王超

（中铁十六局集团铁运工程有限公司，河北 高碑店 074000）

0 引言

近年来，在黄土上修建的隧道工程越来越多。隧道入口段受工程地质条件、水文地质条件和人为因素的影响，在施工过程中容易发生边坡断裂和坍塌，严重影响隧道设计。整体稳定性造成了严重的安全事故和巨大的工程经济损失。因此，有必要开展黄土区边坡稳定性及隧道入口段控制技术研究。对已建成的多条黄土隧道进场的研究表明，大多数黄土隧道进场困难，经常面临上升坡开裂、滑坡、围岩变形大等问题。

1 工程概况

横山隧道位于陕西省榆林市横山县边墙壕村以东，起讫里程为DK165+160 ～ DK165+944，全长784m，均为Ⅴ级加强和Ⅵ级围岩，最大埋深约22m。隧道处于黄土梁峁区，地形起伏较大，隧道进出口黄土沟壑下切较深，洞身亦发育黄土冲沟，但下切较浅，隧址区多劈为耕地，植被以杂草和灌木为主。围岩等级为Ⅴ级和Ⅵ级，隧道所处地层主要为新老黄土，强风化泥质砂岩、砂岩等，岩石强度较低，围岩稳定性差，存在塌方等风险，下伏煤系地层，隧道洞身位于风积砂层和黄土地层中，围岩自稳性很差。如图1所示。

图1 横山隧道位置示意图

2 进洞施工方案

（1）隧道入口施工前，应先检查边坡周围山体的稳定性，清除松散不稳定体，以及入口附近的黄土溶洞、空洞和裂缝进行施工。（2）洞顶排水系统应在洞口边仰坡开挖前完成。（3）边仰坡应自上而下，分段开挖，边坡防护，及时封闭，不应掏槽开挖或上下重叠开挖。（4）边坡开挖应预留30cm改造层，边坡必须及时用人工刷、压实、平整，防止超挖，保证边坡平整。（5）洞口施工场地布置及便道开挖不得影响隧道边仰坡的稳定，并应避免大开大挖。（6）隧道进洞前应按设计要求完成边仰坡防护工程及超前预支护，在边仰坡稳定的前提下方可进洞。（7）隧道入口施工过程中，应适当增加监测测量频率，加强对侧坡和浅层地表裂缝和变形的监测。（8）隧道入口段宜倒转，靠近隧道掌子面开挖。第一支撑应尽快形成封闭结构，并尽快建成明洞和二次衬砌[1]。

3 黄土地区浅埋隧道洞口边坡稳定性分析与监控量测

3.1 滑坡原因分析

（1）洞口边坡为岩石堆积边坡，当该类边坡顶部堆积体剪应力发生明显变化时，容易发生沿着分型线滑动，造成剪切滑移。（2）洞口刷坡后，洞口上方局部岩体块体的抗滑强度降低，导致局部块体向前移动，从而降低对后块体的支撑作用，身体也向前移动。（3）隧道开挖为隧道上方岩体的运动提供了通道面，使隧道上方的岩体向隧道内位移。当埋地隧道深度较浅时，地面沉降相对较高。（4）溶洞开挖时，采用渐进局部开挖的方法，对围岩扰动较大，二次覆层和倒底不及时固定，削弱了山体本身的稳定性[2]。

