1 工程概述
湖北某山區(qū)高速公路隧道位于秦嶺、大巴山余脈，隧道呈近東西向展布,左幅長(zhǎng)322m，最大埋深約57m；右幅長(zhǎng)311m，最大埋深約69m。隧道毛洞寬約12m，高約10m，隧道洞口段圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)，擬在洞口設(shè)置5m明洞，20m超前管棚支護(hù)。隧道仰坡設(shè)計(jì)按1：0.75刷坡，采用φ25L4.0m中空注漿錨桿防護(hù)；隧道洞口段接高填方路堤，下設(shè)鋼筋混凝土拱涵跨越?jīng)_溝。隧址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕丘陵-低山地貌區(qū)，地形起伏較大，植被較發(fā)育。隧道軸線經(jīng)過(guò)地段地面高程約245～510m。隧道進(jìn)出口地形坡度稍陡，自然坡腳約20～30°，坡腳為青石溝溝底，有季節(jié)性流水。該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，具有典型活動(dòng)型地殼構(gòu)造和時(shí)空演變規(guī)律，巖漿活動(dòng)頻繁，區(qū)域變質(zhì)作用普遍，褶皺、斷裂十分發(fā)育，褶皺多扇形及倒轉(zhuǎn)構(gòu)造，斷裂有正、逆、平移等類型。表層分布第四系殘坡積層，基底巖石為元古界武當(dāng)山群擋魚河組片巖。
2 隧道洞口穩(wěn)定性影響因素及破壞模式
隧道洞口段施工與邊坡穩(wěn)定相互影響。洞口段開(kāi)挖已經(jīng)破壞了山體的自然平衡，進(jìn)洞施工時(shí)進(jìn)一步減少了山腳的支撐，使得進(jìn)洞施工時(shí)邊仰坡變形增加；同時(shí)，邊坡變形后對(duì)洞口段支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力增大，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)受力不利。對(duì)于坡面平行型邊坡，邊坡出現(xiàn)的病害為隧道開(kāi)挖誘發(fā)山體滑坡和隧道拱頂薄弱處塌方，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)受地形偏壓的影響受到不對(duì)稱荷載而出現(xiàn)開(kāi)裂、噴層剝落等病害；對(duì)于坡面正交型邊坡，開(kāi)挖導(dǎo)致隧道上方巖體向隧道內(nèi)移動(dòng)，當(dāng)隧道埋深較淺時(shí)地表會(huì)出現(xiàn)較大沉降，當(dāng)邊坡較高且防護(hù)不及時(shí)可能出現(xiàn)滑坡或者坡面開(kāi)裂等情況。為避免施工時(shí)邊仰坡出現(xiàn)塑性區(qū)或者限制塑性區(qū)的發(fā)展，減小松動(dòng)范圍，防止邊坡破壞，需要在隧道進(jìn)洞前對(duì)邊仰坡進(jìn)行支護(hù)，限制邊坡位移[1]。
2.1 隧道邊坡穩(wěn)定性影響因素
影響邊坡穩(wěn)定性的基本因素是多種多樣的，對(duì)于隧道邊坡，首先要從隧道所處地質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀況、力學(xué)特性出發(fā)，再結(jié)合具體的工程因素和自然因素等綜合分析，尋求各因素的影響特點(diǎn)和關(guān)系[2]。
1）地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響
對(duì)于處于巖質(zhì)地區(qū)的隧道，洞口巖體中結(jié)構(gòu)面的存在是影響巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的重要因素之一。不穩(wěn)定巖體往往是沿著1個(gè)適宜的結(jié)構(gòu)面或多個(gè)結(jié)構(gòu)面的組合邊界發(fā)生剪切滑移、張拉破裂和錯(cuò)動(dòng)變形等，從而造成巖體邊坡的失穩(wěn)。
對(duì)于處于土質(zhì)地區(qū)的隧道，邊坡的破壞無(wú)不與地表水的沖刷、侵蝕有關(guān)，而土體自身的凝聚力對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響最大。
2）地應(yīng)力的影響
