郭永福

(吉林省高速公路管理局，吉林長(zhǎng)春 130021)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)及工程建設(shè)的高速發(fā)展，隧道建設(shè)規(guī)模前所未有，技術(shù)也越來越成熟［1-2］。但在現(xiàn)階段的隧道建設(shè)工程實(shí)踐中所面臨的困難仍然非常多，如在較為特殊地質(zhì)條件下修建分離式隧道、小凈距隧道和連拱隧道等，將會(huì)給工程技術(shù)人員帶來極大挑戰(zhàn)。

雅礱江卡拉—楊房溝水電站交通專用公路起點(diǎn)位于錦屏一級(jí)8#公路通往左岸纜機(jī)平臺(tái)的隧道進(jìn)口附近，工程區(qū)沿雅礱江左岸展布，沿線地表多為裸露弱風(fēng)化巖，地形變化較大，山體坡度以40°～60°為主。草坪子特長(zhǎng)隧道出口位于草坪子滑坡體，在雨季非常容易形成泥石流，故在隧道掘進(jìn)施工時(shí)必須充分認(rèn)識(shí)到不良工程地質(zhì)條件對(duì)隧道圍巖的特殊影響，并需對(duì)邊坡穩(wěn)定、圍巖與結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行專題研究。進(jìn)而對(duì)隧道穿越崩塌風(fēng)險(xiǎn)邊坡的圍巖力學(xué)行為進(jìn)行分析，為隧道施工提供一定的安全保障。

1 不良地質(zhì)及邊坡條件分析

1)隧道突水問題:隧址區(qū)的地下水主要為基巖裂隙水，基巖裂隙水流量較豐富，有可能存在深大的封閉裂隙，儲(chǔ)存一定量的靜儲(chǔ)水，施工時(shí)易造成一定程度的涌水危害。

2)偏壓?jiǎn)栴}:隧道進(jìn)、出口局部存在偏壓?jiǎn)栴}，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力分布條件較差。另外，局部變質(zhì)砂巖洞身段可能發(fā)生輕度巖爆，需引起注意。

3)軟巖變形:隧道穿越地層巖石為砂巖、板巖、絹云板巖，絹云板巖強(qiáng)度較低，具有性軟及風(fēng)化強(qiáng)的特性，隧道穿越該層時(shí)可能發(fā)生掉塊、坍塌、滑移、剝落等輕度～中度變形。

4)泥石流:草坪子特長(zhǎng)隧道出口位于草坪子滑坡體，在雨季容易形成泥石流。

5)邊坡條件分析:據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果，工程區(qū)主要巖石為砂巖、板巖、絹云板巖，密度1.6～1.8 g/cm3，孔隙率35.8%，天然含水量3.16%。根據(jù)大剪試驗(yàn)，廢石的內(nèi)摩擦角 22°～26°，黏聚力 8.8～10.7 kPa。

2 隧道施工前邊坡穩(wěn)定性計(jì)算與分析

2.1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算與分析

邊坡穩(wěn)定計(jì)算通常采用整體的極限平衡方法來進(jìn)行分析［3］，根據(jù)邊坡不同破裂面形狀采用不同的分析模式。邊坡失穩(wěn)的破裂面形狀按土質(zhì)和成因不同而不同，粗粒土或砂性土的破裂面多呈直線形;細(xì)粒土或黏性土的破裂面多為圓弧形;滑動(dòng)面為不規(guī)則的折線或圓弧狀。在此，采用4.5H法確定破裂面，并依據(jù)邊坡理論確定 β1=27.1°，β2=36.2°，得出的潛在滑面圓心位置見圖1。

按圖1得到的圓心點(diǎn)及破裂面計(jì)算可得Fs=1.15，由此可知Fs＜［Fs］=1.25。因此，現(xiàn)有工程邊坡不穩(wěn)定，有下滑的可能，必須進(jìn)行邊坡加固。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況看，工程所處位置區(qū)域的邊坡有局部出現(xiàn)滑坡并有進(jìn)一步加劇趨勢(shì)。

圖1 4.5H法確定潛在滑面及其圓心位置

2.2 隧道施工前邊坡模擬分析

1)計(jì)算模型

［4-5］，選擇40°的斜坡、切割深度50 m建立數(shù)值模型。邊坡巖體參數(shù)取值:γ=21 kN/m3，c=20 kPa，φ =35°。

2)計(jì)算結(jié)果及分析

最大橫向位移發(fā)生在邊坡坡腳位置，約為7 cm，此時(shí)沒有明顯的滑坡跡象。但邊坡表面及一定深度的土體呈現(xiàn)出整體移動(dòng)的現(xiàn)象，邊坡已經(jīng)處于較為危險(xiǎn)狀態(tài)，如果遇上降水或者其他使條件惡化的情況，非常有可能形成滑坡。

3 隧道施工對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響

3.1 隧道開挖空間布設(shè)

