有关隧道洞口段边坡稳定性及控制技术的研究
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有关隧道洞口段边坡稳定性及控制技术的研究
发表时间：2018-03-02T16:02:00.183Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第27期 作者： 李守鹏
[导读] 由于隧道洞口的安全关系到隧道能否顺利进洞并进行安全施工，是隧道施工中的重中之重。
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摘要：大多数隧道工程事故的发生均出自洞口段出现质量问题，其中绝大多数又是因为洞口边坡的稳定性被破坏而导致整个洞口段失稳。所以，工程施工中，必须高度重视隧道洞口段边坡的稳定性问题。施工前，应仔细对各种因素进行观察分析，采取相应的技术及措
施，做出正确调控，尽可能降低风险，确保隧道质量。
关键词：隧道；洞口段；边坡稳定性；控制技术
前言
由于隧道洞口的安全关系到隧道能否顺利进洞并进行安全施工，是隧道施工中的重中之重，因此，隧道洞口的边仰坡安全一直来都受到了隧道工程师们的极大关注，并采用了各种方法对隧道洞口的边仰坡进行安全评价，并作出合理的设计与施工方案。由于修筑在黄土地
区的隧道有其特殊性，不象岩石那样具有较好的完整性，且易受地表水或地下水的影响，因此，洞口的坡体在隧道施工中易出现失稳等地
质灾害问题，一旦发生，轻则使工期延长，造成经济上的损失，重则造成人身安全等事故。因此，在施工过程中，对洞口的仰坡和边坡，
特别是高陡坡体进行专门的稳定性分析、评价、预报等具有重要的意义。这些工作有利于业主及施工单位及时采取相应措施进行处理，并
对处理效果进行检验，从而保证隧道的施工安全和运营安全。
1 隧道洞口段边坡稳定性研究
隧道洞口段一般处于受地表水侵蚀严重、风化裂隙发育的斜坡面上，加上在洞口段隧道埋深往往较浅，结构上部岩土体难以形成承载拱，所以洞口仰坡地表坡面容易受拉开裂、经地表水侵入，其稳定性就很难得到保证。隧道洞口段经常是引起坍塌、构筑物开裂破坏的地
段之一。因此，洞口段边坡的稳定性是隧道设计和施工时必须认真对待的问题。由于隧道洞口段边坡的稳定性与洞门的结构形式、位置、
埋深、地层岩性及洞口段施工方法等众多因素有关，而传统的极限平衡计算方法对这些因素的模拟就显得无能为力了，所以数值模拟法将
越来越多的应用于隧道洞口段的边坡稳定性研究中。从目前的发展趋势来看，三维模型、非线形并考虑动态施工工艺、地震荷载等的数值
模拟法将是今后用于隧道洞口边坡稳定性研究的主要手段。目前，对于隧道洞口段边坡的稳定性研究己有了很多方法和成果，但针对于黄
土边坡，最合理的洞门位置及其对洞口边坡稳定的影响程度大小的研究还很不够充分，这是亟须解决的关键性问题之一。
2 隧道洞口段边坡稳定性的影响因素
影响隧道洞口段边坡稳定性的因素很多，对一个具体的隧道边坡而言，我们应当先从岩体的基本结构和力学性质出发，结合相关的工程因素和其他自然因素，然后对其进行综合分析，找出各个因素之间的影响特点和联系。
2.1地质形貌和岩体
地质形貌与岩体在是隧道洞口段边坡稳定性的基本影响因素，它决定了边坡工程的地质特征，是判断边坡是否稳定的重要依据之一，因此，选择地层和岩体好的路段来进行施工是确保隧道工程质量的前提。特别值得指出的是，研究岩体时不仅要考虑到岩性，更要考虑到
岩体结构。岩体结构由结构面和结构体两部分构成。所谓结构面指的是有一定面积的，能连续（断）续延展破裂或隐伏破裂的地质界面，
