中圖分類號：U455.4文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.050

文章編號：1673-4874（2025）01-0170-04

0 引言

土建工程中對降雨入滲效應的研究仍集中于邊坡穩(wěn)定性，由于大部分隧道處于深埋條件，降雨入滲僅影響地表附近巖土體，并未對施工或使用階段的深埋隧道穩(wěn)定性造成明顯影響1。淺埋偏壓隧道采用的開挖方法主要分為臺階法、中隔側(cè)壁法、雙側(cè)壁導坑法、環(huán)形開挖法，較少使用全斷面開挖，應綜合隧道開挖穩(wěn)定性、經(jīng)濟成本等多方面因素確定開挖方法2]。隧道一邊坡協(xié)同安全性研究主要分為兩方面：（1）邊坡開挖對臨近運營隧道結(jié)構(gòu)安全性的影響；（2）淺埋偏壓隧道開挖對既有路堤或路塹邊坡穩(wěn)定性的影響[3-4]。在考慮到降雨滲流影響下，邊坡一隧道上覆圍巖物理力學參數(shù)弱化，其不僅加大了隧道開挖難度，邊坡穩(wěn)定性也面臨著巨大挑戰(zhàn)，所以在淺埋偏壓隧道進行開挖的背景下，考慮降雨入滲對邊坡穩(wěn)定性的影響是至關(guān)重要的。

邊坡一隧道協(xié)同安全穩(wěn)定性研究從室內(nèi)模型試驗、現(xiàn)場實測、數(shù)值解、解析解4個方面展開。崔正陽、武琳[5-6]于室內(nèi)構(gòu)建邊坡開挖或隧道開挖物理試驗模型，探究得出邊坡一隧道相互影響機理，判定邊坡、隧道、邊坡一隧道系統(tǒng)是否發(fā)生失穩(wěn)。顏富宇利用規(guī)范與技術(shù)標準確定邊坡一隧道失穩(wěn)判別依據(jù)，對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)值開展對比論證，驗證數(shù)值模擬正確性，同時論述邊坡一隧道協(xié)同安全穩(wěn)定性。楊耀、柳墩利[8-9]構(gòu)建邊坡開挖或隧道開挖等數(shù)值模型，對邊坡一隧道變形、應力、安全系數(shù)進行分析，得出相關(guān)論點并總結(jié)出對應的加固維護措施。邊坡一隧道協(xié)同變形應力數(shù)值解應用較為廣泛，而以復變函數(shù)為基礎(chǔ)的解析解適用性有限，吳平[1]創(chuàng)新提出邊坡一孔洞彈性應力近似解析解，為邊坡一隧道工程設(shè)計提供有效參考。在以往已有研究基礎(chǔ)上，本文對比分析了正常邊坡一隧道、暴雨邊坡一隧道的邊坡穩(wěn)定性，說明暴雨條件下隧道開挖對邊坡穩(wěn)定性有著顯著影響，并構(gòu)建不同暴雨強度數(shù)值模型，探究隧道采用環(huán)形預留核心土開挖后對邊坡穩(wěn)定性的影響。

1工程簡介

某單洞公路隧道右側(cè)相鄰既有二級公路路塹邊坡，邊坡一隧道周邊巖土體巖性分類為：粉質(zhì)黏土（上覆）、強風化泥質(zhì)砂巖（中間層）中風化泥質(zhì)砂巖（下臥）。隧道埋深約為 15m ，開挖輪廓線為三心圓，高度與寬度分別為8.8m、12.8m，采用直徑為 42m m 長度為3.5m的超前小導管進行超前加固（環(huán)向間隔 ，注漿孔直徑8m m ，注漿材料為水泥砂漿）。初期支護采用23cm厚的C25 噴射混凝土、環(huán)縱布設(shè) 錨桿（長 、 @20cm×20cm鋼筋網(wǎng)、I18鋼拱架；二次襯砌為35cm的C30鋼筋混凝土， 2.0m m 的PVC防水板布設(shè)于初支與二襯之間，采用環(huán)形預留核心土開挖。