為了能夠更好地通過數(shù)值模擬下穿隧道施工與邊坡山體的相互影響，在邊坡中段設(shè)置了兩個(gè)可能的隧道位置。一是隧道洞口稍微靠近邊坡外側(cè)，即隧道偏壓穿越邊坡，二是隧道不存在偏壓即正常穿越邊坡，具體如圖2所示。結(jié)合邊坡實(shí)際情況，分別對(duì)在不同位置進(jìn)行隧道開挖過程的安全性作比較分析。

圖2 兩個(gè)可能的隧道位置

3.2 隧道洞口偏壓時(shí)穿越邊坡

1)位移計(jì)算結(jié)果及分析

巖體位移計(jì)算結(jié)果見圖3。隧道上部拱圈靠近基巖側(cè)變形較大且對(duì)應(yīng)側(cè)不對(duì)稱，這種不對(duì)稱的變形對(duì)于后續(xù)的隧道施工與加固可能產(chǎn)生不利影響，必須密切關(guān)注并采取合理的支護(hù)對(duì)策。

圖3 隧道偏壓時(shí)巖體位移(單位:)

2)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果及分析

巖體應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見圖4。隧道周圍的應(yīng)力分布明顯受到邊坡的作用導(dǎo)致靠近坡面一側(cè)應(yīng)力較小，土體較為松動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致滑坡現(xiàn)象。因此，在最好在隧道施工前對(duì)邊坡進(jìn)行預(yù)加固。

按照蘇佩斯的看法，“公認(rèn)觀點(diǎn)”并不盡然是錯(cuò)誤的，只是因其高度概括性而過于簡(jiǎn)單化，這種粗略性必然會(huì)導(dǎo)致理論的一些重要性質(zhì)以及不同理論之間內(nèi)在差別被省略。也就是說，“公認(rèn)觀點(diǎn)”在形式計(jì)算的邏輯意義上語義學(xué)的缺失使得一個(gè)復(fù)雜理論僅僅從句法結(jié)構(gòu)來加以闡釋，這通常很難對(duì)理論本性做出深入的理解。毋庸置疑，蘇佩斯對(duì)傳統(tǒng)“公認(rèn)觀點(diǎn)”（簡(jiǎn)單的句法觀）的反思為其探索形式計(jì)算的語義學(xué)的科學(xué)理論提供了必要的理論準(zhǔn)備。與之相對(duì)，科學(xué)理論的語義觀則是以模型代替對(duì)應(yīng)規(guī)則，主張模型作為一個(gè)非中介將理論與世界相聯(lián)系，即在語義觀看來，科學(xué)理論可以通過模型的集合從而得到描述。

圖4 隧道偏壓時(shí)巖體應(yīng)力

3.3 隧道正常穿越邊坡

1)位移計(jì)算結(jié)果及分析

位移計(jì)算結(jié)果見圖5。

從圖5中可知，隧道上部拱圈變形較大，也即拱頂下沉最大，其規(guī)律與一般地質(zhì)及山體條件下隧道施工時(shí)的圍巖變形特征相似，在施工中按正常進(jìn)行加固即可。但要注意的是，因山體及邊坡本身穩(wěn)定性較差，特別是邊坡表面的變形會(huì)有增大的可能，必須在正常段采取與隧道進(jìn)口偏壓端類似的邊坡加固措施，以防因隧道開挖誘發(fā)邊坡災(zāi)變。

2)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果及分析

巖體應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見圖6。

圖6 隧道正常穿越邊坡巖體應(yīng)力

從圖6可以看出，隧道周圍的應(yīng)力分布受邊坡影響不大，與正常地質(zhì)條件下的隧道開挖圍巖應(yīng)力規(guī)律基本相同，同時(shí)對(duì)邊坡也不會(huì)產(chǎn)生明顯影響。

4 結(jié)論

1)在高陡邊坡山體中修建隧道，一方面滑坡體的穩(wěn)定與否對(duì)隧道施工過程的圍巖穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全有極大影響;另一方面，隧道開挖同樣也對(duì)滑坡體有非常大的影響，如果處理不當(dāng)則很可能加重滑坡甚至?xí)霈F(xiàn)災(zāi)難性后果。因此，必須對(duì)滑坡體的穩(wěn)定性及其加固措施進(jìn)行研究，才能確保工程順利安全完工。

2)卡楊公路隧道在未開挖前，山體邊坡穩(wěn)定性較差，如果遇上強(qiáng)降雨或者其他使條件惡化的情況，非常有可能形成滑坡。

3)隧道洞口偏壓穿越邊坡時(shí)，隧道圍巖及邊坡變形均比較大，必須結(jié)合邊坡具體情況提前加固，隧道正常穿越邊坡時(shí)，巖體應(yīng)力及變形基本正常。

4)如發(fā)現(xiàn)隧道通過的斜坡存在滑坡可能，在選線時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取改線繞避、深埋隧道從滑床下通過或先整治邊坡后修建隧道等辦法加以解決，不應(yīng)將隧道修建于滑坡體中。

參考文獻(xiàn)

［1］宋勝武，鞏滿福，雷承弟.峽谷地區(qū)水電工程高邊坡的穩(wěn)定性研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25(2):226-234.

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