陡边坡稳定性的技术分析

文/资新 云南省公路工程监理咨询公司 云南昆明 650000

近年来，西部大开发战略如火如荼，“一带一路”建设又深入推进，我国中西部地区交通状况明显改善，基础设施不断完善、规模不断壮大。但是，限于我国中西部地区崇山峻岭、地形复杂的特点，过去多采用“绕山而行”等迂回战略修建道路。随着技术的革新，“穿山而行”的隧道工程逐渐增多。这一方面缩短了线路里程，顺应了人民期待。另一方面，也减少了对土地的占用，起到了很好地环保效果。而受地貌、地质条件等客观条件，以及工程施工等主观因素的影响，隧道在施工过程中也经常呈现一些或轻或重的问题，而首当其冲的便是隧道洞口段。因为通常情况下，工程贯通岩土体是脆弱易碎的高陡边坡，隧道围岩自稳能力不强，埋深不高，隧道一经动工，围岩很难形成稳定的承载拱，这个时候就容易呈现围岩崩塌、边坡失稳、滑坡等一系列事故。这会给国家和社会带来巨大的经济损失，并造成不良的社会影响。

连拱隧道与分离式、小净距隧道相比，具有明显的机动灵活、线性流畅、占地较小、便于衔接等优点，所以连拱隧道普遍出现在隧道洞口段。事物都有两面性，连拱隧道也有着明显的不足，主要表现在其结构形式复杂、开挖纵深大、操作工序繁杂，这就导致施工过程中边坡、围岩以及支护体系的应力变化不稳定性增强且状况较为复杂。连拱隧道在高陡边仰坡施工过程中难度较大，因为在开挖过程中，限于地形偏压等外在因素，以及人为施工非对称主观因素，这两方面的施工偏压将会给工程带来诸多不稳定性结果。而比这更糟糕的是，围岩以及支护的不稳定同样给工程带来诸多不稳定因素，极易发生边坡失稳、隧道坍塌等重大事故。

1、隧道洞口段边坡稳定性研究

从工程实践方面来看，绝大多数隧道洞口段边坡地质条件都很是复杂，也加大了施工的难度。比如，洞口周围岩土体遭受雨水冲刷、风力蚀化等影响，导致围岩部分程度上的裂隙产生，同时导致偏压、浅埋等一系列问题。所以，洞口在推进的过程中，经常呈现边坡破坏、围岩崩塌以及衬砌开挖等诸多事故。以上事故的产生大多来自于多个方面要素的叠加，而并非某一个方面的原因。

1.1 隧道洞口段边坡稳定性要素和机理探究

隧道洞口段边坡及围岩的安全稳定性决定了隧道整体施工的成败。所以，隧道洞口段开挖过程中边坡的稳定性，是施工者必须深入思考、妥善解决的首要问题。从工程实践角度来看，一方面，隧道洞口段边坡稳定性与客观存在的自然地形、地质以及水文条件有着紧密联系。另一方面，隧道洞口段边坡稳定性还与主观方面的人工掘进方式、开挖技术等有关。鉴于隧道洞口段边坡破坏形式以及机理并非完全一致，与之相对应的处理手段也固然存在一定程度的差异。所以，我们理应结合工程实践，细致了解影响隧道洞口段边坡稳定性的主客观要素，探究边坡的破坏形式以及机理，分析隧道围岩稳定性与边坡稳定性的彼此作用原理，确保工程掘进安全、顺利。

1.2 存在的问题

由于隧道自身结构形式以及工程施工的复杂性，边坡内部受力体系并非一成不变，相反它却随着工程的掘进而不停变化。所以，当前对于隧道洞口段边坡稳定性的研究仍存在些许不足，主要体现在以下几个方面。一是被动地采取处治，一般情况下，在隧道推进以及使用过程中呈现的边坡病害，相关部门只是简单的“头疼医头、脚痛医脚”，而没有从整体上去系统研究边坡破坏机理。二是处置方法有失恰当，工程实践中，人们采用工程类比法或者经验法选择的加固处理手段很难达到恰到好处，要么导致加固过度，要么没有达到加固效果。加固过度会造成工程投资的浪费，加大经济运行成本。而加固不到位，又会导致安全隐患的扩大，最终导致事故的发生。

2、隧道洞口段边坡破坏的形式及影响因素

针对隧道洞口段边坡稳定性要素和机理探究，结合工程实践中存在的问题，应该细致研究边坡破坏的类型以及影响要素，为解决工程实际问题提供理论支撑．

2.1 隧道洞口段边坡破坏形式

隧道掘进过程中，因为掘进作业造成临空面，改变了原有边坡的内部应力场，周围岩石挤压隧道临空面，这样容易导致边坡坡体慢慢位移，造成边坡产生一定程度的变形，最终造成边坡失稳，以致破坏隧道洞口段边坡。从破坏的形式方面来看，隧道洞口段边坡破坏大致有以下几种类型：崩塌、坍塌、塌陷、滑坡以及倾倒破坏。

2.2 影响隧道洞口段边坡稳定性的要素

从上述隧道洞口段边坡破坏的诸多形式上来看，边坡的稳定性来自几种要素的影响，将其分为客观要素和主观要素。客观要素包含地形地貌、地质构造、地下水、岩土体性质、地震等方面。而主观要素主要来自于作为施工主体的人自身，大致包含施工者对于洞口位置的选择、洞口开挖等方面。客观要素来自于地球自身的客观方面，可以说它是导致边坡破坏的主要原因，而主观要素作为来自于人自身的因素，在一定程度上加大了工程施工进程中隧道边坡破坏的可能性。

2.3 隧道与边坡彼此作用原理

在推进隧道施工的过程中，我们不能仅仅考虑隧道周围岩石以及支护体系的位移、变形以及稳定等方面的内容，同时，我们还要关注整个隧道所贯通的山体整体上的稳定状况，特别是隧道两端——入口以及出口段。如前所述，隧道洞口段工程地质并不太理想，从工程现实看，洞口段多存在浅埋、偏压等诸多情况。隧道在掘进过程中，开挖了岩体造成了临空面，围岩挤压临空界面导致其切向应力上升，进而导致围岩应力状态发生了明显且复杂的变化，最终导致岩体的部分松垮或崩塌。同时，围岩松垮、崩塌会导致边坡整个系统内部应力场的重新布局，乃至水文地质环境的改变，从而导致边坡异形甚至破坏。所以，隧道洞口段围岩以及边坡的变形是相互作用、彼此制约的。

结语：

围绕工程施工进程中连拱隧道洞口段高陡边坡稳定目标，通过收集资料，首先从理论上分析了隧道围岩、边坡之间的彼此作用原理。其次，对隧道洞口段边坡的破坏形式进行了细致归类。同时，对影响边坡稳定性的要素进行了主客观两个方面的探讨。最后，对隧道与边坡二者之间彼此作用的原理进行了一定程度上的探讨。虽然连拱隧道的施工并非一个简单的工程，尤其是洞口段边坡掘进过程中受到诸如地形偏压、施工扰动等因素的影响，导致隧道应力场变化多端、复杂敏感。但是，我们在隧道施工过程中，可以对主观要素进行必要控制，自觉做到规划科学线路、优化施工方案以及进行科学加固处理等，必然顺利推进工程的实施，取得很好的效果。