地應(yīng)力包括自重應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力、地震應(yīng)力、溫度應(yīng)力以及有關(guān)物理化學(xué)作用所引起的應(yīng)力等。由于隧道的開(kāi)挖，工程活動(dòng)形成的二次應(yīng)力場(chǎng)的疊加、干擾和調(diào)整問(wèn)題，破壞了邊坡巖土體的相對(duì)平衡的應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而進(jìn)一步加劇了巖體的物理力學(xué)狀態(tài)的復(fù)雜性，初始應(yīng)力狀態(tài)重新分布，不僅表現(xiàn)在應(yīng)力釋放方面，而且表現(xiàn)在應(yīng)力集中方面，這對(duì)于洞口處的邊坡穩(wěn)定是很不利的。
3）其他因素的影響
在施工過(guò)程中，由于隧道的開(kāi)挖，可能破壞原有的穩(wěn)定控制界面，將原有的控制界面帶間的水流閉路系統(tǒng)破壞，形成滲流通道，使得界面上的黏性參數(shù)大幅降低，導(dǎo)致邊坡的滑移破壞。
2.2 隧道邊坡破壞模式
在隧道工程中，邊坡的破壞模式主要表現(xiàn)為以下幾種：1）邊坡噴層剝落破壞；2）張拉破壞；3）剪切破壞；4）局部塌陷破壞；5）雨水沖刷破壞；6）洞口初期支護(hù)失穩(wěn)破壞。其中，比較常見(jiàn)的是剪切擠壓破壞和拉裂破壞。對(duì)于隧道邊坡的破壞模式，可以分為以下幾種：平面滑動(dòng)破壞、楔形破壞、崩潰破壞、局部塌陷破壞和堆塌破壞[3]。
3 隧道洞口滑坡特點(diǎn)
隧道洞口開(kāi)挖整平過(guò)程中，山體邊坡發(fā)生滑動(dòng)，地表出現(xiàn)開(kāi)裂變形，嚴(yán)重影響隧道洞口段的施工。滑坡區(qū)自下向上主要分為3個(gè)平臺(tái)，第1級(jí)平臺(tái)標(biāo)高約275m，第2級(jí)平臺(tái)標(biāo)高約為289m，第3級(jí)平臺(tái)標(biāo)高約為298m�；麦w平面上呈“簸箕”形，主滑方向75°，滑坡后緣高程312m，前緣高程275 m，前后緣高差37 m，傾向東側(cè)沖溝。
3.1 滑體及滑床特征
滑坡體物質(zhì)成分主要為第四系殘坡積碎石土，褐黃色，主要由碎石土組成，碎石由強(qiáng)風(fēng)化片巖碎塊石組成，稍密-中密，土石比2：8，碎石粒徑一般為2～5cm，少量大于20cm。其中K3、K4鉆孔土石比6：4，粉質(zhì)黏土含量較高，呈可塑狀。該層厚度3.95～8.80m。
滑床物質(zhì)成分為片巖，灰綠色、深灰色，變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，主要礦物成分為云母、石英，根據(jù)巖石風(fēng)化程度可分為強(qiáng)風(fēng)化帶和中風(fēng)化帶。采取中風(fēng)化巖石樣作飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度9.52～21.94MPa，平均值為16.53MPa。
3.2 滑面特征
從滑體的物質(zhì)成分及變形特征分析，滑坡為土質(zhì)滑坡，滑面為土巖接合面�；嬲w傾角18°，土巖接合面處黏性土含量較高，呈軟塑狀態(tài)，地下水在此遇阻后浸泡軟化土體。
滑坡體主要位于隧道左洞及兩側(cè)，前緣為現(xiàn)隧道洞口開(kāi)挖的175m高程坡腳，跨2幅隧道的洞口段；后緣位于山間小路西側(cè)陡坎附近，陡坎局部基巖出露；南北兩側(cè)邊緣斜裂隙發(fā)育，地表變形界限較清晰。
滑坡體第2級(jí)平臺(tái)垂直下陷最大達(dá)2.8m，平均下陷1.8m，形成拉張裂縫寬30cm以上，中部形成多處拉張裂縫,滑坡后緣第3級(jí)平臺(tái)拉張裂縫平均寬7cm，南北兩側(cè)形成剪切斜裂縫，寬度5～20cm不等�；麦w縱長(zhǎng)約90m，橫寬約40～70m，平均厚度約6.0m，面積約5400m2，體積約32400m3，該滑坡屬于小型淺層土質(zhì)滑坡。
4 邊坡穩(wěn)定性分析
隧道邊坡采用了削方減載法，通過(guò)減輕滑坡致滑段的滑體超重部分，減小滑體的下滑力，使得滑坡趨于穩(wěn)定。通過(guò)數(shù)值模擬，分析了隧道邊坡坡腳開(kāi)挖時(shí)的情況，并且模擬削坡卸載的3種方案：1）沿表面地層線削坡1m厚度；2）沿表面地層線削坡1.5m厚度；3）沿表面地層線削坡2m厚度。