2數(shù)值建模及工況設(shè)置

基于隧道開挖影響范圍及邊坡穩(wěn)定性計算尺寸要求，采用有限元軟件GTSNX建立如圖1所示的邊坡一隧道系統(tǒng)有限元數(shù)值模型，監(jiān)測點位于邊坡坡腳。左、右、下邊界固定約束位移，降雨強度為暴雨工況。根據(jù)地勘資料設(shè)置初始地下水位線（模型底部以上 ，下邊界為不滲水邊界，左右邊界添加節(jié)點水頭，地表添加曲面流量且為滲水邊界，隧道開挖掌子面為零水壓面，初支無止水且二襯不滲水。圍巖砌采用 M-C 彈塑性本構(gòu)，襯砌采用本構(gòu)。用接觸單元模擬防水層，代替初支與二襯接觸方式，鋼筋網(wǎng)等并入初支計算，超前導管與注漿錨桿的作用以提高 3.5m 范圍內(nèi)巖土體力學參數(shù)。邊坡一隧道系統(tǒng)物理力學參數(shù)取值見表1，工況設(shè)置見表2。

3單邊坡穩(wěn)定性分析

不激活隧道網(wǎng)格，構(gòu)建正常未降雨、暴雨 ）工況的單邊坡數(shù)值模型，利用SRM求解邊坡安全系數(shù)，得出邊坡坡腳水平、豎向位移以及潛在滑動面（等效塑性應變）情況。繪制常態(tài)、暴雨工況的等效塑性應變云圖（見圖2），兩種工況的邊坡坡腳位移與安全系數(shù)見表3。

分析圖2及表3相關(guān)數(shù)據(jù)可知，暴雨條件下的邊坡最大等效塑性應變大于常態(tài)工況，說明暴雨對邊坡潛在滑動面有著明顯影響；暴雨1d后，邊坡坡腳向左位移4.9m m ，向下沉降了 ，表明邊坡位移場受降雨滲流嚴重影響，高邊坡巖土體向坡腳匯聚且失水發(fā)生固結(jié)；暴雨工況的邊坡安全系數(shù)相對于常態(tài)下降 32.9% ，據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTGD30—2015）[11]相關(guān)規(guī)定得出常態(tài)、暴雨工況的二級公路路塹邊坡安全系數(shù)安全值分別為1.15、1.05，因此可判別正常和暴雨1d條件下，該邊坡仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，但暴雨影響下的邊坡安全性無富余，考慮到環(huán)境因素影響，應采取擋土墻或抗滑樁加固坡腳處并優(yōu)化泄水孔設(shè)計。

4隧道開挖對邊坡穩(wěn)定性的影響

已知暴雨條件下的邊坡會發(fā)生降雨入滲，若隧道在雨季開挖施工難免對邊坡穩(wěn)定性造成影響。鑒于此，在考慮暴雨 ）影響下，隧道每日循環(huán)進尺1m，提取隧道開挖每一階段的邊坡坡腳的水平、豎向位移以及邊坡安全系數(shù)進行分析，并根據(jù)規(guī)范評價邊坡穩(wěn)定性。

如圖3所示為暴雨工況下隧道開挖各階段的邊坡水平位移、豎向位移以及安全系數(shù)變化規(guī)律曲線。從圖3可以看出：淺埋偏壓隧道開挖對地表邊坡穩(wěn)定性有著巨大影響，受降雨入滲的影響，邊坡坡腳發(fā)生向左水平位移、向下沉降；隧道采用環(huán)形預留核心土開挖，在開挖[1][2]階段的水平、豎向位移變化速率明顯快于[3][4]階段，表明隧道[1][2]部分開挖應力釋放程度較大，及時進行初支、防水層施作能有效減小對巖土體位移場、滲流場、應力場的影響，側(cè)面驗證隧道采用環(huán)形預留核心土開挖是合理的；暴雨工況下邊坡坡腳水平、豎向位移速率經(jīng)歷急速增大（[1][2]階段）、緩慢增大[3][4]階段）、穩(wěn)定（二襯施作），而邊坡安全系數(shù)速率經(jīng)歷快速降低[1][2]階段）緩慢降低（[3][4]階段）趨于穩(wěn)定（二襯施作）。以暴雨工況邊坡安全系數(shù)1.05作為判定標準，得出暴雨 ）后，邊坡在隧道施工過程中一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5不同暴雨強度的邊坡穩(wěn)定性

在隧道開挖背景下，邊坡穩(wěn)定性會隨著暴雨強度變化而變化，基于前文分析，得知暴雨以及隧道開挖施工均對邊坡穩(wěn)定性有著顯著影響。由此，建立不同暴雨強度（降雨1d）的邊坡一隧道系統(tǒng)數(shù)值模型，暴雨強度分別為 。如圖4所示為隧道開挖完成后，不同暴雨強度的邊坡坡腳處水平位移、豎向位移、等效塑性應變、邊坡安全系數(shù)變化規(guī)律曲線。

