侯超

摘要 文章主要圍繞隧道洞口工程的穩(wěn)定性展開研究，先對影響隧道洞口施工穩(wěn)定性的相關因素進行了詳細分析，隨后基于實際施工案例，對隧道洞口施工穩(wěn)定性結果提出處理措施，旨在保證隧道洞口工程順利開展。具體措施如下：采用抗滑樁為樁長36 m、截面尺寸為2 m×3 m與單孔預應力錨索長度30 m、傾角為25 °、軸向拉力設計值800 kN的結合方式，同時，采用10根25 mm鋼筋進行明洞結構加固，以大幅提高案例工程隧道洞口的施工穩(wěn)定性。

關鍵詞 隧道洞口；施工穩(wěn)定性；處置措施

中圖分類號 U455.4文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0080-03

0 引言

在大部分鐵路與公路建設中，隧道工程的施工比例極大，特別是在一些山區(qū)交通工程項目中，隧道工程常常作為整個項目的核心工程，可以說，隧道工程施工質量對施工整體進度與質量有著直接性影響[1]。然而實際施工中，隧道洞口施工段通常地質情況較為復雜，施工難度比較高，對于整體穩(wěn)定度有著嚴格工藝要求。因此，在實際施工中，要深入研究影響隧道洞口施工穩(wěn)定性的諸多因素，進而采取關鍵性措施，提高洞口穩(wěn)定性，保障施工安全，對于隧道工程的順利開展具有重要意義。

1 工程概況

該研究以某高速公路工程中隧道項目為例，隧道洞口區(qū)域屬高山地貌及河流浸蝕堆積地段，區(qū)內山體渾厚，沖溝發(fā)育，自然斜坡坡度陡峭，坡角多變化在15 °～65 °間，局部呈陡坎。隧道進口為斜坡，溝谷深切，呈“V”形，斜坡上部大部分為巨厚層冰磧堆積層，陡崖下緩坡處為崩坡積堆積層，坡腳零星基巖出露，斜坡陡峻。尤其是隧道洞口區(qū)域，邊坡上部為角礫土，具體厚度情況約為16～30 m，下部為變巖。因此，為保障隧道洞口施工質量，要根據隧道洞口穩(wěn)定性預測結果，采取相應的穩(wěn)定控制技術措施。

2 隧道洞口施工穩(wěn)定性的影響因素分析

2.1 巖體結構與性質的影響

在隧道洞口施工時，施工區(qū)域自有的天然巖體結構在一定程度上直接決定施工的失穩(wěn)方式。根據具體的施工情況來看，當巖石等級較低時，失穩(wěn)模式一般表現為整體結構面的塌方。當隧道洞口多由軟弱巖石組成時，其失穩(wěn)模式的表現基本為滑坡，隧道洞口的軟弱巖石情況如表1所示。表1中的軟弱巖石表現為易被腐蝕軟化（腐蝕物基本為水），且?guī)r石強度較低。這類巖石構成的隧道洞口在施工時，極易出現不同程度的滑坡問題，進而影響隧道洞口穩(wěn)定性[2]。

與此同時，造成巖體結構變形并出現破壞情況的原因還包括巖體結構的變化，例如巖體結構的變化會直接影響隧道洞口的施工穩(wěn)定性。材料僅次于巖體結構的變化。造成巖體結構變化的因素包括結構面的傾角、連續(xù)性、表面性質、組成與數量等。在進行隧道洞口施工時，如將巖體按照自身結構劃分，可分為五類結構。在實際施工過程中，當巖體結構為整體塊狀結構時，通常極少發(fā)生洞口失穩(wěn)情況。但如果洞口呈斜坡狀，整體構成為軟弱層面時，極易出現巖體結構變化，進而引發(fā)隧道洞口失穩(wěn)[3]。

2.2 地應力

地應力對隧道洞口施工穩(wěn)定性的影響主要表現在洞口巖體節(jié)理裂隙發(fā)育和變形破壞。在施工環(huán)節(jié)，地應力主要是指自重應力與構造應力。巖體的結構面是復雜、多層次的，這就導致巖層的應力場分布變得極為復雜。應力集中與應力阻滯的現象基本會集中在結構面的周圍出現。一旦應力集中值的增長超過了隧道洞口的巖體強度，那么洞口巖體平衡將會被打破。地應力長久的影響著地殼巖體，甚至會出現巖體變形與破壞的嚴重問題，即使在出現較為活躍的地殼運動后也不會消失。甚至在某些地區(qū)的巖體中，構造應力會遠高于巖體的自重應力，加劇洞口穩(wěn)定性的不良影響，對隧道洞口施工穩(wěn)定性的影響巨大。

