宁立宙，卢 波，刘先林，李明智

(1.广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200；2.广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

隧道进出口段斜坡的稳定性已成为复杂山区隧道工程面临的主要问题[1]；受工程地质条件、水文地质条件和人类活动等各种因素影响，不稳定斜坡容易产生自然滑动、蠕动、崩塌等变形或失稳迹象，不仅威胁到隧道的安全施工，也影响公路后期的安全运营[2]。大量学者对斜坡的稳定性问题进行了研究，苏玉杰等[3]以鹧鸪山隧道出口段斜坡的变形破坏情况为例，从地质条件、降雨和人类工程活动等方面分析了出口段斜坡的变形原因和后续发展趋势，并采用剩余推力法对出口段斜坡的稳定性进行了定量计算；李晓珍等[4]分析了马莱高速公路某隧道出口已滑滑坡体和不稳定斜坡体的稳定性，并提出了相应的治理措施；曾向东[5]基于基础理论分析及实际中的具体应用，对斜坡的稳定性影响因素和评价方法做了简单的分析；孔红梅[6]采用圆弧滑动法，对某不稳定斜坡在不同工况下的稳定性进行了定量计算；成启航[7]为查明云阳县某斜坡体出现多种变形特征的原因，对整个斜坡变形体进行了全方位勘察和稳定性评价。虽然以上研究和工程实践探索对于斜坡变形的原因和稳定性的分析取得了一些经验成果，但由于不稳定斜坡自身变形特征和场地条件的差异，导致斜坡产生变形的原因不尽相同，应有针对性地采取相应的工程措施。

本文对某高速公路隧道出口段斜坡进行了工程地质调查，结合工程地质勘察结果，分析斜坡的变形特征和变形机理，揭示了隧道开挖后斜坡的变形成因机制，选取3个典型剖面，对斜坡在不同工况下的稳定性进行分析与评价。研究结果可为相似工程提供参考和借鉴。

1 工程背景

斜坡位于某在建越岭公路隧道出口处，隧道总体走向约为290°，进出口端洞门均设计为端墙式洞门，隧道左线起止桩号为ZK141+875～ZK142+200，设计长度为325 m，进出口路基设计高程分别为863.534 m和870.674 m，最大埋深约76 m；右线起止桩号为K141+887～K142+175，设计长度为288 m，进出口路基设计高程分别为863.839 m和869.719 m，最大埋深约70 m。

隧道施工至左洞ZK142+140段掌子面时开始出现小型塌方，次日在对塌腔区域灌注C20混凝土过程中，后上方土体再次坍塌，塌腔的范围和高度进一步扩大；一个月后在左洞ZK142+130段顶部左侧山体地表约45～70 m处出现了一道长约25 m的裂缝，在此期间隧道左洞ZK142+120～ZK142+140段和右洞K142+100～K142+120段拱顶、拱腰位置初支均出现不同程度的开裂、剥皮、掉块等现象，随后隧道出口段斜坡出现变形破坏，经地质勘查发现斜坡山脊附近产生一道长约90 m的圈椅状裂缝，复测隧道中轴线发现其向斜坡外侧偏移约2 cm，威胁了隧道施工安全。

2 工程地质概况

2.1 地形地貌

斜坡所在区域山体连绵，地形起伏大，山脉走向与隧道走向大致垂直。地面高程为850.5～1 011.5 m，最大高差约为161.0 m，山体自然坡度约为25°～35°，斜坡山体发育有4条走向相近、走向约为0°～25°的冲沟，冲沟与在建隧道近似正交。冲沟切割深度为2～10 m，宽约为5～15 m，多呈“V”型，坡度较大。斜坡山前发育一条与隧道走向平行的冲沟，坡度较为平缓，冲沟内流淌着一条自西向东的小溪，水流湍急，山上植被较发育。

2.2 地质构造

隧道区下伏基岩为砂岩夹泥岩，多以薄-中层状构造为主，裂隙多以风化裂隙为主，发育密度大，岩层产状为306°/SW∠46°(倾向坡内)，发育两组优势节理产状分别为J1：45°/NW∠25°、J2：28°/SE∠83°，自然坡面产状为52°/NW∠28°；岩层产状与坡面成大角度相交，属逆向坡。隧道走向与自然坡面呈大角度相交，对边坡稳定有利。

