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        連拱隧道洞口段高陡邊坡穩(wěn)定性的技術(shù)分析

        2018-05-14 14:58:28資新
        關(guān)鍵詞:技術(shù)分析穩(wěn)定性

        【摘要】連拱隧道有著自身特殊的結(jié)構(gòu)形式,它有著較大的自由度,能夠很好的銜接隧道內(nèi)外線形、選擇洞口合適位置,具有良好的適應(yīng)復(fù)雜地形的能力?;谄渖鲜鰞?yōu)點(diǎn),連拱隧道在山地、丘陵地帶運(yùn)用較為普遍,特別是在洞口段應(yīng)用更為廣泛。但是,連拱隧道限于自身以及外在條件的制約,在施工的過程當(dāng)中,很容易出現(xiàn)圍巖破裂、邊坡失穩(wěn)等問題。目前,國內(nèi)對(duì)相關(guān)問題的研究不是很多,對(duì)于連拱隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性分析研究很有必要。

        【關(guān)鍵詞】連拱隧道;高陡邊坡;穩(wěn)定性;技術(shù)分析

        近年來,西部大開發(fā)戰(zhàn)略如火如荼,“一帶一路”建設(shè)又深入推進(jìn),我國中西部地區(qū)交通狀況明顯改善,基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善、規(guī)模不斷壯大。但是,限于我國中西部地區(qū)崇山峻嶺、地形復(fù)雜的特點(diǎn),過去多采用“繞山而行”等迂回戰(zhàn)略修建道路。隨著技術(shù)的革新,“穿山而行”的隧道工程逐漸增多。這一方面縮短了線路里程,順應(yīng)了人民期待。另一方面,也減少了對(duì)土地的占用,起到了很好地環(huán)保效果。而受地貌、地質(zhì)條件等客觀條件,以及工程施工等主觀因素的影響,隧道在施工過程中也經(jīng)常呈現(xiàn)一些或輕或重的問題,而首當(dāng)其沖的便是隧道洞口段。因?yàn)橥ǔG闆r下,工程貫通巖土體是脆弱易碎的高陡邊坡,隧道圍巖自穩(wěn)能力不強(qiáng),埋深不高,隧道一經(jīng)動(dòng)工,圍巖很難形成穩(wěn)定的承載拱,這個(gè)時(shí)候就容易呈現(xiàn)圍巖崩塌、邊坡失穩(wěn)、滑坡等一系列事故。這會(huì)給國家和社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失,并造成不良的社會(huì)影響。

        連拱隧道與分離式、小凈距隧道相比,具有明顯的機(jī)動(dòng)靈活、線性流暢、占地較小、便于銜接等優(yōu)點(diǎn),所以連拱隧道普遍出現(xiàn)在隧道洞口段。事物都有兩面性,連拱隧道也有著明顯的不足,主要表現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、開挖縱深大、操作工序繁雜,這就導(dǎo)致施工過程中邊坡、圍巖以及支護(hù)體系的應(yīng)力變化不穩(wěn)定性增強(qiáng)且狀況較為復(fù)雜。連拱隧道在高陡邊仰坡施工過程中難度較大,因?yàn)樵陂_挖過程中,限于地形偏壓等外在因素,以及人為施工非對(duì)稱主觀因素,這兩方面的施工偏壓將會(huì)給工程帶來諸多不穩(wěn)定性結(jié)果。而比這更糟糕的是,圍巖以及支護(hù)的不穩(wěn)定同樣給工程帶來諸多不穩(wěn)定因素,極易發(fā)生邊坡失穩(wěn)、隧道坍塌等重大事故。

        1、隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性研究

        從工程實(shí)踐方面來看,絕大多數(shù)隧道洞口段邊坡地質(zhì)條件都很是復(fù)雜,也加大了施工的難度。比如,洞口周圍巖土體遭受雨水沖刷、風(fēng)力蝕化等影響,導(dǎo)致圍巖部分程度上的裂隙產(chǎn)生,同時(shí)導(dǎo)致偏壓、淺埋等一系列問題。所以,洞口在推進(jìn)的過程中,經(jīng)常呈現(xiàn)邊坡破壞、圍巖崩塌以及襯砌開挖等諸多事故。以上事故的產(chǎn)生大多來自于多個(gè)方面要素的疊加,而并非某一個(gè)方面的原因。

        1.1隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性要素和機(jī)理探究

        隧道洞口段邊坡及圍巖的安全穩(wěn)定性決定了隧道整體施工的成敗。所以,隧道洞口段開挖過程中邊坡的穩(wěn)定性,是施工者必須深入思考、妥善解決的首要問題。從工程實(shí)踐角度來看,一方面,隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性與客觀存在的自然地形、地質(zhì)以及水文條件有著緊密聯(lián)系。另一方面,隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性還與主觀方面的人工掘進(jìn)方式、開挖技術(shù)等有關(guān)。鑒于隧道洞口段邊坡破壞形式以及機(jī)理并非完全一致,與之相對(duì)應(yīng)的處理手段也固然存在一定程度的差異。所以,我們理應(yīng)結(jié)合工程實(shí)踐,細(xì)致了解影響隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的主客觀要素,探究邊坡的破壞形式以及機(jī)理,分析隧道圍巖穩(wěn)定性與邊坡穩(wěn)定性的彼此作用原理,確保工程掘進(jìn)安全、順利。