2.3 其他影響因素

除上述影響因素之外，在進行隧道洞口施工時，影響其穩(wěn)定性的因素還包括降水、氣候、地下水、天氣變化、植被、地震荷載力以及爆破的影響。具體來說，當施工過程中需要進行爆破作業(yè)時，巖體會在爆破動力的沖擊之下，對周圍的巖體產生負面影響，如擠壓作用等。當爆破沖擊力逐漸擴散時，隨著力的傳導，剪應力逐漸增加，最終導致巖體破裂。地震荷載力的影響取決于地震自身的動態(tài)變化，其影響具有高度的不確定性，嚴重影響著隧道洞口的施工穩(wěn)定性。其他影響因素與作用匯總情況如表2所示。

3 隧道洞口施工穩(wěn)定性預測分析

3.1 隧道洞口失穩(wěn)機理分析

在隧道洞口施工過程中，由于要面對十分復雜的施工環(huán)境，因此多方面因素都會導致隧道洞口失穩(wěn)。通常情況下，隧道洞口巖土體的破壞，會產生以下機理：

（1）當隧道洞口的巖土體塊、整體結構被破壞時，導致開挖表面不連續(xù)相交，對原有的結構造成破壞。如果隧道洞口施工中沿不利方向進行開挖，則會導致巖土體中的關鍵塊產生滑動，導致土體內部產生空白空間，無法對周邊土塊形成相應支撐作用，導致土塊整體產生相對移動。

（2）當滑動塊滿足滑動條件時，隧道洞口如果對土塊整體進行破壞，也會導致土塊沿某個方向或邊緣地帶進行滑動，也就是在開挖的過程中，塊體具有移動性的特征趨勢。

（3）當巖土體的滑動受到抑制或阻礙時，這時土塊還能產生旋轉滑動，也就是產生不規(guī)則滑動，當滑動體受限制而不能沿洞口開挖面進行滑出時，也會導致塊體跌落，產生傾倒、扭轉等破壞現象，對整體穩(wěn)定性構成影響。

（4）當隧道洞口施工時，如果關鍵塊被挖出，導致整體結構穩(wěn)定性崩壞，會產生新的斷裂帶。由于新斷裂產生孤立巖體，導致結構失穩(wěn)，如未采取相應的措施，會引發(fā)整體滑坡與塌方。

3.2 隧道洞口失穩(wěn)分類研究

當隧道洞口整體失穩(wěn)后，不同的破壞方式會引發(fā)隧道失穩(wěn)產生各異特點，例如單一平面破壞、平面和張裂縫并存破壞、兩個滑動面破壞、雛形體破壞、旋轉破壞等，這些都會產生相應的洞口失穩(wěn)情況，具體如表3所示。

3.3 隧道穩(wěn)定性預測

在案例工程施工環(huán)節(jié)，要基于隧道洞口穩(wěn)定性主要影響因素，對實際數值進行預測計算，從而為施工處置措施提供參考支持。例如對研究案例洞口進行有限元計算，利用建模手段綜合考量洞口的物理學參數數值，具體如表4所示。

結合相關數值進行建模分析，能夠得到有限元網格劃分結果，具體如圖1所示。由圖1可知，隨著隧道洞口工程的施工推進，在自重荷載系數的影響下，洞口邊坡滑體與底部分界區(qū)域的塑性數值會越來越高，這時如果洞口邊坡與上方塑性區(qū)域連通形成全新貫通面，則說明隧道洞口整體穩(wěn)定性較低，周邊巖土會伴隨施工發(fā)生滑移現象。因此，進一步引入極限平衡法，針對每個土質分塊區(qū)域的自然狀態(tài)進行計算，以此推導出正常狀態(tài)下的隧道洞口穩(wěn)定性系數K值為1.04，同時，飽和水狀態(tài)下的隧道穩(wěn)定性系數K值為0.96，均說明隧道洞口處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，應及時采取施工干預措施。