2.3 地层岩性

斜坡山体主要分布有第四系残坡积(Qel+dl)粉质黏土及(T2l)强、中风化砂岩层，其中强风化层中含夹泥层，中风化层含软弱裂隙带。斜坡上部覆盖层为粉质黏土，厚1.50～6.30 m；强风化层厚5.20～28.50 m，其中分布有软弱夹泥层，夹泥层呈条带状分布，长度约为150～200 m，倾向、倾角与坡面大致相同，连通性较好；夹泥层1埋深3.5～7.0 m，厚度为1.2～2.5 m；夹泥层2埋深12.5～15.0 m，厚度为0.5～2.0 m，穿越坡脚区域中风化层，并向覆盖层延伸；中风化层中有软弱裂隙带，呈条带状分布，倾向、倾角与坡面大致相同，厚度为0.5～6.5 m，长度为10～75 m不等，沿斜坡面倾向、倾角断续分布，容易相互贯通。

2.4 气象、水文条件

隧道区地处低纬度地区，属于南亚热带季风型气候，夏长冬短，太阳辐射较强，温度较高，热量丰富；气候地域性和季节性差异大，年平均气温20.9 ℃，最高气温39.7 ℃，绝对最低气温-1.7 ℃，年平均降雨量为1 789.2 mm；5～8月为雨季，多暴雨，降水量占全年总量的2/3。场地内地表水主要为斜坡山脚谷地小溪及大气降水汇聚于山间冲沟形成的地表面流。其基岩裂隙通道发育，连通性好，排水能力强，斜坡体在大气降水时，形成的地表面流能快速入渗补给地下水，沿裂隙径流向坡脚谷地、低洼区域排泄。

3 斜坡变形特征

斜坡的后缘坡体山脊出现拉张裂缝，侧向出现剪切裂缝；前缘坡脚有鼓胀隆起迹象；坡体蠕动变形方向指向隧道出口端，蠕动变形体主滑方向方位角为322°，近似由东南向西北滑动，与在建隧道轴线方向约呈35°相交。主滑方向轴长约200 m，横向轴长约165 m。蠕变体左右两侧、坡顶山脊区域处分布多条裂缝，形成了圈椅状蠕变体周界，斜坡处于不稳定状态，有产生整体滑动破坏的可能。

4 斜坡变形成因分析

学者黄润秋[8]认为，不利的地形地貌是发生滑坡的最根本原因，强震、极端气候、人类活动等外在因素是大型滑坡发生的主要诱发因素。通过多个学者[9-11]对斜坡稳定性的研究分析发现，地质条件、人类活动和强降雨等往往是引起斜坡变形破坏的主因。结合本工程实际情况和地质勘探结果，对斜坡变形成因进行初步分析。

4.1 地质条件

斜坡表面覆盖粉质黏土，厚度薄；下层为强风化砂岩和中风化砂岩，强风化层中含有倾向、倾角与坡面大致相同的夹泥层，夹泥层在地表水与地下水渗入下力学性质变差，容易产生变形；中风化层含多层软弱裂隙带，沿着斜坡面倾向、倾角断续分布，连通性好，在外界活动触发下，软弱裂隙带容易相互贯通，降低斜坡的稳定性。

4.2 隧道施工

人类活动是诱发斜坡变形的主要因素之一。隧道开挖引起周围的岩土向隧道错动，破坏原有土体的稳定性，若斜坡在自然状态下的稳定性安全储备不高，在人类活动触发下，则容易产生变形破坏。结合本工程情况，推测是隧道开挖破坏了斜坡基岩中分布的软弱裂隙带，促使软弱裂隙带相互贯通，使坡体失去原有的平衡状态发生蠕动变形。斜坡变形引起隧道掌子面塌方，掌子面塌方又加剧了斜坡变形。随着隧道开挖施工的开展，基岩中软弱裂隙带不断被贯通，隧道变形持续恶化，进一步促使斜坡变形累积和软弱裂隙带相互贯通，二者相互促进发展，形成现状条件下，由斜坡前缘带动后缘位移变形，发展为范围规模更大的较为典型的圈椅状蠕动变形地质灾害外观。

5 斜坡稳定性预测分析评价

根据勘察资料显示，坡体潜在发育有两个层级蠕动变形面，本次斜坡稳定性计算主要计算不同剖面下两个滑动面的稳定性。结合勘察资料及地质勘探结果，选取C-C、D-D和E-E剖面作为计算剖面。

