擬建邊坡對鄰近隧道及進洞道路穩定性的影響分析

楊忠 唐艷姣 申太奇 漆春

摘要：鄰近樂業至百色高速公路伶站隧道某施工中的產業園挖方邊坡侵占了伶站隧道上方和洞口100 m范圍，邊坡開挖或滑塌可能對隧道形成較大安全隱患，隧道進口道路外為產業園填方邊坡，邊坡滑塌可能侵占道路，對道路安全亦有較大威脅。對此，文章采用無人機傾斜攝影技術+ContextCapture（Smart3D）軟件生成三維實景模型對邊坡進行定性分析，采用GEO5（2022版）軟件邊坡穩定分析模塊對邊坡穩定性進行定量分析。結果表明：填方邊坡按原設計各工況均屬基本穩定狀態，暴雨工況下穩定性系數多接近1.05，安全儲備不足，特別是暴雨工況或持續降雨工況下邊坡接近極限平衡狀態，且推測滑面剪出口多位于坡腳擋墻之上，滑塌后可能侵占高速公路路面，需加強坡體防護；挖方邊坡按原設計正常工況屬欠穩定狀態，暴雨工況屬不穩定狀態，原設計開挖坡率及防護措施下坡體極有可能出現失穩，進而對隧道結構穩定造成不利影響。

關鍵詞：邊坡穩定性；三維實景模型；GEO5；定性分析；定量分析

中圖分類號：U456.3 A 53 174 4

0 引言

隨著經濟高速發展，城市邊界不斷擴張，新建產業園、市政道路不斷增加，鄰近公路、鐵路等施工時，新建的建（構）筑物必然對鄰近的隧道、橋梁、道路等產生一定影響，特別是新建邊坡滑塌對既有道路的侵占對人民財產安全可能造成不可估量的損失。本文依托樂百高速公路伶站隧道附近某施工中的產業園挖方邊坡，對隧道進口段道路一側路基邊坡上的產業園填方邊坡進行定性及定量穩定性分析，對邊坡可能出現的滑塌情況進行預判，為產業園外圍挖填方邊坡的設計方案優化提出切實可行的建議，也為以后相似工程提供參考。

1 工程概況

樂百高速公路是銀川—百色高速公路（國家高速G69）的重要組成路段之一。主線道路為雙向四車道，設計速度為80 km/h。伶站隧道為樂百高速公路控制性工程之一，設計采用分離式隧道穿越丘梁和丘谷，呈北東－南西走向，左幅長370 m，最大埋深約92 m；右幅長365 m，最大埋深約92.8 m。左右線均屬短隧道，隧道凈寬10 m，凈高6.6 m。隧道西側擬建百色凌云縣綠色高端家居產業園項目（以下簡稱產業園），場地整平涉及的挖方邊坡距隧道距離＜100 m，涉及的填方邊坡距進洞道路最小距離為30 m，違反了相關規定，且產業園場地整平形成的填挖方邊坡距離隧道及隧道進口道路較近，邊坡滑塌可能對隧道及隧道進口段道路形成較大安全隱患。

為確保樂百高速公路安全、暢通，需對產業園項目挖填方邊坡影響的伶站隧道及隧道進口路段進行安全評估，圖1所示為施工現場三維實景圖。

2 工程地質概況

2.1 地形地貌

項目區屬剝蝕低山地貌區。原地形起伏大，山體陡峻。隧道出入口均位于山間沖溝坡腳附近，隧道軸線通過路段的地面標高為312.39～399.31 m，相對高差約為86.92 m，頂板上覆最大厚度約為91.94 m，地形坡度為20°～40°。目前產業園已進行大面積挖填方工作，靠近隧道進口段道路為填方區域，填土較厚；靠近隧道為挖方區域，目前山體頂部（隧道頂部）已開挖，未開挖至坡腳。