        1.2存在的問題

        由于隧道自身結(jié)構(gòu)形式以及工程施工的復(fù)雜性,邊坡內(nèi)部受力體系并非一成不變,相反它卻隨著工程的掘進(jìn)而不停變化。所以,當(dāng)前對(duì)于隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的研究仍存在些許不足,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。一是被動(dòng)地采取處治,一般情況下,在隧道推進(jìn)以及使用過程中呈現(xiàn)的邊坡病害,相關(guān)部門只是簡單的“頭疼醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”,而沒有從整體上去系統(tǒng)研究邊坡破壞機(jī)理。二是處置方法有失恰當(dāng),工程實(shí)踐中,人們采用工程類比法或者經(jīng)驗(yàn)法選擇的加固處理手段很難達(dá)到恰到好處,要么導(dǎo)致加固過度,要么沒有達(dá)到加固效果。加固過度會(huì)造成工程投資的浪費(fèi),加大經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本。而加固不到位,又會(huì)導(dǎo)致安全隱患的擴(kuò)大,最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。

        2、隧道洞口段邊坡破壞的形式及影響因素

        針對(duì)隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性要素和機(jī)理探究,結(jié)合工程實(shí)踐中存在的問題,應(yīng)該細(xì)致研究邊坡破壞的類型以及影響要素,為解決工程實(shí)際問題提供理論支撐.

        2.1隧道洞口段邊坡破壞形式

        隧道掘進(jìn)過程中,因?yàn)榫蜻M(jìn)作業(yè)造成臨空面,改變了原有邊坡的內(nèi)部應(yīng)力場,周圍巖石擠壓隧道臨空面,這樣容易導(dǎo)致邊坡坡體慢慢位移,造成邊坡產(chǎn)生一定程度的變形,最終造成邊坡失穩(wěn),以致破壞隧道洞口段邊坡。從破壞的形式方面來看,隧道洞口段邊坡破壞大致有以下幾種類型:崩塌、坍塌、塌陷、滑坡以及傾倒破壞。

        2.2影響隧道洞口段邊坡穩(wěn)定性的要素

        從上述隧道洞口段邊坡破壞的諸多形式上來看,邊坡的穩(wěn)定性來自幾種要素的影響,將其分為客觀要素和主觀要素??陀^要素包含地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、巖土體性質(zhì)、地震等方面。而主觀要素主要來自于作為施工主體的人自身,大致包含施工者對(duì)于洞口位置的選擇、洞口開挖等方面??陀^要素來自于地球自身的客觀方面,可以說它是導(dǎo)致邊坡破壞的主要原因,而主觀要素作為來自于人自身的因素,在一定程度上加大了工程施工進(jìn)程中隧道邊坡破壞的可能性。

        2.3隧道與邊坡彼此作用原理

        在推進(jìn)隧道施工的過程中,我們不能僅僅考慮隧道周圍巖石以及支護(hù)體系的位移、變形以及穩(wěn)定等方面的內(nèi)容,同時(shí),我們還要關(guān)注整個(gè)隧道所貫通的山體整體上的穩(wěn)定狀況,特別是隧道兩端——入口以及出口段。如前所述,隧道洞口段工程地質(zhì)并不太理想,從工程現(xiàn)實(shí)看,洞口段多存在淺埋、偏壓等諸多情況。隧道在掘進(jìn)過程中,開挖了巖體造成了臨空面,圍巖擠壓臨空界面導(dǎo)致其切向應(yīng)力上升,進(jìn)而導(dǎo)致圍巖應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了明顯且復(fù)雜的變化,最終導(dǎo)致巖體的部分松垮或崩塌。同時(shí),圍巖松垮、崩塌會(huì)導(dǎo)致邊坡整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)力場的重新布局,乃至水文地質(zhì)環(huán)境的改變,從而導(dǎo)致邊坡異形甚至破壞。所以,隧道洞口段圍巖以及邊坡的變形是相互作用、彼此制約的。

        結(jié)語:

        圍繞工程施工進(jìn)程中連拱隧道洞口段高陡邊坡穩(wěn)定目標(biāo),通過收集資料,首先從理論上分析了隧道圍巖、邊坡之間的彼此作用原理。其次,對(duì)隧道洞口段邊坡的破壞形式進(jìn)行了細(xì)致歸類。同時(shí),對(duì)影響邊坡穩(wěn)定性的要素進(jìn)行了主客觀兩個(gè)方面的探討。最后,對(duì)隧道與邊坡二者之間彼此作用的原理進(jìn)行了一定程度上的探討。雖然連拱隧道的施工并非一個(gè)簡單的工程,尤其是洞口段邊坡掘進(jìn)過程中受到諸如地形偏壓、施工擾動(dòng)等因素的影響,導(dǎo)致隧道應(yīng)力場變化多端、復(fù)雜敏感。但是,我們在隧道施工過程中,可以對(duì)主觀要素進(jìn)行必要控制,自覺做到規(guī)劃科學(xué)線路、優(yōu)化施工方案以及進(jìn)行科學(xué)加固處理等,必然順利推進(jìn)工程的實(shí)施,取得很好的效果。

        參考文獻(xiàn):

        [1]賈明輝.隧道洞口邊坡穩(wěn)定性與控制技術(shù)研究[D].同濟(jì)大學(xué),2005.

        [2]朱益兵.連拱隧道洞口段高陡邊坡穩(wěn)定性及控制技術(shù)研究[D].重慶交通大學(xué),2017.

        作者簡介:

        資新,云南省公路工程監(jiān)理咨詢公司,云南昆明。

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