5.1 计算工况的确定

工程区抗震设防烈度为6度，计算时不考虑地震力的影响，因此计算工况主要为以下两种。

工况1：天然工况(自重)。

工况2：暴雨工况(自重+暴雨)。

在天然工况下，土体重度采用天然重度，暴雨工况下土体重度采用饱和重度。根据《公路滑坡防治设计规范》(JTG/T 3334-2018)规定，确定道路滑坡防治等级为Ⅰ级，各工况的安全系数取值如表1所示。

5.2 参数的确定

综合勘察、物探成果资料，利用GEO5 2021版土质边坡稳定分析软件，针对现状条件下滑坡处于蠕动变形状态，按已知滑动面及安全系数，反算滑动面剪切参数，并按不同剖面的相应层级蠕动变形面参数取平均值作为最终该蠕动变形面综合取值参数，计算结果如表2所示。

表2 蠕动变形面参数取值表

5.3 斜坡稳定性分析与评价

采用GEO5 2021版土质边坡稳定分析软件计算不同工况和不同剖面下斜坡两个蠕动面的剩余下滑力，按推测滑动面及安全系数，以计算临界稳定状态下最末端滑块剩余下滑力为计算目标，蠕动变形面参数按表1选取，各工况下计算结果如表3所示。

表3 坡体稳定性情况分析表

根据计算结果可知，在天然工况下，蠕动变形面①和蠕动变形面②均处于欠稳定-基本稳定状态，在暴雨工况下，蠕动变形面①处于欠稳定-稳定状态，蠕动变形面②处于欠稳定-基本稳定状态，需及时进行支挡防护。蠕动变形面参数反算时所确定的参数与稳定性分析验算结果相一致，也反映出所确定的蠕动变形面参数是合理可靠的。

5.4 斜坡现状稳定性分析与评价

现状条件下，结合勘探结果分析，已对斜坡坡脚进行应急反压，反压体顶面高程约为880 m，反压高度达30 m。因C-C剖面为隧道出口区域，反压体范围并未延续至C-C剖面。采取反压措施后，再次进行斜坡稳定性计算，计算模型如图1所示。

计算得出各剖面蠕动变形面的剩余下滑力和稳定性情况如表4所示。

由表4可知，在隧道出口段斜坡山体前缘坡脚应急反压作用下，各层级蠕动变形面在天然工况与暴雨工况下处于基本稳定-稳定状态，说明采取的反压措施有效。

表4 应急反压后坡体稳定性情况分析表

5.5 斜坡变形后续发展可能

目前隧道出口段斜坡在前缘坡脚反压体作用下，暂时处于新的平衡状态，斜坡山脊区域张拉裂缝及两侧剪切裂缝变形发展趋于慢速状态，且目前对隧道掌子面区域已进行了封闭回填，对斜坡变形控制起到了积极作用。后续隧道继续掘进施工时，会对斜坡内部产生卸荷作用，以及隧道爆破掘进对斜坡的震动作用，都不利于斜坡稳定，可能会进一步促使斜坡变形发展。同时，若雨季来临，大气降水形成的地表面流会快速入渗补给，沿软弱裂隙带径流排泄，软化土体降低其力学性质，增大斜坡下滑力，对斜坡稳定起破坏作用，有诱发斜坡滑动的可能，应积极排除不利因素对斜坡稳定性的影响，使斜坡逐步趋于稳定状态。

(a)C-C剖面

6 结语

(1)隧道开挖促使斜坡基岩中软弱裂隙带相互贯通是诱发本工程斜坡变形的主要原因。

(2)现状隧道出口段斜坡在前缘坡脚反压体作用下，各层级蠕动变形面在天然工况与暴雨工况下处于基本稳定-稳定状态，后期在隧道施工、降雨等外界因素作用下，仍有诱发斜坡滑动的可能，应积极排除不利因素对斜坡的影响。

(3)斜坡蠕动变形不良地质治理要因地制宜，建议采用前缘坡脚反压，后缘坡体卸荷相结合的措施，在隧道出口区域可通过延长隧道抗滑明洞的方式实施反压，对因场地限制而未能实施反压区域，采用多排抗滑桩进行强支挡设防。

(4)隧道复工开挖应在斜坡病害治理完成后进行，在经过软弱裂隙带和潜在滑动面位置时采用短开挖、强支护的形式通过，同时做好超前预报和隧道监控量测工作，严格控制隧道内部土体变形，遵循“弱爆破、短进尺、少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”等技术措施。