2.2 地層巖性

根據前期勘察成果揭露及現場地質調查，邊坡巖土層主要由第四系人工填土（Qml）、第四系殘坡積層（Qel+dl）及三疊系中統蘭木組（T2l）地層組成，自上而下分布為：壓實填土（Qml），粉質黏土（Qel+dl），強風化泥質粉砂巖（T2l），中風化泥質粉砂巖（T2l）。根據室內試驗及地區經驗，各地層的物理力學參數如表1所示。

2.3 地質構造

擬建場地處于華南準地臺右江再生地槽桂西拗陷西林至百色斷褶帶東側，屬廣西山字型構造前弧西翼西側和川滇“之”字形構造尾部北側及南嶺維向構造帶之西部。由于這些構造體系的疊加、相互影響和抑制，加上不同位置的地塊巖石力學性質具有一定的差異，因而形成了復雜的構造面貌。擬建場地及場地附近未見有全新世活動斷裂通過，區域地質構造穩定性較好。根據現場調繪，測得巖層產狀為309°/SW∠70°。

3 水文地質條件

3.1 地表水

產業園西側為澄碧河，呈近南北走向，寬約35.0 m，水深約為0.5～2.0 m。產業園勘察期間測得河面水位標高248.50 m。

3.2 地下水

邊坡地下水主要為第四系松散巖類孔隙水及基巖裂隙水。第四系松散巖類孔隙水屬上層滯水，主要賦存于人工填土層中，補給來源主要為大氣降水，雨季水量豐富，排泄主要是向下游排泄及側向徑流?；鶐r裂隙水主要賦存于泥質粉砂巖的風化裂隙中，屬潛水，基巖富水性中等，但均勻性較差，補給來源主要是接受大氣降水的垂直入滲補給及河水通過裂隙進行縱向補給。

3.3 巖土體的滲透性

根據地質調查結果，結合地區經驗，壓實填土（Qml）屬弱-中等透水層，粉質黏土（Qel+dl）屬微透水層；強風化、中風化巖層的透水性因巖石的風化強烈程度、裂隙發育、破碎程度等影響有所差異。強風化巖層節理裂隙很發育，局部巖體較破碎，該層為中等透水層。中風化巖層的透水性受到裂隙發育程度、充填和連通性等情況影響，主要為弱透水層。

4 邊坡安全穩定性評價

4.1 邊坡現狀

產業園東側鄰近樂百高速公路的邊坡分為BC段、CD段、DE段、EF段、FG段和HI段，其中BC段到FG段為填方邊坡，填筑高度最高約60 m，12級，坡腳設置矮擋墻或矮擋墻+抗滑樁防護，目前已基本填筑完成，填方邊坡現狀整體較穩定，局部存在小型垮塌；HI段為挖方邊坡，擬開挖高度為72 m，9級，每級坡采用三排6 m長錨桿進行防護，坡腳設置矮擋墻護腳，目前已從坡頂開始開挖，邊坡尚處穩定狀態。

4.2 邊坡穩定性定性分析

4.2.1 填方邊坡

該段填方邊坡坡率為1∶1.5，采用多級填筑，填料主要為場地開挖后的粉質黏土、強-中風化泥質粉砂巖夾粉砂質泥巖，坡腳采用矮擋墻或擋墻+抗滑樁防護。根據無人機傾斜攝影照片+實景三維模型（圖2）可以看到現狀邊坡整體穩定，局部存在小型滑塌?？紤]到施工質量差異，可能存在壓實不均勻的情況，且填料以強-中風化泥質粉砂巖夾粉砂質泥巖碎塊為主，透水性較好，在暴雨工況下，雨水沖刷坡面，造成坡面表土流失或局部小型滑塌；雨水浸入坡體會增大邊坡土體的重度，降低其抗剪強度，導致邊坡安全系數下降，可能存在滑坡越頂的風險，滑塌體可能侵占高速公路。