4.1 分析方法
采用強(qiáng)度折減法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算。強(qiáng)度折減法就是運(yùn)用式（1）和式（2），不斷調(diào)整土體的強(qiáng)度指標(biāo)c、，然后對(duì)邊坡進(jìn)行數(shù)值分析，通過(guò)不斷增加折減系數(shù)，反復(fù)分析邊坡，直到其達(dá)到臨界破壞狀態(tài)，此時(shí)得到的即為穩(wěn)定安全系數(shù)[4]。
4.2 模型建立與計(jì)算參數(shù)的選取
由于地質(zhì)情況的復(fù)雜性和不確定性，考慮到勘查的滑坡體范圍和洞口地形（見(jiàn)圖1）以及洞口邊坡剖面（圖2），確定該隧道進(jìn)洞口邊坡模型X方向邊坡長(zhǎng)為90m，Y方向研究厚度為0.5m，Z方向邊坡高度為37m。邊界條件中，平行于XOZ面的兩側(cè)為Y方向約束，平行于YOZ面的兩側(cè)為X方向約束，平行于XOY面的底面為固定約束，模型上表面為坡面，取為自由邊界。
在進(jìn)行模擬時(shí)，整個(gè)模型分為表層碎石土層、中層強(qiáng)風(fēng)化巖層以及下層中風(fēng)化巖層，邊坡表層碎石土層采用elastic（彈性）模型，厚度為6m；強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化巖層采用mohr（摩爾庫(kù)倫）模型，強(qiáng)風(fēng)化巖層為6m，中風(fēng)化巖層為24m。在整個(gè)建模過(guò)程中，應(yīng)用實(shí)體單元模擬整個(gè)邊坡結(jié)構(gòu)。
模型模擬時(shí)采用的地質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表2。
4.3 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析
通過(guò)數(shù)值模擬得出隧道洞口邊坡在自然情況、坡腳開(kāi)挖以及幾種工程削坡處治狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)，詳細(xì)見(jiàn)表3。
通過(guò)理論分析得出，邊坡的最不穩(wěn)定部分為坡體前緣，因此需要在施工時(shí)密切監(jiān)控前緣的位移變形，進(jìn)洞時(shí)對(duì)初進(jìn)洞部分采取有效的加固措施，保證邊坡的穩(wěn)定性。削坡卸載方案中，隨著削坡厚度的增加，邊坡的最大豎向位移呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。這說(shuō)明在削坡過(guò)程中，削坡的厚度對(duì)于邊坡的穩(wěn)定性有相應(yīng)的影響，削坡厚度過(guò)小，則不能完全達(dá)到卸載的效果；而當(dāng)削坡厚度過(guò)大，則對(duì)坡體產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，從而影響到巖土分界面。
隨著削坡厚度的增加，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)不斷增大，邊坡穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)。
通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，得到了不同工況下的邊坡的最大豎向位移，其結(jié)果見(jiàn)表4。
結(jié)合邊坡穩(wěn)定性系數(shù)分析結(jié)果，考慮到削坡土方工程量、成本以及邊坡加固效果，建議采用削坡厚度為1.5m的削坡卸載方案。
5 結(jié)語(yǔ)
坡腳開(kāi)挖對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的影響較大，由于坡腳開(kāi)挖導(dǎo)致邊坡豎向位移增大，在采用了削坡卸載方案后，邊坡的豎向位移明顯減小，說(shuō)明其邊坡加固措施是有效的。結(jié)合數(shù)值分析結(jié)果以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，該工程滑坡治理采取地表排水+自鉆式錨桿注漿+工程削坡卸載（削坡厚度1.5m）相合的方法，取得了很好的效果。
