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隧道爆破开挖对洞口段边坡稳定性影响的数值分析

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第37卷第1期 矿冶工程 Vol.37Al

2017 年 02 月 MINING AND METALLURGICALENGINEERING February 2017

隧道爆破开挖对洞口段边坡稳定性影响的数值分析①贾党育(中交第二公路工程局有限公司，陕西西安710065)

摘要：为了分析评价燧道爆破开挖对洞口段边坡稳定性的影响，以武靖高速矮子寨燧道工程为依托，采用FLAC3I)软件建立了相 应数值分析模型模拟燧道爆破开挖施工过程，计算分析了爆破施工对洞口段边坡稳定性的影响规律。研究结果表明：燧道爆破施 工产生的振动效应会极大降低燧道洞口段边坡的安全系数，并且会增大边坡地表位移沉降;锚杆支护有助于提高振动荷载作用下 处于失稳状态的边坡稳定性。关键词：燧道；爆破开挖；边坡稳定性；锚杆支护；数值模拟中图分类号：TD325 文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.0253-6099.2017.01.007

文章编号：0253-6099(2017)0卜0025-04

Numerical Analysis for Effect of Tunnel Excavation by Blasting on Slope Stability of Portal Section

JIA Dang-yu(Second Highway Engineering Co Ltd， China Communications Construction Company Ltd， Xi'an 710065, Shaanxi， China)

Abstract: In order to analyze and evaluate effect ol tunnel blasting during excavation on the slope stability ol portal

section， a corresponding numerical model was established with FLAC3D software lor the tunnel project ol Wu-Jing highway to simulate the process of tunnel excavation by blasting and analyze the effect of blasting excavation on the slope stability ol portal section. Results showed that the vibration effect caused by blasting excavation would remarkably reduce the safety factor ol slope ol tunnel portal section and exacerbate the displacement and subsidence ol slope surface. And anchor support could help improve the stability ol unstable slope under vibration loads.Key words ： tunnel; blasting excavation ； slope stability; anchor support; numerical simulation

目前,高速公路已逐步向山区和城市边远地区发 展。山区高速公路沿线地区地形条件错综复杂，路基 修筑不可避免地要对山体进行局部或整体开挖形成边 坡，甚至有时要采用隧道形式穿越整个山体。当公路 边坡和隧道相隔距离较近时，隧道采取的爆破施工势 必会对隧道洞口段边坡的稳定性产生影响，因此如何 确保隧道爆破开挖时隧道洞口段边坡安全稳定是施工 单位在施工期间需要考虑的关键问题之一。现阶段国内外研究人员在隧道爆破开挖和路堑高 边坡稳定性分析及支护方面已取得了一些研究成 果[1-9],但在如何减少隧道爆破开挖施工对洞口段边 坡稳定性的影响研究较少。本文采用flac3D软件建 立相应数值分析模型模拟隧道爆破开挖施工过程，计 算分析爆破施工对洞口段边坡稳定性的影响规律，并提出相应的支护方案，可为工程实践提供参考。1工程概况矮子寨隧道位于湖南省武冈至靖州高速公路第三 合同段，矮子寨隧道设计为双连拱隧道，全长245 m, 线路纵坡1.7%。隧道最大埋深约85.3 m,其中汉级围 岩占40.8%、V级围岩占59.2%。隧道围岩主要为强 风化泥灰岩、强风化页岩、强风化石英砂岩、中风化石 英砂岩,岩体较破碎。武冈至靖州高速公路第三合同段K29+240〜K29+365 右侧边坡与矮子寨隧道洞口相距100 m。本路段边坡 长度为125 m,路线走向260°。边坡地处低山地貌，边 坡自然坡度为35°〜45°。路线段山坡见基岩出露，山 坡地带杂木、灌木成林，植被较繁茂。已开挖的边坡为

①收稿日期：2016-08-31作者简介：贾党育（ 1970-),男，陕西渭南人，高级工程师，主要从事高速公路施工管理与技术研究工作26矿冶工程第37卷0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07时间/s

