《 搬窜 零帮舷 霉程 ０ 西南某高速公路隧道进口边坡稳定性分析及评价 吴兆敬 （四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，四川成都６１００１７） 【摘要】 日地１ 隧道为某高速公路的重要工程。隧道进口二衬施工完后，洞壁出现数条平行５－￣￣７ 的裂缝，并有进一步发展的趋势，进而可能影响整个进口边坡的整体稳定性。文章通过搜集详勘资料、隧道 开挖资料、现场调查资料，采用钻探、物探（地面高密度电法）等综合勘察手段，对该边坡稳定性进行了评价及 计算，查清了该边坡的变形机制，对后续的变形发展趋势给予了预测，并提出了合理的处治措施。 【关键词】隧道进口；边坡；稳定性 【中图分类号】Ｕ４１６．１ ４ 【文献标志码】Ａ 花岗岩（＾ｙｏ ’）。 ２．４地质构造 １工程概况及问题由来 日地１ 隧道位于康定县日地村与上瓦斯村之间，走向同 ３１８国道平行，为双洞分离式长越岭隧道，左右线轴线相距约 ３０ ｍ。隧道最大埋深５１３ ｍ。 隧址区构造部位上处于ＮＥ向龙门山断裂带和ＮＷ向鲜 水河断裂带及ＳＮ向安宁河断裂带构成的“Ｙ”字形构造交汇 日地１ 隧道施工采用从出口端往进口端单向掘进，于 ２０１６年９月２８日开挖出洞，初期支护采用Ｉ１８型钢拱架，纵 向间距８０ ｃｍ，完成二次衬砌后２０１６年１１月４日左右洞之 间边坡出现裂缝，裂缝长度约１０ ｍ，平行有两条裂缝，相隔２ ｍ，裂缝宽度１～３ Ｃｉｌｌ，洞口垮塌约３００ ｍ 。二次衬砌完成后， ２０１７年３月２日，有关单位在监控量测时在洞内分别于桩号 Ｋ１１８＋４９８、Ｋｌ１８＋５０３、Ｋ１１８＋５１０处上发现三组近于贯通且 处北西部，受断裂影响，区内岩体较发育，完整性较差。 隧址区地表风化裂隙密集发育，普遍张开，半充填岩屑 及黏土，部分无充填，且常沿一组陡倾顺坡向裂隙卸荷张开。 随着埋深的增加和风化、卸荷程度的降低，裂隙发育程度有 逐渐减少的趋势，但具不均一性。 日地１ 隧道进口段（研究区）主要发育儿、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４和 Ｊ５五组裂隙。 （１）儿：产状８０。／７０。，间距１～３ ｍ，开度约１～３ ｍｉｌｌ， 局部可达３０～４０ ｃｍ，裂面平直。因顺坡发育，常沿该组裂隙 追踪发育为宽大的卸荷裂隙，大多充填岩屑及灰白色可塑状 黏土，地表可见延伸长度大于１０ ｍ。该裂隙与边坡走向基本 一左右侧壁对称的横向裂缝，随即开展变形观测等工作。 为查明该边坡的工程地质特征、变形机制及对日地１ 隧 道和喇嘛嘴沟大桥可能产生的危害，为设计治理提供合理的 地质依据，工作组在详勘资料、隧道开挖资料、现场调查的基 础上，采用钻探、地面高密度电法等综合勘察手段，对该边坡 进行了工程地质勘察。 致，陡倾坡外，为控制边坡稳定的主要结构面。 （２）Ｊ２：产状７８—８３。／２５—３２。，间距０．０５～０．５ ｍ左 右，微张，开度约为２—４ ｍｍ，节理面较光滑平整，可见延伸 长度３～５ ｍ。