雅（安）~康（定）高速某隧道进口边坡稳定性评价--中国期刊网

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雅（安）~康（定）高速某隧道进口边坡稳定性评价

发表时间：2020/11/17 来源：《基层建设》2020年第21期作者：黄厚罡

[导读] 摘要：边坡作为山区高速公路的重要组成部分，其稳定性常影响着高速公路的建造与运行。

        四川省交通勘察设计研究院有限公司四川成都 610000
        摘要：边坡作为山区高速公路的重要组成部分，其稳定性常影响着高速公路的建造与运行。本文以雅（安）~康（定）高速公路某隧道进口边坡为对象，通过现场地质测绘、勘探及室内试验等，对该边坡的变形特征、范围及稳定性进行了分析，结果表明，该边坡浅表层受地形及地层岩性等影响，原斜坡表浅部呈蠕滑变形；受隧道进口边坡开挖影响，隧道进口边坡局部垮塌，隧道衬壁发育多条裂隙，边坡稳定性进一步降低；该边坡在天然工况下稳定性系数为1.124，为基本稳定，暴雨工况下稳定性系数为1.001，为欠稳定，地震工况下稳定性系数为1.041，为欠稳定。由此，该边坡稳定性评价可为该边坡后期治理提供依据。
        关键词：雅康高速；隧道进口边坡；稳定性
        1 引言
        山区高速公路受地形地貌、地质条件、施工进度及经济性等限制，常逢山开路、遇水架桥，逢山开路通常是对山体开挖或回填形成边坡、掘进隧道等方式通过，但在山体开挖或掘进过程中，原体处于稳定—欠稳定斜坡因为施工、坡体应力调整及雨水等影响，进而产生变形破坏等现象、影响着高速公路建造的时间成本，甚至影响着后期高速公路的运行安全。如，2020年9月20日京昆高速石棉段某山体发生崩塌，造成坡脚姚河坝大桥（成都至西昌方向）桥面垮塌，G108国道被掩埋，导致高速公路和国道境外双向交通中断，造成巨大经济损失；2016年7月27日受连日降雨影响，雅（安）~康（定）高速公路C12合同段大仁烟大桥8根墩柱当场垮塌，造成直接经济损失约500万元；邓林、郭宇、朱剑等对雅泸高速公路各灾害体变形发育特征、机理及稳定性进行分析，为工程治理及保护高速公路能行安全提供了治理方案或依据[1]~[3]。因此，边坡的稳定性直接影响着高速公路的建设与运行，本文以雅康高速公路某隧道进口边坡为研究对象，分析该进口边坡变形特征，确定变形范围及稳定性评价，为后期边坡的治理提供依据。
        2 地质环境条件
        2.1 地形地貌
        雅（安）~康（定）高速某隧道进口边坡位于四川省甘孜州康定市上瓦斯村境内的瓦斯沟右岸，其地貌单元属高山峡谷地貌。该隧道进口边坡段位于山沟左岸，左岸斜坡走向与沟谷一致，呈SN向倾NE向，坡度30~50°，局部为可达70°或近直立。
        2.2 地质构造及地层岩性
        该隧道进口边坡所在区域构造为巨型青藏滇缅印尼“歹”字型构造体系中部与龙门山NE向构造带接合部位，区内NW向鲜水河构造带、NE向龙门山构造带与SN向构造带均由数条断层、甚至十余条断层构成，导致断层之间的断块基岩破碎。工程区内发育多条断层，其中日地沟一带逆断层，该断层在日地沟、喇嘛嘴沟一带其破碎带宽约7~10m。另据《建筑抗震设计规范》（GB5001）可知，本区地震动反应谱特征周期为0.40s，地震动峰值加速度为0.30g，地震烈度为Ⅷ度。
        据现场勘探资料显示，隧道进口边坡一带分布地层主要为第四系全新统崩坡积（Q4col）块（碎）石土，块径较大，一般1~2m，最大可达5~10m，该层厚一般10~15m，其间黏土充填，架空现象普遍，局部碎石、砾石分布集中部位，土体松散；下覆基岩为晋宁—澄江第四期花岗岩，灰白色，粗粒结构，块状构造，组成矿物以石英、长石为主，受区内构造影响，花岗岩强风化厚度较大，一般10~20m，裂隙发育—极发育，裂面多充填黏土，锈染严重，岩体完整性差，呈破碎—极破碎状，中风化花岗岩裂隙不发育，岩体较完整，岩质坚硬。
        2.3 水文地质
        该隧道进口边坡所在区地下水主要基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙潜水，其中，前者主要为赋存于花岗岩中的构造裂隙水，一般含水微弱，富水性差；后者主要赋存于块碎石土、砂土中，主要靠大气降雨入渗补给，透水性较好。
        3 边坡变形特征及边界条件分析
        3.1 边坡变形特征
        该隧道右洞口于2016年9月28开挖出洞，同年11月4日于该洞口右上方出现两条沿隧道进口边坡发育的、宽1~3cm、间距约2m的裂缝，其长度约10余米，并致使其表浅部局部垮塌。翌年3月2日亦发现右洞内发育三条近于贯通的横向裂缝，并伴有隧道进口边坡表浅部的垮塌，本次垮塌体后缘高程2126m，前缘高程2106m，塌方体横向宽约10m，总方量约300m3（图1），且在隧道进口间塌方体的后缘存在两条张拉裂缝，裂隙走向与进口边坡坡面基本一致，长约15m、宽1~3cm，间距2m；塌方体前缘左侧挡墙部位亦存在拉裂缝；虽后期对垮塌体坡面进行了喷射混凝土防护，但其坡脚部位仍然存在大量与坡面走向一致的张拉裂缝。截止2017年6月，隧道进口右洞地表监测累计最大变形量已达105mm，洞内衬砌裂缝可观测到的最大变形约5mm，洞内顶拱变形监测累计最大变形量已达5.1mm，虽总体变形量不大，但访隧道进口边坡变形仍在缓慢发展。
        另从隧道进口所在的原地貌可知，隧道坡顶一带发育多处下错小陡坎地貌，地表树木多呈“马刀树”，亦表明原地貌下斜坡坡表亦有蠕滑变形，其浅表层为潜在不稳定性斜坡。