图2爆破荷载

PD4.18 x 1〇 -7 x Sge x y2x 1〇2⑴

1 + 0.8Sge

式中为炸药爆破岩石界面初始冲击波压力（爆轰 压力）；Sge为炸药密度;y为爆轰速度。84么(2-并)K⑵

式中^为荷载作用时间,为岩石泊松比;r为比距离; K为岩石体积压缩模量,MPa;m为炮孔内装药量,kg。 3.1边坡在自重下的稳定性分析对已开挖的边坡进行静力分析，计算边坡在重力 荷载作用下的安全系数,分析边坡的稳定性以及边坡 平台处监测点的沉降位移。图3为边坡在自重作用下

0t

根据相关参考文献[5,u_l2]中的相关爆轰压力和荷 载作用时间可知，爆破冲击荷载可用三角形荷载表示。 根据本工程的实际情况以及爆轰压力和荷载作用时间 公式可知，爆破荷载作用总时间约为0.01 s,而爆破荷 载加载时间为0.01 S,爆破加载最大值为26 MPa,具体 爆破荷载时程曲线如图2所示。28

3分析与讨论

洞施工点处,对边坡监测点进行沉降变形监测。2.2模拟隧道开挖过程

采用FLAC3D软件模拟隧道中导洞爆破开挖施工, 施工阶段采用分台阶开挖掘进的方式进行隧道开挖加 载动力荷载,FLAC3D软件监测加载后的边坡监测点累 计沉降位移、振动速度和计算边坡稳定性安全系数。 模拟隧道中导洞的爆破开挖监测边坡监测点变化情况 共分3个工况进行，工况1:隧道未进行开挖时，边坡 在重力荷载作用下形成初始应力场，并且进行边坡稳 定性安全系数计算;工况2:隧道中导洞施工,动力荷 载加载于施工点处，计算分析边坡监测点的沉降位移 和边坡稳定性安全系数;工况3:对于不稳定的边坡采 取有效支护措施,并计算其安全系数。

二级边坡，开挖范围内的边坡岩土体包括填土层、强风 化泥灰岩和中风化泥灰岩等,其物理力学参数如表1 所示。

表1边坡岩体物理力学参数岩土类型重度/(kN • m~泊松 ■3) 比弹性模量 /MPa粘聚力/kPa内摩擦角/(°)厚度

/m

填土层200.31 96215102强风化岩层22.80.2811 500150246中风化岩层22.90.2321 7302002822

矮子寨连拱隧道施工过程是首先对中导洞进行贯 通，而中导洞贯通采用的是爆破开挖的施工方法，隧道 爆破施工过程产生的地震波对邻近建（构）筑物的安 全使用具有一定的影响,所以在进行爆破开挖施工前 有必要利用数值模拟方法分析爆破施工期间隧道洞口 段的边坡稳定性进行分析，并采取有效的支护措施对 失稳的边坡进行支护。

2计算模型及模拟开挖过程2.1计算模型根据现场实际的工程地质情况，利用flac3D软 件[10]建立数值计算模型如图1所示。计算分析过程 中固定模型底部边界*、y、z方向的速度、模型左右两 边界*方向的速度、模型前后边界的所有点y方向的 速度，上部为自由边界。本构模型采用摩尔-库伦模 型，以重力场作为初始应力场计算边坡稳定性安全系 数,在隧道爆破开挖时产生的爆破荷载加载在隧道中 导洞爆破施工点处。

计算收敛准则为不平衡力比率满足10_5的求解要 求。动力分析时,去除静力分析后的静力边界条件并 且施加粘性边界和自由场边界条件，动力计算时间主 要依据动力荷载时间进行确定。为分析隧道爆破期间 洞口段的边坡稳定性，在边坡坡顶、坡脚以及边坡台阶 上分别设置监测点,监测点的具体布设位置如图1所 示。数值模拟分析时将爆破荷载等效加载于隧道中导

4 0 6 2

2 2 11第1期贾党育：隧道爆破开挖对洞口段边坡稳定性影响的数值分析27的剪切应变增量云图，图4为边坡坡面上各个监测点的沉降位移图。

i.