钻孔揭示充填物以岩屑为主，裂面附近可见厚 １～３ ｍｉｔｌ的黏土；该组裂隙为顺坡向中缓倾裂隙，与儿组 ２工程地质条件 ２．１地形地貌 日地１ 隧道进口段位于日地喇嘛嘴沟左岸斜坡坡脚部 位，属典型的深切割“Ｖ”型高山峡谷地貌区。谷底宽约２６ 合，为控制边坡稳定的滑移面。该裂隙与边坡走向基本一 致，缓倾坡外。 （３）Ｊ３：产状２６９。～２７０。／６６。～８４。，间距０．１～１．００ ｍ ｍ，乱石林立，工程区段纵坡坡降约２７％。两岸斜坡陡缓相 问，地形坡度在３０～４５。，局部可达５５。。 ２．２气象水文 左右，微张，开度约为１～３ ｍｍ，局部泥质充填，节理面较光 滑平整，可见延伸长度２～６ ｍ。该裂隙陡倾坡内。 （４）Ｊ４：产状３０１。ｚ＿２８。，间距０．２０～０．５０ ｍ左右，微张， 隧址区位于康定河下游，属青藏高原亚湿润气候区，具 高原气候特征，气候干燥，日照充分、昼夜温差大，常年无夏、 冰雪期长。康定年降水量８０３．８ ｍｍ，多集中在五月到九月， 占全年的６０％～８５％，多暴雨和连绵雨，最大日降雨量达 ９６．１ ｌｌｉｌｌｉ，最长连绵雨长达５８ ｄ，雨量达４２７．５ ｍｍ。 ２．３地层岩性 开度约为１～３ ｍｍ，无充填或半充填泥质或岩屑，节理而较 平整，可见延伸长度３～５ Ｉｎ。该组裂隙倾向与边坡坡向大角 度斜交，为可能的侧向切割面。 （５）Ｊ５：１７５。／７０。，开度约为ｌ一３ ＩＩｌｌｉｌ，无充填或半充填 据地质调绘情况，隧址区内主要地层为新生界第四系全 新统崩坡积堆积层（Ｑ： ）块石、喇嘛沟沟底的泥石流堆积 （Ｑ ）块（碎）石，下伏基岩为元古界晋宁一澄江第四期斜长 ［定稿日期］２０１７—１２—０４ ［作者简介］吴兆敬（１９８３～），男，硕士研究生，工程师， 从事公路工程领域岩土工程及地质工程相关工作。 ｌ２８ 四川建筑第３８卷２期２０１８．０４ ·岩土工程与地下工程· 灰黄色可塑黏土，节理面较平整，可见延伸长度大于５ ｎｌ。该 ～４５。，局部可达５５。，边坡开挖后，洞口边坡局部直立，临空 组裂隙倾向与边坡坡向近于直交，为可能的侧向切割面。 ２．５水文地质 条件较好。此外，隧道处于微凸出的山脊地形上，两侧亦具 有临空条件。 ３．２．２地质构造因素 几组裂隙特征：Ｊ１：产状８Ｏ。Ｌ７０。，Ｊ２：产状７８—８３。Ｌ２５ —隧址区地表水主要为瓦斯沟、喇嘛嘴沟及日地沟流水， 其中瓦斯沟为该区域最低侵蚀基准面，瓦斯沟、喇嘛嘴沟、日 地沟常年有水。 ３２。，Ｊ３：产状２６９。～２７０。／＿６６。一８４。，Ｊ４：产状３０１。／＿２８。， 隧址区地下水主要为松散土层孔隙水和基岩裂隙水。 松散土层孔隙水：主要赋存于区内沟床Ｑ 的块石层中， 主要靠大气降水补给，向坡下沟谷及下卧层排泄分散性排泄， 透水性强、富水性强，地下水丰富等特点。基岩裂隙水：主要 赋存于花岗岩的构造裂隙之中。基岩裂隙水埋藏较深，不具 备统一的地下水位面，具有沿裂隙渗流的水文地质特征。 Ｊ５：１７５。Ｌ７０。。各组裂隙与斜坡的关系详见下图２、图３。 ３ 隧道进口段边坡变形原因分析 ３．１ 隧道进口段边坡变形特征 ３．１．１坡面变形特征 左右两洞之间已发生垮塌。塌方前缘左侧挡墙部位亦 存在拉裂缝。坡脚部位仍然存在大量与坡面走向一致的张 拉裂缝。 图２边坡岩体裂隙组合ＢＩＭ模型 在隧道洞顶以上距离洞口约４０～５０ ｍ处的斜坡坡面清 晰可见台阶状陡坎，且该段地表树木生长普遍歪斜，而其上 游的树木生长正常，下游树木部分歪斜，可间接确定为本段 边坡变形的边界。 从２０１６年１０月２３日至２０１７年５月２５日，日地１ 隧道 进口段已经产生裂缝的地段地表累计变形量达到９０—１０５ ｍｍ，且一直在沉降过程中。 ３．１．２洞内变形特征 右线洞内二次衬砌洞壁上出现三条明显的横向裂缝 Ｌｌ、Ｉ２、Ｌ３，其中Ｌ】、Ｌ２裂缝近于贯通隧道全断面。三条裂缝 两壁的裂缝产状及发展方向基本一致，均表现为顺坡向发育 的特点。从单条裂缝上下两壁变形位移来看，上壁位移方向 主要为水平向（即与裂缝倾向一致），竖直向位移几乎为零。 通过现场测量，隧道底板处裂缝最大水平向位移５ ｍｍ，竖向 位移约１ ｍｍ。 据监测资料，日地１ 隧道进口段已经产生裂缝地段从 ２０１７年３月２日至２０１７年５月２３日隧道拱顶及仰拱部位 图３ 裂隙持平投影 从赤平投影分析图可见，Ｊｌ、Ｊ２两组裂隙均倾向坡外，结 构面组合交线倾向坡外，倾角远小于坡角，其倾角一缓一陡， 组合成的楔形体对边坡的稳定极为不利。Ｊ４、Ｊ５两组结构面 构成了其侧向切割面。边坡裂隙的组合将组成潜在不稳定 的楔形块体。 ３．２．３岩性因素 累计变形量一般在３．０～５．８ ｍｍ，且一直在缓慢沉降过程 中，部分观测数据有突变，显示出隧道的变形未收敛，隧道仍 在继续变形中（图１）。变形后裂缝位移监测顶拱变形小的 原因是由于岩体蠕动变形相对位移小，滑体与滑床尚未完全 通过钻探，发现岩体中存在明显错动面。ＺＫ２号钻孑Ｌ错 动面倾角２５—３０。，裂面光滑充填黏土，沿裂隙面附近的岩石 风化严重。ＺＫ３号钻孔错动面同样主要由岩屑及黏土充填， 分开，且岩体变形后正值枯水期及施工结束，岩体的应力状 态达到了暂时的平衡，变形量相对较小。 倾角２５—２８。。这两组裂隙在倾角和埋深上大体一致，推测 为滑面底界（即上述的Ｊ２裂隙）。另外在强风化岩体中还发 育数条陡倾角７０。一８０。裂隙，裂面仍然充填灰白色、灰色岩 圈１ ＫＩ１８＋５０４断面拱顶沉降变化趋势 块、岩屑及黏土。 ３．２边坡变形成因机制 此外，在中风化岩体中，风化卸荷裂隙仍以陡倾角为主， 裂面粗糙，严重～轻微锈染均有发育，岩体中存在差异性风 化现象，在裂隙发育或挤压带部位岩体风化相对严重，呈强 ～３．２．１地形地貌因素 日地１ 隧道进口段位于日地喇嘛嘴沟左岸斜坡，属典型 的深切割“Ｖ”型高山峡谷地貌区。斜坡坡度一般坡度在３０ 全风化状。裂隙发育带或挤压带（面）为岩体中的不利结 四川建筑第３８卷２期２０１８．０４ ｌ２９ 构面，为岩体滑动或变形提供了边界条件。 ３．２．４水文地质因素 ４．２．３计算方法及采用公式 采用折线形滑面的传递系数法（规范推荐）进行计算，计 算模型见图４。