包括断层、节理、层理和片理以及剪切密集带等。研究表明：岩体中的结构面会对岩质边坡稳定性造成很大的影响，因为这些部位往往是
物理化学作用和物理力学变动的活跃反应地带，极有可能危及边坡稳定性。所以，结构面在岩体结构分析中至关重要。从另一方便来考
虑，结构面强度远远低于岩石本身的强度，当岩体中有不利的结构面存在时，即便是高度不大的边坡也有面临破坏的可能。
2.2工程施工
工程施工也是影响隧道洞口段边坡稳定性的重要因素之一。由于开挖岩体会造成边坡岩体的力学状态发生变化，具体表现在应力释放和应力集中两方面。若是均质的各向同性体，开挖之前洞口段边坡岩体的应力场应为水平应力的轨迹线，开挖以后，边界条件发生了变
化，会导致岩体的力学状态发生新的调整。相应地，边坡坡脚附近的岩体所受水平应力将大大增加，也就是在该处产生了急剧的应力集
中。剪应力剧增会对隧道洞口边坡岩体的稳定性产生很大的的影响。另外，边洞口坡坡度也会对边坡稳定性造成影响。实践表明，当边坡
坡度不大于 35°时，对边坡稳定性的影响不大；反之，当边坡坡度处于 35°到 55°之间时，会对边坡稳定性产生急剧增加的负面影响。此
外，隧道埋深也是影响隧道边坡尤其是上坡稳定性的一个重要因素。当隧道埋深≥15米时，洞口边坡受到的影响不大。当隧道埋深<15米
时，会产生塌方或山体滑动的严重后果。这主要是由于隧道的开挖对隧道左侧岩体产生临空面，导致该区域岩体滑动。
3 隧道洞口段边坡破坏模式
由于隧道边坡段岩体构造复杂多样，因此边坡的破坏模式也相应的有很多种。在隧道工程施工过程中，由于隧道开挖破坏了边坡岩体的动态平衡，洞口段边坡岩体会在次生力和其他外界力的影响下发生破坏。按破坏机理来划分，可将边坡的破坏模式简单分为三种形势：
崩塌、倾倒和滑坡。崩塌是的原理是：边坡上部的岩体因受到重力作用，突然以飞快的速度脱离母岩，并翻滚坠落下来。这种破坏是急剧
的，通常是是洞口段边坡表层的岩体不稳或丧失稳定性造成的。倾倒这种破坏形式的产生主要是因为边坡内部有一倾角较大的结构面存
在，使得边坡岩体被分割成很多相互平行的岩块，而靠近坡面岩块慢慢地向坡外倒塌。滑坡是比较常见的破坏模式，按照滑动面形态的不
同又分为平面滑动、圆弧形滑动以及楔体滑动三大类。但考虑到隧道工程的特殊性，洞口开挖很大程度上扰动了边坡岩层的稳定性，洞口
边坡段的破坏模式还包括局部塌陷和堆塌两种形式。
4.隧道洞口边坡破坏的控制技术
4.1注浆
注浆的目的主要是为了加固隧道仰坡面和平台，增强松散岩石的稳定性和抗剪力。隧道洞口的岩层通常比较薄，主要由煤矸石和煤组成，风化较为严重，深埋侧的岩体在受到侧向压力推动的情况下很容易发生变形，导致滑坡。因此，施工中对仰坡面和平台最好用深孔注
浆钢花管进行加固，以此提高此处岩体的抗剪应能力，确保隧道的质量。同时，施工中还应做好必须的防排水措施。
4.2洞内施工仰拱、使支护系统封闭成环 不论是任何情况，都应该保证隧道断面在短时间内及时地闭合，这一点尤为重要。在岩石隧道中，由于围岩特有的结构作用，往往不需要借助外界条件就可以自我封闭成环。但是，对软弱围岩施工时，由于软弱围岩的自稳能力差，则必须采取支护措施使之封闭成环。
结语
在施工过程中，隧道洞口段边坡往往面临着滑坡、崩塌的危机。因此，如何对隧道洞口段边坡稳定性，进行科学分析并提出有效的控制，技术是隧道工程中急需解决的重要问题。因此，为了尽可能的降低施工过程中因某些可预测的因素所造成的不必要损失，应准确分析
和预测影响洞口段边坡稳定性的因素，并作出及时科学地调控。
参考文献
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