FoS value is: 1.20Contour of Shear Strain Increment Magfac = 0.000e+000 Gradient Calculation■ -1.9651e-004 to -1.0000e-004■ -1.0000e-004 to 0.0000矸000 B 0.0000e+000 to 1.0000e-0041.0000e-004 to 2.0000e-004 2.0000e-004 to 3.0000e-004 3.0000e-004 to 4.0000e-004 4.0000e-004 to 5.0000e-004 5.0000e-004 to 6.0000e-004 6.0000e-004 to 7.0000e-004 7.0000e-004 to 8.0000e-004 8.0000e-004 to 8.4120e-004

Interval = 1.0e-004

图3边坡在自重作用下的剪切应变增量云图0.5

-3.50 400 800 1200 1600 2000 2400

计算步数

图4监测点沉降位移

由图3可知，边坡在重力荷载作用下的安全系数 为1.20。由图4可知，监测点1、2、3的最大位移沉降 分别为〇.367、1.79和3.16 mm。所以边坡在自重作用 下处于稳定状态。3.2边坡在爆破动力荷载作用下的稳定性分析对隧道中导洞所在点加载动力荷载后进行动力分 析，再计算分析边坡稳定性安全系数和边坡监测点的 位移沉降，计算结果如图5〜6所示。对比图3和图5可知，振动荷载作用下的边坡安 全系数为1.01，远小于自然状态下的边坡安全系数，说 明在爆破荷载作用下的边坡处于失稳状态，并且其剪 切应变增量最大值为1.4x10_3,远大于自重荷载作用 下的边坡(0.8X10-3)，说明边坡在振动荷载作用下的

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高边坡开挖爆破技术及其对边坡稳定性的影响

高边坡开挖爆破技术及其对边坡稳定性的影响

高边坡开挖爆破技术及其对边坡稳定性的影响国内在建和待建的大型水利水电工程大多坐落在大西南高山峡谷地区，其特殊的地质条件使得高边坡的开挖爆破技术研究和爆破对边坡稳定性影响研究成为我国水电建设中的崭新课题，本文主要对高边坡开挖爆破技术及其对边坡稳定性的影响进行探讨。

标签：高边坡；开挖爆破技术；影响1 高边坡开挖爆破技术现状在水利水电工程建设中，从爆破规模和速度上来说，边坡开挖由最早的小规模、缓慢爆破，发展到了目前的大规模、高速开挖爆破，从爆破工艺上来说，经历了从简单手风钻爆破、药壶爆破、洞室爆破、浅孔台阶爆破、深孔台阶爆破，洞室加预裂爆破，发展到目前的深孔台阶加预裂和光爆的组合爆破方法。

边坡开挖爆破与边坡本身的规模、地质结构和施工设备等有关，但对于大规模的特高边坡，深孔台阶加预裂和光爆的组合爆破方法已经是目前普遍采用的开挖方式。

但细部的完善还有许多工作要做。

保留边坡岩体稳定性一直是岩土工程建设中的重要问题，光面、预裂爆破是常用的保护基岩稳定、减少基岩破坏的方法。

两者的爆破效果具有一定的相似性，但爆破作用的原理具有相当的差异，目前，在水电系统的开挖爆破中，对于宽台阶爆破，一般采用预裂：对于窄台阶爆破，一般采取光爆，但由于对不同条件下的光面、预裂爆破成缝理论和实践缺乏深入的研究，对两者的使用也缺乏严格的界定。

