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322m，最大埋深約57m；右幅長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為Ⅴ級，擬在洞口設(shè)置5m明洞，20m超前管棚支護。隧道仰坡設(shè)計按1：0.75刷坡，采用φ25L4.0m中空注漿錨桿防護；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)過地段地面高程約245～510m。隧道進出口地形坡度稍陡，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，具有典型活動型地殼構(gòu)造和時空演變規(guī)律，巖漿活動頻繁，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。洞口段開挖已經(jīng)破壞了山體的自然平衡，進洞施工時進一步減少了山腳的支撐，使得進洞施工時邊仰坡變形增加；同時，邊坡變形后對洞口段支護結(jié)構(gòu)的壓力增大，導(dǎo)致支護結(jié)構(gòu)受力不利。對于坡面平行型邊坡，邊坡出現(xiàn)的病害為隧道開挖誘發(fā)山體滑坡和隧道拱頂薄弱處塌方，隧道支護結(jié)構(gòu)受地形偏壓的影響受到不對稱荷載而出現(xiàn)開裂、噴層剝落等病害；對于坡面正交型邊坡，開挖導(dǎo)致隧道上方巖體向隧道內(nèi)移動，當(dāng)隧道埋深較淺時地表會出現(xiàn)較大沉降，當(dāng)邊坡較高且防護不及時可能出現(xiàn)滑坡或者坡面開裂等情況。為避免施工時邊仰坡出現(xiàn)塑性區(qū)或者限制塑性區(qū)的發(fā)展，減小松動范圍，防止邊坡破壞，需要在隧道進洞前對邊仰坡進行支護，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和關(guān)系[2]。
1）地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響
對于處于巖質(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個適宜的結(jié)構(gòu)面或多個結(jié)構(gòu)面的組合邊界發(fā)生剪切滑移、張拉破裂和錯動變形等，從而造成巖體邊坡的失穩(wěn)。
對于處于土質(zhì)地區(qū)的隧道，邊坡的破壞無不與地表水的沖刷、侵蝕有關(guān)，而土體自身的凝聚力對邊坡穩(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。由于隧道的開挖，工程活動形成的二次應(yīng)力場的疊加、干擾和調(diào)整問題，破壞了邊坡巖土體的相對平衡的應(yīng)力狀態(tài)，進而進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
在施工過程中，由于隧道的開挖，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）洞口初期支護失穩(wěn)破壞。其中，比較常見的是剪切擠壓破壞和拉裂破壞。對于隧道邊坡的破壞模式，可以分為以下幾種：平面滑動破壞、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
隧道洞口開挖整平過程中，山體邊坡發(fā)生滑動，地表出現(xiàn)開裂變形，嚴(yán)重影響隧道洞口段的施工�；聟^(qū)自下向上主要分為3個平臺，第1級平臺標(biāo)高約275m，第2級平臺標(biāo)高約為289m，第3級平臺標(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度試驗，抗壓強度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級平臺垂直下陷最大達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級平臺拉張裂縫平均寬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。通過數(shù)值模擬，分析了隧道邊坡坡腳開挖時的情況，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
采用強度折減法進行邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計算。強度折減法就是運用式（1）和式（2），不斷調(diào)整土體的強度指標(biāo)c、，然后對邊坡進行數(shù)值分析，通過不斷增加折減系數(shù)，反復(fù)分析邊坡，直到其達到臨界破壞狀態(tài)，此時得到的即為穩(wěn)定安全系數(shù)[4]。
4.2 模型建立與計算參數(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（見圖1）以及洞口邊坡剖面（圖2），確定該隧道進洞口邊坡模型X方向邊坡長為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。
在進行模擬時，整個模型分為表層碎石土層、中層強風(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；強風(fēng)化及中風(fēng)化巖層采用mohr（摩爾庫倫）模型，強風(fēng)化巖層為6m，中風(fēng)化巖層為24m。在整個建模過程中，應(yīng)用實體單元模擬整個邊坡結(jié)構(gòu)。
模型模擬時采用的地質(zhì)參數(shù)見表2。
4.3 數(shù)值模擬計算結(jié)果分析
通過數(shù)值模擬得出隧道洞口邊坡在自然情況、坡腳開挖以及幾種工程削坡處治狀態(tài)下的穩(wěn)定性系數(shù)，詳細見表3。
通過理論分析得出，邊坡的最不穩(wěn)定部分為坡體前緣，因此需要在施工時密切監(jiān)控前緣的位移變形，進洞時對初進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。這說明在削坡過程中，削坡的厚度對于邊坡的穩(wěn)定性有相應(yīng)的影響，削坡厚度過小，則不能完全達到卸載的效果；而當(dāng)削坡厚度過大，則對坡體產(chǎn)生較大的擾動，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。
通過數(shù)值模擬計算，得到了不同工況下的邊坡的最大豎向位移，其結(jié)果見表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
坡腳開挖對于邊坡穩(wěn)定性的影響較大，由于坡腳開挖導(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)果以及工程實踐經(jīng)驗，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。