4 基于隧道穩(wěn)定性預測的施工措施

4.1 截水和排水

基于隧道洞口穩(wěn)定性數值結果，應加強截水與排水設施效率，采用相應的支護加固措施，先要對洞口邊坡的下滑力進行計算，具體公式（1）所示：

P=KTi+Pi?1ψ?Ri （1）

式中，P、Pi?1——隧道洞口邊坡的對應滑體；K——隧道洞口穩(wěn)定性預測結果。可以根據實際情況計算出坡體的滑坡推力值P，具體為1 916 kN/m。因此，設置截水和排水設施時，還要綜合考慮施工區(qū)域的地下水規(guī)模，當施工區(qū)域的地下水規(guī)模較小時，排水工程的施工可以集中在地面排水工程，地下區(qū)域可忽略不計。具體而言，在隧道洞口兩側建造急流槽，用于排出地表水。截水溝和急流槽的修建可以在一定程度上避免地表水滲透至隧道洞口的巖體之中，形成滑坡。最后，為降低沖刷力，需在截水溝與急流槽的連接處配置消力池。

4.2 錨固支擋

進行隧道洞口施工時，經常會發(fā)現邊坡的滑坡體的下滑力較大、滑動面位置較深且坡度大等情況，此時可以使用預應力錨索抗滑樁進行加固，以提高隧道洞口的穩(wěn)定性。具體來說，可在隧道洞口位置規(guī)劃出抗滑樁位置，保證抗滑樁之間距離為5 m，該次隧道洞口工程共計設置10根抗滑樁?？够瑯兜脑O置可以提高洞口穩(wěn)定性，并保證施工安全。在施工過程中，考慮洞口的偏壓狀態(tài)，需要細致規(guī)劃隧道洞口施工和抗滑樁的施工。錨固支護分類主要由抗滑樁與單孔預應力錨索組成，其中錨索施工位置為抗滑樁樁頭，對于支護尺寸，抗滑樁為樁長36 m、截面尺寸為2 m×3 m、深入基巖5 m以下；單孔預應力錨索的長度為30 m、傾角為25 °、軸向拉力設計值約為800 kN、深入基巖持力層10 m。錨固支護施工方案具體如表5所示。

4.3 明洞結構加固

當隧道洞口處于滑坡位置時，極有可能產生較強的下滑力，繼而對洞口結構產生影響，降低隧道洞口穩(wěn)定性。因此，需要根據洞口結構受力情況重新計算其荷載力，可利用荷載結構法計算公式W（重量，kg）＝F（斷面積，mm2）×L（長度，m）×ρ（密度，g/cm3）×1/1 000。根據工程實際情況，以及施工現場巖層勘探，隧道洞口可選用臺階法開挖。具體結果：隧道明洞結構拱部厚度為0.8 m，仰拱部分厚度為0.7 m，同樣可以采用10根25 mm的鋼筋進行加固處理，提高隧道洞口穩(wěn)定程度。此外，在隧道進洞開挖環(huán)節(jié)，還可以根據滑坡體區(qū)域的覆蓋層情況，選擇臺階法開挖方式，同時搭配CRD技術方式，這樣可以大幅減少隧道洞口開挖對周邊坡體穩(wěn)定度構成的擾動影響[4]。

5 結語

綜上所述，影響隧道洞口施工穩(wěn)定性的因素眾多，主要因素為巖體結構與性質、地質構造與地形地貌、地應力以及施工擾動因素等。同時，隧道洞口坡體受降水、氣候、天氣變化、植被、地震荷載力等影響，也會影響隧道洞口穩(wěn)定程度。該研究以具體隧道工程為例，基于隧道洞口施工穩(wěn)定性預測結果，提出施工處理措施，采用抗滑樁為樁長36 m、截面尺寸為2 m×3 m與單孔預應力錨索長度30 m、傾角為25 °、軸向拉力設計值800 kN的結合方式，同時，采用10根25 mm鋼筋進行明洞結構加固，以保障隧道洞口施工穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]丁廣煒， 歐陽艷， 王起才. 隧道洞口段的加固方案設計及穩(wěn)定性研究[J]. 廣西大學學報（自然科學版）， 2022（3）： 609-615.

[2]徐丹. 隧道洞口高陡仰坡危巖落石穩(wěn)定性研究[J]. 市政技術， 2023（5）： 135-142.

[3]呂敬富， 杜江梅， 羅澤軍， 等. 巖口公路隧道高陡邊坡穩(wěn)定性及支護參數研究[J]. 現代隧道技術， 2020（5）： 116-124.

[4]王赟. 軟巖隧道出口變形成因分析及穩(wěn)定性研究[J]. 四川建筑， 2023（3）： 126-129.