4.2.2 挖方邊坡

該段邊坡擬開挖最大高度為72 m，分9級開挖，每級高度為8 m，坡率自上而下均為1∶0.75，每級坡采用三排6 m長錨桿進行防護，坡腳設置矮擋墻護腳。目前，邊坡分臺階開挖，最大開挖高度約為27 m，現狀邊坡整體處于穩定狀態，根據現場開挖情況（圖3）來看，坡體主要為強、中風化泥質粉砂巖加粉砂質泥巖構成，節理裂隙發育，主要結構面為與坡向斜交的層理面，產狀309°/SW∠70°，巖層傾角較大，挖方邊坡可能出現的滑動形式為結構面組合發生折線滑動，在坡腳剪出。

4.3 邊坡穩定性定量分析

用GEO5（2022版）巖土計算軟件對邊坡在天然及強降雨或持續降雨作用下的穩定性特征進行分析，計算工況考慮正常和非正常工況。據此對BC～HI 6段邊坡每段取一個典型斷面（1-1剖面～6-6剖面）進行穩定性計算分析，根據定性分析結論［1-2］，對BC～FG段填方邊坡采用畢肖普法自動搜索最危險滑面計算穩定系數，對HI段挖方邊坡采用不穩定推力法（隱式），指定折線滑面并自動搜索最危險滑面計算穩定系數。計算結果如表2所示，計算結果最危險滑面如圖4～15所示。

4.4 結果分析

根據上述定性及定量分析，BC～FG段填方邊坡正常工況下穩定性系數均＞1.05且＜1.35，屬基本穩定狀態；非正常工況下穩定性系數為＞1.05且＜1.25，屬基本穩定狀態。穩定系數多接近1.05，由此可見填方邊坡整體處于基本穩定狀態，但安全儲備不足，特別是暴雨工況或持續降雨工況下，邊坡接近極限平衡狀態，且推測滑面剪出口多位于坡腳擋墻之上，存在越頂風險，滑塌體越頂后可能進一步侵占高速公路路面，需加強坡體防護。

HI段挖方邊坡按原設計方案正常工況穩定系數為1.02，屬欠穩定狀態；非正常工況穩定系數為0.84，屬不穩定狀態?？梢姲丛O計開挖坡率及防護措施進一步開挖［3］，坡體極有可能出現失穩，進而導致隧道一側拱肩山體最大覆蓋厚度急劇減少，導致隧道偏壓過大，隧道襯砌結構出現局部應力集中，對隧道結構穩定造成不利影響，甚至局部變形過大［4-5］。

5 結語

本文通過對產業園擬建挖填方邊坡的定性定量分析，得出以下結論：

（1）按原設計方案，填方邊坡屬基本穩定狀態，但安全儲備不足，特別是暴雨工況或持續降雨工況下，邊坡接近極限平衡狀態，且推測滑面剪出口多位于坡腳擋墻之上，存在越頂風險，滑塌體越頂后可能進一步侵占高速公路路面。

（2）挖方邊坡正常工況屬欠穩定狀態，非正常工況屬不穩定狀態，坡體極有可能出現失穩，進而對隧道結構穩定造成不利影響，甚至局部變形過大。

（3）建議填方邊坡進一步加強防護，坡腳設置寬平臺，避免滑塌體侵占高速公路路面。鄰近隧道的挖方邊坡需保證邊坡與隧道的最近距離不宜過小，充分保證隧道外側拱肩山體最大覆蓋厚度。開挖后避免隧道偏壓，因此建議挖方邊坡增加強支護措施。

（4）本文通過無人機傾斜攝影測量技術+三維實景建模，對擬建場地進行了宏觀建模，結合實地局部的微觀調查，對挖填方邊坡進行了較為客觀的定性分析。通過GEO5軟件的定量計算，模型較為直觀，計算結果相對清晰可靠?？梢姳疚牟捎玫某商准夹g對邊坡穩定的定性定量分析，特別是對邊坡鄰近隧道的穩定性分析是直觀、可靠且易于推廣的，也為邊坡的后期治理提供了充足的依據，可供相似工程參考借鑒。

參考文獻

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收稿日期：2023-09-09