计算公式为：Ｅ。＝ 。Ｅｉ ＋ＫＴｉ—Ｒ．。 该隧道基岩裂隙水较发育，受构造影响裂隙连通率较高， 贯通性较好，为地下水活动提供了较好的导水条件。通过裂 隙面锈染程度、充填物潮湿性、充填物类型上分析，强卸荷带 内岩体具有地表水入渗的良好通道，且河流的下切基准面较 低，为地下水的流动提供客观条件。因此，在连续降雨条件下， 风化卸荷带内的地下水可能较丰富，对边坡的稳定极不利。 综上所述，该段岩质边坡处临空条件良好、岩体卸荷松 弛严重、岩体中发育的各种裂隙形成不利的组合是引起该段 岩体发生变形的主观原因，而岩体渗透性及裂隙导水性良好 有利于地表水入渗软化岩体，造成岩体及结构面抗剪强度较 低、隧道施工爆破震动及开挖隧道加大临空空间和应力重分 布等原因，是引起该段岩体变形的客观原因。 ４边坡稳定性评价 ４．１定性评价 目前右洞地表监测累计最大变形量已达１０５ ｍｍ，洞内 衬砌裂缝可观测到的最大变形约５ ｍｍ，洞内顶拱变形监测 累计最大变形量已达５．１ ｍｍ。虽变形量总体不大，但表明 虽历经近１．５月，其变形仍在缓慢发展。表明滑面可能没有 ｋｌｌ 十Ｏ…ｂｌＵ … ＋），Ｕ ＋）…）５Ｕ ＋）ＩＵ ＋４ ｕ 十４，ｕ …ｕ … 图４右线隧道洞轴线计算断面示意 ４．２．４计算工况 完全贯通，边坡通过变形协调应力重新分布后，岩体应力仍 然在寻求新的平衡过程中，边坡整体处于蠕动变形状态。但 这与变形以来停止施工和正处于枯水期无明显的地表水入 对边坡的潜在滑面稳定性计算及推力计算考虑三种工 况：天然工况、暴雨或连续降雨工况、地震工况。 ４．２．５ 稳定性计算结果及分析 渗息息相关。边坡前缘的喇嘛嘴沟大桥基坑开挖必将使边 坡进一步临空，小桩号侧的龙进隧道施工难免爆破震动，特 别是雨季即将来临，暴雨将导致大量地表水通过裂隙渗入到 岩体中进一步降低结构面的抗剪强度，且本区地震烈度高， 不排除在连续暴雨及地震等极端工况条件下裂面贯通的可 能性，继而诱发边坡的整体失稳。因此，日地１ 隧道进Ｅｌ段 岩体在目前状态下暂时处于基本稳定状态，在连续降雨或地 震状态下将处于不稳定状态。 滑面采用岩屑夹泥性结构面参数（表１）。 表１稳定性计算参数 天然及地震状态 饱水状态 岩土名称 天然重度 饱和重度 饱水粘 饱水内 结构面 ／（ＫＮ· 粘聚力 内摩擦 ／（ＫＮＣ／ｋＰ聚力 摩擦角 ａ 角‘Ｄ／。 · ｍ ） ｍ一 Ｃ，ｋＰａ ｔｐ／。 滑体 Ｉ、１１Ｉ段 滑面 Ⅱ段滑面 ２４ ７ ６ ５０ ６０ ４６ ２６ ３６ ２４．５ ５ ４０ ４４ ２４ ３４ 需要特别指出的是：日地１ 隧道左洞目前虽未变形，这 与左洞开挖后未经历雨季有关，也可能与左洞因未衬砌难以 发现较小的变形有关，但左洞与右洞所处地形地质结构基本 一， ５０ （高阻区） 注：从物探成果来看，ＺＫ２、ＺＫ３之间的推测滑面附近处于高阻 致，不排除左洞在暴雨及地震作用下失稳的可能。 ４．２定量评价 区，说明岩体相对完整，裂隙应属刚性、无充填结构面，故该段（表中 Ⅱ段）抗剪参数采用其统计值：内摩擦角 值统计标准值为３６。