随着我国水利水电项目建设的重心逐步转向西部，许多大型水利水电工程均坐落在大西南的高山峡谷地区，这些地区的边坡一般高而陡，地势险峻，地质条件差，开挖技术要求高。

因此需要研究复杂地质条件下高边坡台阶爆破及光面、预裂爆破设计理论，爆破边坡质量控制技术及安全标准。

由于地形、地质条件等因素的影响，高边坡开挖布置困难，支护和开挖之间相互干扰。

为了避免干扰，提高机械的使用效率，只有增大爆破规模，只有采用深孔大区微差爆破技术。

另外，随着开挖台阶的不断下降，边坡越来越高陡。

在这种开挖爆破规模大，且边坡高陡、地质条件差的情况下，爆破振动对于高陡边坡的动力稳定性影响问题日益突出。

隧洞进出口高边坡岩体稳定性分析与处理方法

隧洞进出口高边坡岩体稳定性分析与处理方法

《河南水利与南水北调》2023年第6期工程建设与管理隧洞进出口高边坡岩体稳定性分析与处理方法周鹤（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆乌鲁木齐830000）摘要：文章以某高速公路的隧道工程为例，探究了高边坡岩体稳定性分析和处理方法。

文章首先结合地质勘查资料，分析了隧洞的地层岩性特征和水文地质条件，随后使用赤平投影法分别对隧洞进口和出口的稳定性展开了分析。

结果表明，隧洞进口坡度较陡，自然坡度达到了77°～83°，节理裂隙发育成熟，松散层透水性好，必须要采取支护加固措施；隧洞出口坡度较缓，自然坡度为52°～56°，节理裂隙发育一般，在做好坡面截流排水的情况下可不做加固处理。

文章提出了一种先爆破清理高边坡不稳定岩土结构，然后再喷锚挂网支护的处理方案，能显著提高隧洞进口边坡稳定性。

关键词：高边坡；赤平投影；预裂爆破；稳定性分析中图分类号：TV223.3文献标识码：B文章编号：1673-8853（2023）06-0099-02Stability Analysis and Treatment of High Slope Rock Mass at Tunnel Inlet and OutletZHOU He（Xinjiang Water Resources and Hydropower Survey,Design and Research Institute CO.LTD.,Urumqi830000,China）Abstract：Taking a highway tunnel project as an example,the stability analysis and treatment method of high slope rock mass are explored in this paper.Based on the geological survey data,the stratigraphic lithology characteristics and hydrogeological conditions of the tunnel are analyzed in the paper.Then,the stability of the inlet and outlet of the tunnel by using the terra-plano projection method is analyzed.The results show that the tunnel entrance slope is steep.The natural slope reaches77°~83°.The joint fissure is mature, the loose layer has good permeability,so the support and reinforcement measures must be taken.The tunnel outlet slope is slow.The natural slope is52°~56°.The joint fissure development is general.In the case of slope interception drainage,there is no need to do reinforcement treatment.In this paper,a treatment scheme of blasting to clear unstable rock and soil structure of high slope and then spraying anchor to hang net support is proposed,which can significantly improve the stability of tunnel inlet slope.Key words：high slope;stereo-projection;precracking blasting;stability analysis1工程概况某高速公路的K17+454～K17802段拟建一座分离式隧道，全长为351m，呈直线型展布。

桥隧工程边坡稳定性分析及工程支护方法

桥隧工程边坡稳定性分析及工程支护方法

桥隧工程边坡稳定性分析及工程支护方法摘要：现如今，我国对于桥隧工程的建设提出了高度的关注，但传统的施工作业方式不健全，无法了解施工期间发生的变化，导致众多不确定的因素对桥隧工程边坡造成影响。

