某高速公路隧道地质勘察及隧道进出口边坡稳定性评价分析

前言

新的历史形势下，高速公路建设逐渐向复杂地质区域延伸，因此，所面临的地质灾害风险也愈发突出和严峻，尤其是进出口边坡失稳问题，更是会对施工安全和公路运营寿命产生直接影响。因此，需要切实做好隧道地质勘察和隧道进出口边坡稳定性评价工作，以能提前预警风险，并动态化制定科学、有效的处治方案[1]。

1. 工程概况

该隧道全长 660m，设计时速高达为 80km/h ，隧道净宽 11.5m，净高 5.0m 且最大纵坡 2.5% 。该隧道的穿越区域为低山丘陵地貌，且最大埋深 82m 。该隧道将是重要的交通枢纽——一旦建成，将会极大缩短行车时间、缓解现有交通压力，并切实提升区域交通能力。为能充分保证隧道建设质量和建设安全，需要切实展开深入的地质勘察工作，以能对地质情况进行有效掌握。

2. 隧道地质勘察

2.1 地质勘察方法

为能够实现隧道地质条件的充分掌握，利用“空—天—地”一体化综合勘察的方式对隧道地质情况进行勘察。

2.1.1 地质调绘

地质调绘是隧道工程勘察的基础环节，是支持隧道区域地质条件系统分析的关键手段，以此，选择利用地表地质调查、遥感与航测技术和地球物理勘探辅助的方法，开展地质调绘工作，旨在能实现对地形地貌、构造特征和地层岩性的充分了解，包括划分地层岩性和风化程度，测量断层走向、倾角和破碎带宽度，识别线性构造和地貌特征等。这能为后续安全地进行施工提供有力支持。

2.1.2 物探技术

物探技术包括地震波散射探测技术、地质雷达技术和高密度电法： ① 地震波散射探测技术：每间隔 20m 布设测线，并利用纵波速度分层原理（基岩速度>2400m/s 、覆盖层波速），对地质条件进行探测。这可以为后续盾构刀具的选择提供有效的数据支持。 ② 地质雷达技术：利用“400MHz 天线+0.2ns 采样间隔”的方式，对支护结构密实度进行检测，以实现对衬砌背后空洞的有效识别。 ③ 高密度电法：利用温纳装置布设电阻率在 10^～500Ω⋅m 之间的测线，以此实现对覆盖层厚度、F1 断层破碎带和裂隙发育区的有效识别。

2.1.3 钻探验证

钻探验证是隧道地质勘察中十分可且直接的有效技术手段，其有序开展，可为隧道施工提供关键数据支持。需要注意的是，在开展钻探验证工作时，应遵循一定的布置原则：首先，要遵循针对性原则，即沿隧道轴线及两侧布置钻孔，且钻孔应当能够实现对异常区域的有效覆盖。其次，要遵循经济性原则，即应当根据地质复杂情况，对钻孔间距进行科学、灵活的调整。

2.1.4 水文试验

积极开展水文试验，对基岩裂隙水渗透系数进行确定，且对暴雨工况涌水量峰值进行预测，从而为排水系统的科学设计提供有力依据[2]。

2.2 地质条件分析

如表 1 所示，为该隧道实际地质特征以及风险评价。通过该表可知：该隧道浅层有3 处突起，且最大波速 >2400m/s 。

2.3 勘察结果与评价

通过对该隧道进行勘察，得出以下结果： ① 围岩稳定性：该隧道有 65% Ⅳ级围岩，有 20% Ⅴ级围岩。所以，在施工时，应利用“管棚 + 注浆”的方式，积极做好超前支护工作。 ② 边坡稳定性：该隧道天然工况安全系数为 1.25，暴雨工况系数为 0.98。所以，施工过程中，应积极做好“锚索 + 格构梁加固”的工作。 ③ 施工风险：孤石区，盾构掘进会存在较大的摩擦阻力，因此，要优先选用高强度合金刀具。 ④ 突水风险：该隧道的断层带突水概率加高，故此，要切实做好“径向注浆 + 环向排水盲管”的工作，以实现对突水风险的有效应对。

3. 隧道进出口边坡稳定性评价

3.1 边坡稳定性评价方法

面对隧道进出口边坡，利用多尺度综合评价体系进行评价，并在此基础上，协同应用力学参数、外部荷载和地质条件等数据，以促使评价结果具备可靠性和科学性 [3]。首先，利用极限平衡法，结合滑移面形态，分别对天然、暴雨和地震三个场景下的安全系数进行计算，以定量的方式，精准地对边坡整体稳定性进行科学评价。其次，构建三维地质力学模型，并以该模型为依托，在其中输入泊松比、黏聚力和弹性模量等岩土体物理力学参数，以此实现对边坡开挖过程和降雨入渗过程的有效模拟，并可以对滑移面位置、边坡变形量和破坏情况等进行有效预测或揭示。最后，利用现场监测技术，对边坡变形速率进行有效追踪，并进一步对数值模拟结果进行验证。

3.2 边坡稳定性计算与分析

3.2.1 岩土参数与荷载条件

为能对边坡稳定性进行科学计算，首先需要对岩土参数和荷载条件进行确定： ① 岩土参数：覆盖层主要以粉质黏土为主，天然密度为 1.85g/cm³ ，黏聚力为25kPa，内摩擦角为 18^∘ ，饱和渗透系数为 1×10^-5cm/s ；基岩主要以中风化砂岩为主，黏聚力 50 为 kPa，内摩擦角为 35^∘ ，弹性模量为 5GPa ，抗拉强度为 1.2MPa。 ② 荷载条件：天然工况——“自重应力 + 静水压力”（水位 5m）；暴雨工况——饱和渗透压力（降雨 50mm/h ，持续 24h^⋅ ）；地震工况——水平加速度 0.15g, 。

3.2.2 分析结果

通过对边坡稳定性进行计算，得到以下结果（如表2 所示）。

3.3 边坡稳定性评价结果

基于边波稳定性分析结果，将该隧道划分为高风险区、中风险区和低风险区。其中，高风险区为进口段，因其暴雨工况下安全系数 <1.05 ，所以，需要优先做好加固工作。如，要利用“压力分散型锚索 + 现浇钢筋混凝土格构梁 + 坡面排水沟 + 仰斜排水孔”的方式开展加固措施，以能切实提升进口段的安全系数；中风险区为出口段，是坡脚浅层滑移区，安全系数在之间。如，可利用“坡脚设置抗滑桩 + 三维植被网护坡”的方式开展加固工作，以实现对浅层滑移的有效抑制；低风险区为基岩出露段，安全系数 >1.30_c 。