，凝 聚力Ｃ统计标准值为６０ ｋＰａ。 ４．２．１滑体重度 场地区内基岩产生变形段主要为花岗岩，根据试验成 果，强风化花岗岩天然重度为２４．０ ｋＮ／ｍ ，饱和重度取为 ２４．５ ｋＮ／ｍ ，中风化花岗岩天然重度为２５．０ ｋＮ／ｍ ，饱和重 各工况下稳定性计算成果见表２。 表２各工况下稳定系数计算表 工况 天然 暴雨 地震 度取为２５．５ ｋＮ／ｍ 。在滑坡稳定性验算及推力计算时，天 然工况下滑体取天然重度，暴雨工况下滑体按全饱水计算， 取饱和重度。 ４．２．２滑带抗剪强度 稳定系数 １．１２４ １．ｏｏ１ １．０４１ 由表２可知，边坡在天然工况下处于基本稳定状态，安 全储备不足；暴雨及地震工况下处于欠稳定状态。稳定系数 据临近某大型水电站同类岩体大结构面抗剪强度试验 成果，本研究区内强卸荷带的陡倾角卸荷裂隙，其内摩擦角 ‘口值统计标准值为３１．３８。，凝聚力Ｃ统计标准值为１００ ｋＰａ。 缓倾角裂隙属岩屑夹泥性结构面，其内摩擦角 值统计标准 值为２６．１。，凝聚力Ｃ统计标准值为５０ ｋＰａ。 均不满足ＪＴＧＤ ３０—２０１５《公路路基设计规范》相关安全系 数的要求。 根据上述定性及定量分析认为： 对于两洞之间已垮塌的边坡，目前即处于蠕变状态，坡面 （下转第１３３页） １３０ 四川建筑第３８卷２期２ｏ１８．０４ 横梁固定在井沿上（以防止在浇筑混凝土过程中钢筋笼向上 达到４５．１２ ｍｍ，表明隔离桩施工对４号蓄冷水罐沉降影响 浮起），接着进行混凝土灌注，采用直升导管法浇筑混凝土， 严禁在孔口抛铲或倒车卸入。混凝土应垂直灌入桩孔内，严 较大；蓄冷水罐累计不均匀沉降最大达到了３４．９６ ｍｍ，蓄冷 水罐出现了向基坑方向的轻微倾斜。不同位置的隔离桩施 禁混凝土导管斜向冲击主筋，使主筋局部扭曲。混凝土采用 连续浇灌。桩顶混凝土应比桩顶理论标高高出６０～１００ ｃｍ， 待桩身强度达到５～８ ＭＰａ时凿除桩顶浮浆。浇筑桩体混凝 土时，相邻１０ ｉｎ范围内的桩孔内不得作业，以免发生危险。 工引起沉降量的变化也不同，说明蓄冷水罐底部水平位移变 化不大，水平位移变化基本随沉降量变化而变化。从１号罐 到４号罐，累计不均匀沉降和累计最大沉降都在增加，这也 对应了基坑开挖的方向，因此在注浆加固和旋喷桩施工期， 可以适当加大在３、４号蓄水罐区间的强度。 ４施工监测及分析 监测项目包括：地表沉降；裂缝监测；罐体沉降、倾斜监 测。监测等级为特级。蓄冷水罐布设３个水准点ＢＭ１、 ＢＭ２、ＢＭ３，同时也是导线点的位置，基点距离基坑边３０ ｉｎ以 外稳定的位置。蓄冷水罐沉降监测点位于蓄冷水罐之间和 两端部位，垂直于基坑布设５排，每排５个测点，间距为１０ ／／１，共２５个测点。具体在基坑边缘５０ ｃｍ左右的地方采用２０ ｍｍ，长２００～３００ ｍｍ的钢筋打入地下，地面露出２０ ｍｍ左右 ５结论 深圳机场高铁站基坑近接高度敏感的建（构）筑物，地连 墙距超重蓄冷水罐最小距离３．４ ｉｎ。临近高度敏感的建 （构）筑物的深基坑开挖产生不均匀沉降，将会影响临近建筑 物的安全。