        图1 填方路基滑坡全貌及变形破坏特征
        3.2 边界条件确定
        （1）平面上边界条件的确定
        由于该隧道进口处于微突起的山脊部位，且考虑本次隧道内的变形主要由于施工开挖形成，其平面边界右侧以5倍洞径作为影响范围、左侧以左洞3倍洞径作为影响范围、后缘以树木倾斜段作为边界（与裂隙基本吻合）、前缘以冲沟临空面作为边界。
        （2）剖面上边界条件的确定
        据洞内发育裂隙特征分析，因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潜在风险，故据本段基岩内卸荷裂隙与其他裂隙的空间组合关系，与已有变形段对工程影响最大的潜在危险滑移面予以确定。另据本次勘探成果与施工开挖资料，并结合裂缝的发育情况和岩体裂隙的发育规律综合分析，洞内后缘以右洞左壁最里侧裂缝为边界，以该裂隙产状假定连续贯通至地表作为后缘边界，潜在滑面以钻探揭示的裂隙产状（两钻孔揭示产状和性质基本一致，假定已经贯通）延伸至坡体外作为其前缘边界。
        4 边坡稳定性评价
        4.1 滑面形态及计算工况
        据该隧道进口边坡边界条件分析可知，虽边坡的滑动是沿岩体中两组卸荷裂隙进行的，但总体变形岩体均处于强卸荷带内，其变形仍具有土质变形特征，故应将强风化强卸荷岩体考虑为块碎石，采用折线形滑面的传递系数法计算其稳定性和剩余下滑力，计算工况分别为自然工况、暴雨工况和地震工况。
        4.2 计算参数及计算结果
        据勘察成果、边坡稳定性反演，并结合当地经验，该边坡潜在滑体主要为强风化花岗岩，其天然重度为24.0kN/m3，饱和重度为24.5kN/m3，天然凝聚力为6kpa，内摩擦角为46°，饱和凝聚力为5kpa，内摩擦角为44°；结构面天然凝聚力为50kpa，内摩擦角为26°，饱和凝聚力为40kpa，内摩擦角为24°。
        据规范规定，折线形滑面的传递系数法计算边坡稳定性，其计算公式如下（式中符号意义详见规范）：

（1）

       （2）
        Ri=Wicosαitgφi+ciLi              （3）
        Ti=Wisinαi                     （4）
        经计算，该隧道进口边坡的稳定性计算结果为天然工况下稳定性系数为1.124、暴雨工况下稳定性系数为1.001、地震工况下稳定性系数为1.041。因此，该隧道进口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。由于该边坡病害发生后虽未经历雨季及暴雨，但仍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，因此，建议必须采取可靠的工程处治措施，确保工程安全。
        5 结论
        ①隧道进口边坡浅表层为第四系全新统崩坡积块（碎）石土，块碎石块径较大，多黏土充填，架空现象普遍，局部碎石、砾石分布集中部位土体松散；下覆基岩为强风化花岗岩，裂隙极发育，且多充填黏土等；
        ②该隧道进口边坡在原地貌下发育多处下错小陡坎，坡表树木多呈“马刀树”，原地貌斜坡坡表为蠕滑状态，为一天然浅表层的潜在不稳定斜坡；受后期隧道开挖影响，边坡稳定性进一步降低，局部坡表垮塌、裂隙发育，隧道衬砌开裂，边坡存在整体失稳的可能性；
        ③通过传递系数计算该隧道进口边坡在天然工况下稳定性系数为1.124，为基本稳定，暴雨工况下稳定性系数为1.001，为欠稳定，地震工况下稳定性系数为1.041，为欠稳定。因此，建议对该边坡采取工程治理措施。
        参考文献：（References）：
        [1]邓林，吕燕，邵江.雅泸高速公路K198～K199段滑坡变形特征与机理分析[J].路基工程，2012（03）：195-198.
        [2]郭宇，李均山，厚渊博.雅泸高速公路边坡典型危岩体运动特征分析[J].铁道建筑，2012（06）：95-97.
        [3]朱剑.雅泸高速公路筲箕湾滑坡变形破坏机制及稳定性分析[D].成都理工大学，2010.