3.2 监控量测

（1）量测方法和要求：①隧道内观测可分为开挖面观测和施工断面观测两部分。每次开挖后应对开挖面进行监测，如在观测过程中发现附近岩石状况恶化，应立即采取适当的维护措施；观测结束后，应按时制作开挖面地质草图和地质条件记录卡。在节理裂隙发育的硬岩镶嵌、块状、脆性断面，应注意观察节理、裂隙方向和围岩发育程度，易崩塌的岩块应注意观察。及时扭曲或喷射混凝土。每天至少对施工段进行一次观察，主要观察喷射混凝土、锚杆、钢框架和二次覆层的运行情况。洞外观察应以洞口及洞体埋深浅为重点。观察应包括地表裂缝、地表下沉、稳定坡度和根部以及地表水入渗[3]；②围岩变形及隧道初期支护测量围岩及初期支护变形测量是施工管理的重要组成部分，是施工安全和质量的保证。过梁变化、拱顶下沉、地表下沉（浅埋段）等测量位置应设置在同一段上，以利于了解变形规律[4]；③量测断面间距为5m、开挖时水平收敛基线布置2～3条，拱顶下沉测点每个断面内布1～3点。各测点布置如图2。水平收敛上下两测线间距约为3.5m，下方测线距离内轨顶面距离约为1.5m；④地表下沉量测，横断面方向地表下沉的测点间隔取2～5m，在一个测量断面内设7～11个测点。地表下沉的测量从开挖前的H+h（隧道深度+隧道高度）开始，直到衬砌结构关闭并停止下沉，如图3。

图2 隧道围岩埋设点示意图

图3 地表沉降观测示意图

（2）测量频率。每次开挖后应对开挖面进行监测，施工段至少每天监测一次。观察门楣变化、拱顶下沉和地表下沉等要素的测量频率应根据位移速度和被测断面距开挖面的距离来确定。

4 数据处理与分析

4.1 坡度垂直位移

边坡的竖向位移反映了边坡的竖向位移，有两个参数：累积竖向位移和速度。“+”表示下沉，“-”表示上升。1～6个监测点的最大累计垂直位移为7.4mm；垂直位移的最大变化率为0.023mm/d。每个点的最大日平均变化高于指定的规格值。它显示出逐渐收敛的趋势，直到最终稳定下来。

4.2 边坡水平位移

斜坡的累积水平位移和速度，“+”表示沿斜坡向外，“-”表示沿斜坡向内。1～6个监测点的最大累积水平位移为5.6mm；水平位移变化率的最大值为0.020mm/d。每个点的最大日平均变化没有超过规定的规格值。水平位移趋势呈现逐渐收敛的趋势，最终趋于稳定并基本保持不变。

4.3 边坡深位移

检测深边坡位移，确认和确定发生位移的结构特征，确定潜在滑动面的深度，确定主要滑动方向，量化和评估边（滑坡）边坡的稳定性，评估加固效果边坡（山体滑坡）。坡度整体沿坡面外移，坡峰位移最大。随着岩体的增加，位移逐渐减小。边坡整体位移变形在稳定性上趋于渐进，深部位移监测后期无明显变形活动，表明边坡处于稳定状态[5]。

4.4 地下水位下降

通过观察地下水位的变化，可以评估边坡排水处理的有效性。边坡地下水位变化监测结果，“+”表示水位下降，“-”表示水位上升。1号监测孔地下水位共下降0.45m，2号监测孔地下水位共下降0.32m。后期稳定，无异常，说明边坡排水系统合理。

5 现状和发展趋势

隧道洞口段一般处于地表侵蚀严重、风化裂缝发育的斜坡上。此外，入口段隧道一般较浅，结构顶部岩土难以形成承重拱，入口段上坡易拉断，地表水进入内部。过滤时，其稳定性难以保证。国内外对隧道入口边坡的稳定性研究都比较重视。在各国的规范、工程手册和专着中，对隧道入口段的设计和施工都有特殊规定。边坡稳定性分析有比较成熟的理论和方法。由于黄石土体强度低，垂直节理发育，在地表水的作用下水体软化，易冲刷，黄土区隧道入口段的边坡如果没有适当的支护，很容易造成隧道入口处的塌陷。倒塌并危及隧道整体稳定性。国内对黄土隧道入口段边坡稳定性的研究较多，主要集中在以下几方面：黄土隧道围岩应力变形规律研究；黄土隧道入口段承重结构力学特性；黄土隧道加固技术。

6 结语

合理的施工方案和施工措施对隧道入口边坡的稳定性至关重要。尽量减少对围岩的干扰，做到“像开挖、跟脚、早封闭、快铺设”，适时插入倒底和二衬，尽快封闭围岩结构，形成合理的受力体系。加强隧道施工过程中的监测测量和边坡稳定性分析，确保结构安全。