因此，必须要针对桥隧工程边坡的稳定性来展开分析，并且提出相应的工程支护方法。

关键词：桥隧工程；边坡稳定性；工程支护方法本文将围绕我国桥隧工程边坡的稳定性以及支护方法展开探讨，促使我国的桥隧工程边坡能够更加稳定，提升其施工质量。

一、桥隧工程边坡稳定性分析方式（一）定性分析法（1）成因历史分析法成因历史分析法，主要对两个方面进行研究。

首先，是对边坡地区的背景、地质结构特征、地质构造等作出研究。

其次，是对边坡的坡高、坡形、坡体内外部是否发生变形情况作出了解。

由此可见，此种方法在自然形成的斜坡中更为适用。

（2）工程地质类比法类比法主要依靠相似性，只有边坡的相似性高，才可以实施类比工作，类比的内容主要包含影响边坡稳定性的原因以及边坡工程地质条件。

（3）赤平极射投影法赤平极射投影法，实际上就是对不稳定结构土体有可能位移或变形的问题发现并且加以明确，从而对比边坡的稳定条件作出初步的评估。

此种方法在桥隧工程边坡稳定性分析中得到广泛的运用。

（4）专家系统法专家系统法属于一种利用计算机技术进行分析的方法，此种方法能够通过专家的水准，从而对边坡的稳定性加以分析，同时将分析的大量经验与知识进行同模拟解题的策略进行融合。

（二）定量分析法（1）极限平衡分析法极限平衡分析法具有较长的发展时间，同时，具有众多的研究人员，属于较为代表性的分析方法，可以划分为简布法、瑞典条分法、斯宾塞法、瑞典圆弧法几种。

（2）极限分析法极限分析法就是将理想刚塑性体充分应用，并将其处于极限状态。

通过下限定理与上限定理，从而将极限荷载求解。

不管外加荷载多复杂，边坡形态如何，都能够求得适用的荷载，是其最大的优势。

（3）数值分析法伴随着数值计算理论与计算机技术的不断发展，数值分析法目前在边坡稳定性分析中得到了广泛运用，发展速度快是其最大的优势。

驮英水库导流泄洪隧洞出口开挖边坡稳定性分析

驮英水库导流泄洪隧洞出口开挖边坡稳定性分析

驮英水库导流泄洪隧洞出口开挖边坡稳定性分析摘要]驮英水库导流泄洪洞隧洞出口开挖边坡为斜向坡，倾向坡外侧，边坡稳定性较差，可能存在多种滑动模式，开挖边坡后稳定性更差，通过极限平衡法计算机分析天然边坡与开挖后边坡稳定性，为边坡设计提供了依据。

[关键词]大型水库工程；斜向坡; 多种滑动模式；极限平衡法1 、工程概况驮英水库位于广西宁明县那堪乡，是一座以灌溉、供水为主，兼顾发电等综合利用的大（2）型水库。

水库正总库容2.28亿m3。

泄洪隧洞采用与施工导流隧洞相结合布置的型式，布置在坝址右岸山体内。

泄洪隧洞全长541.5m，由进口段、短斜坡连接段、明流洞身段及出口挑流消能段等组成。

2 、工程地质条件坝址河谷为“V”型谷，水面宽20.5～52m，河道平直，河流走向南偏东42°。

河床高程163.4～166.4m左右。

导流泄洪洞出口洞脸边坡最大坡高约26.3m，开挖边坡为斜向坡，倾向坡外侧，边坡覆盖层为残坡积含碎石粘土，厚0～2.2m，下伏岩体为J1b1-3、J1b1-2和J1b1-1粉砂质泥岩、砂岩、泥质粉砂岩，强风化下限埋深2.4～6.8m，弱风化下限埋深4.0～11.8m。

岩体陡倾角节理裂隙发育，节理面平直光滑，微张，充填泥质。

J1b1-3砂岩岩体胶结差，同时受风化和地下水胶结差的影响，局部较破碎，性状差。

导流泄洪隧洞出口发育有一条向斜，以上游冲沟为界，隧洞出口上游岩层产状为N50°～55°E，SE∠10°～13°，岩层较缓；下游侧岩层产状为N60°～65°E，SE∠45°～61°。

导流泄洪隧洞出口下游侧边坡开挖走向为东西向，岩层走向与边坡走向夹角为25°～30°，近顺向坡。

开挖边坡后切断岩体坡脚，形成临空面，易发生滑坡。

3、极限平衡分析（1）主要滑动剖面选择为了全面了解广西驮英水库导流泄洪隧洞出口右岸边坡的稳定性，本次计算选取中最可能滑动的Ⅲ-Ⅲ剖面和Ⅶ-Ⅶ剖面的天然边坡和开挖边坡进行稳定性分析。