分析圖4可知，當從常態(tài)變?yōu)楸┯隊顟B(tài)時，經(jīng)隧道開挖完成后邊坡坡腳處水平位移、豎向位移及最大等效塑性應變均驟增，而邊坡安全系數(shù)驟降，再次驗證了暴雨對邊坡穩(wěn)定性具有一定的影響；隨著暴雨強度逐漸增加，坡腳逐漸向左發(fā)生水平移動和向下沉降，貫穿坡腳的潛在滑動面越發(fā)明顯，邊坡安全系數(shù)進一步下降，表明在隧道開挖與暴雨強度雙重影響下，邊坡穩(wěn)定性顯著下降；除常態(tài)變?yōu)楸┯隊顟B(tài)時各項指標發(fā)生突變的情況外，當暴雨強度由C 變化為0. 過程中，坡腳水平位移、豎向位移、最大等效塑性應變以及邊坡安全系數(shù)再次發(fā)生突變，且安全系數(shù) lt;1.05 ，表明在降雨強度為 時，受暴雨及隧道開挖擾動影響，邊坡失穩(wěn)且可能發(fā)生滑坡。綜合不同暴雨強度的邊坡穩(wěn)定性分析，隧道應采取措施減少對邊坡的干擾，優(yōu)化邊坡防護工程，在暴雨等不利因素影響下保證邊坡穩(wěn)定性。

6結(jié)語

本文以某淺理偏壓公路隧道下穿高路塹邊坡作為分析背景，為明確暴雨條件下隧道開挖對邊坡穩(wěn)定性具有何種影響，通過數(shù)值模擬手段設(shè)置常態(tài)及暴雨條件的二維邊坡一隧道協(xié)同數(shù)值模型，對邊坡坡腳位移、潛在滑動面、邊坡安全系數(shù)展開探究，總結(jié)得出下列結(jié)論：

（1）單邊坡穩(wěn)定性。相對于常態(tài)，暴雨工況的邊坡坡腳位移、等效塑性應變明顯增加，邊坡安全系數(shù)顯著下降，邊坡穩(wěn)定性明顯降低。

（2）恒定暴雨強度（降雨1d）。受降雨入滲及隧道逐步開挖擾動雙重影響，邊坡坡腳位移、等效塑性應變、邊坡安全系數(shù)等變化速率均具有急速、緩慢、趨于穩(wěn)定三階段，于恒定暴雨強度下，邊坡穩(wěn)定性隨著隧道依次開挖呈逐漸降低的趨勢。

（3）隧道開挖完成后。在常態(tài)變化為暴雨工況、暴雨強度 時，邊坡坡腳位移、等效塑性應變、邊坡安全系數(shù)均發(fā)生突變，前者驗證了開挖擾動及暴雨對邊坡穩(wěn)定性具有一定的影響，后者表明當暴雨強度達到某值時，邊坡將失穩(wěn)并可能發(fā)生滑坡，建議類似工程應優(yōu)化防護工程，減小對邊坡的影響。

參考文獻

[1]張治國，張洋彬，張孟喜，等.考慮降雨因素影響的隧道施工擾動地層響應分析[J].巖土工程學報，2021，43（6）：1097-1108.

[2]許勝輝.軟巖地段大斷面淺埋偏壓隧道開挖方法比選[J].山東交通科技，2022（3）：134-136

[3]王翠萍.露天礦邊坡開挖對鄰近鐵路隧道的影響分析[J].鐵道建筑，2020，60（6）：78-81.

[4]劉曉紅，楊溢，李得，等.基于隧道開挖對臨近邊坡穩(wěn)定性的分析研究[J].中國水運（下半月），2019，19（3）：201-202，227.

[5]崔正宇.隧道碎石土洞口開挖對邊仰坡穩(wěn)定性影響研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學，2023.

[6]武琳.寶山隧道高陡邊坡洞口區(qū)穩(wěn)定性及控制研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學，2023.

[7]顏富宇.軟弱地層偏壓隧道及坡體穩(wěn)定性控制技術(shù)研究[D]長沙：中南大學，2024.

[8]楊耀.邊坡開挖對下臥鐵路隧道影響的數(shù)值分析[J]公路與汽運，2021（3）：160-164.

[9]柳墩利.隧道開挖對邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律[J].鐵道建筑，2018，58（7）：68-71.

[10]吳平.支護作用下隧道與邊坡彈性應力近似解析解及應用[D].杭州：浙江大學，2022.

[11]中交第二公路勘察設(shè)計有限公司.公路路基設(shè)計規(guī)范：JTGD30—2015[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015：17.