施工过程中进行的实时监测表明，采用论文提供 的加固方案，穿越填海地区砂卵层的深基坑施工引起的临近 基坑的变形控制满足设计要求，确保了临近高敏感建（构）筑 的运营安全。 参考文献 并用水泥加固，使钢筋头露出水泥面１～１．５ ｃｍ写好观测点 点号。每组蓄冷水罐沉降监测布设沿蓄冷水罐基础周边位 置对称布设８组点，４组蓄冷水罐共３２组点。罐体沉降监测 在土方开挖期间的报警指标要求：累计不均匀沉降达到７８ ｍｍ，变化速率１ ｍｍ／ｄ。现场检测数据见表１。 表１沉降监控统计表 ［１］ 俞鑫风，王健．地铁隧道近接施工相互影响研究现状及其思考 ［Ｊ］．北京建筑工程学院学报，２００８（３）：３０—３４． ［２］ 王哲宇．轻轨车站复杂交错空间近接施工影响及施工优化研 究［Ｄ］．湖南科技大学，２０１６． ［３］孙经伟．既有隧道在下穿新建隧道影响下的力学特性研究 ［Ｄ］．重庆交通大学，２０１６． ［４］ 李瑞英．城市隧道穿越建筑物施工的技术措施［Ｊ］．安全， ２０１１，３２（１２）：１１—１３． Ｊ．Ｊ ｆ … ２号罐ｌ塑 ４ ＿＿ ２４二 — 竺＿＿一直径方向差异沉降报警值 ■ 十 ■ｒ 十— ＿＿１ 。ｍｍ，最大 ｍｍ 地基基础沉降主要与基础低地层土的物理结构性等有 关，对土体的扰动必然改变土体的结构性。蓄冷水罐沉降值 ８９ ｌ一２５．２１ ｌ ０．９ Ｊ ７８ｍｍ控制值９７ｒａｍ；倾斜 ３号罐ｌ ３３．９６ ｌ一３８．１８ ｌ １．２ Ｉ ８６ｍｍ，２．８‰；沉降报警值 ［５］杨挺．城市地下工程穿越既有建筑物加固技术及工程应用 ［Ｊ］．江苏建筑，２００８（６）：２２—２５． ［６］汪尧清，童绥保．浅谈现代建筑物加固技术［Ｊ］．山西建筑， ２００４（２０）：３７—３８． （上接第１３０页） 变形裂缝明显，在极端工况下，易发生新 的滑动破坏，稳定性差。 ５建议处理措施 由于本区降雨较为集中，坡面覆盖层及基岩均具有良好 的渗透性，坡面水渗入地下后将快速运移并软化结构面的抗 剪强度。结构面内摩擦角对稳定系数最为敏感，而水是控制 结构面内摩擦角的最直接因素。因此，建议设计根据稳定性 计算成果，采用暴雨工况作为设计控制工况，采用排水与抗 滑结合的综合处治措施，必要时可采取前缘堆载反压或对滑 面附近岩土体采取固结灌浆措施以提高滑面的抗剪强度。 抗滑桩桩端及锚索锚固端应嵌入中风化弱卸荷带内一定深 度，具体桩长及锚索长度以设计计算予以确定。 计算结果表明，日地１ 隧道进口段边坡在天然工况下其 稳定系数Ｋ＝１．１２４，处于基本稳定状态，计算结果与病害现 状基本吻合。在非正常工况Ｉ（暴雨工况）下稳定系数 为 １．０左右，不稳定。在非正常工况ＩＩ（地震工况）下稳定系数 Ｋ为１．０１～１．０５之间，不稳定。因病害发生后本段边坡未经 历雨季及暴雨，不能排除在后期施工及暴雨、地震等极端工 况下，存在沿潜在滑面产生大规模滑动的地质风险，必须采 取可靠的工程处治措施，确保隧道和桥梁的安全。 四川建筑第３８卷２期２０１８．０４ １３３
