隧道地质灾害危险性分析

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摘要：本文结合工程地质、水文地质情况，采用工程地质学分析法、坡率法及计算法对拟建隧道进行U型槽基坑边坡稳定性分析，并提出了预警预报及一定的处理防治建议，对类似工程具一定的参考意义。

关键词：隧道；U型槽；边坡稳定性

1.工程概况

拟建隧道长1020m，其中敞开段350m，遮光段40m，暗埋段630m，为浅埋隧道，暗埋段覆土厚度约为1.5m，暗埋段用地红线宽为114m，地面辅道之间的净距为78m，两端敞口段红线宽74.3m，隧道与现状道路结合过渡段红线宽度为32m，现地面与规划隧道地面高差为0.00~8.26m，由于隧道底部结构加垫层厚度约为1.7m，故基坑挖方厚度1.7m~9.96m，挖方量约10×104m3。整个隧道拟采用分节段明挖施工，其东侧距离建筑物较近，不具备放坡条件，采用钻孔灌注桩＋高压旋喷桩止水帷幕＋锚杆，钻孔桩桩径、桩长根据计算确定，高压旋喷桩止水帷幕深度进入基坑底强风化层不少于1m。同时基坑设计需满足钻孔桩的抗倾覆稳定、基坑整体稳定性、抗浮稳定性的计算要求，其他路段采用放坡开挖+护坡+土钉。对于深度小于5m的基坑，采用一级放坡+护坡+土钉，坡率1∶0.7；对于深度大于5m的基坑，采用二级放坡+护坡+土钉，坡率1∶0.7，二级放坡之间做一个1m宽的平台。

2.工程地质条件简况

隧道及U型槽处岩土层自地面向下依次为：第（1）层人工填土：紫红色，灰黄色，松散，粘性土为主，含砂土，局部夹少量3cm~5cm碎石块，稍压实，该层直接揭露于地表，层厚0.50m~4.50m，其土质不均匀，力学性质较不稳定，均匀性较差，承载力不大；第（2）层淤泥：局部分布，仅拟改善道路工程起点钻孔有揭露，呈深灰色，流塑，饱和，具臭味，含腐殖质，韧性低。层厚2.0m，层顶埋深4.50m，层顶标高2.11m，该层属高压缩性软土层，抗剪强度低，含水量大，灵敏度高，加载荷后，变形量大，易产生剪切破坏，易产生崩滑现象，属不良地基土；第（3）层粉质粘土：灰黄色，青灰色，可塑，饱和，局部含少量砂土，韧性中等，干强度中等。层厚5.50m~7.00m，有一定承载力，但厚度不大，属一般地基土；第（4）层粉土：呈灰黄色，紫红色，稍密，饱和，含少量粗颗粒砂，层厚2.90m~6.70m，有一定承载力，但具砂土液化潜式，属不良地基土；第（5）层淤泥：呈深灰色，流塑，饱和，具臭味，含腐殖质，韧性低，层厚2.50m~8.00m，和第（2）层一样属不良地基土；第（6）层粉砂：呈灰色，稍密，局部松散，饱和，石英质，含较多粉粘粒，局部夹薄层淤泥质土，层厚3.00m，承载力较低，属一般地基土；第（7）层强风化岩：岩性主要为泥岩、泥质砂岩，呈棕红色、灰黄色，裂隙极发育，砂质结构，层状构造，砂土状、土柱状或柱状，局部夹中风化岩块，揭示层厚12.70m~31.10m。经计算，本场地饱和粉土在发生地震烈度为7度地震时具中等砂土液化潜势，而饱和砂土在发生地震烈度为7度地震时不会发生液化。

3.水文地质条件简况

据岩土工程勘察资料，测得初见水位为2.20m~2.40m，终孔24h后实测地下水相对稳定地下水位埋深为1.70m~2.10m，稳定地下水标高为2.06m~13.78m。根据地下水的埋藏和赋存形式，隧道附近地下水类型主要有二种类型，为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。松散岩类孔隙水：淤泥类土、粘性土均属微~极微透水的相对隔水层，而孔隙水则广泛分布于各土层的孔隙中，砂类土是主要含水层。主要赋存于第（6）层的粉砂层中。由于本场地钻孔揭示砂层厚度为3m，较薄，且不连续，透水能力较差，因此第四系孔隙水较为贫乏，涌水量较小。基岩裂隙水：含水层主要为基岩，赋存于基岩裂隙中或层面处，隐伏于第四系之下，稍具承压性。风化基岩虽节理裂隙发育，但多为闭合裂隙，联通性差，基岩裂隙水贫乏。据拟建隧道工程所在地区区域水文地质资料，单井涌水量多小于100m3/d，水量贫乏。因此，综合评价本场地第四系土层孔隙水贫乏，基岩裂隙水较贫乏。通过采取地下水样品及地表土易溶盐分析，地下水对混凝土结构及对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性；场地土对混凝土结构、对钢筋混凝土结构中的钢筋及对钢结构均具微腐蚀性。

4.隧道U型槽基坑稳定性分析

根据拟建隧道工程地质、水文地质条件，先运用工程地质学分析法、坡率法及计算法分别对其进行评价。

4.1工程地质学分析法

隧道基坑开挖段，规划路面埋深一般为0.10m~9.96m，采用明挖法施工，基坑开挖主要岩土层为人工填土、粉质粘土、粉土、底部局部为强风化泥质砂岩、强风化泥岩，基坑工程终点段部可能有淤泥、粉砂。人工填土结构不均匀，开挖过程中易垮塌；粉质粘土呈可塑状，局部夹少量砂土，开挖后有一定的自稳能力，但时间较短，若不及时支护，亦易发生垮塌；粉土稍密，饱和状，含少量粗颗粒砂，厚度较大，局部达6.7m，自稳定性差，开挖过程中易垮塌；淤泥具压缩性高，触变性高、抗剪强度低、承载力极低的特点，基坑开挖过程中易发生滑移破坏，影响边坡稳定性；粉砂稍密状，局部夹薄层淤泥质土，稳定性差；强风化岩稳定性稍好。因此总体评价基坑开挖后形成的边坡不稳定性。

4.2坡率法

根据《工程地质手册》（第四版）第八篇第四章边坡工程中的表8-4-4（见表1），粉土质边坡的高度在5m以下及5m~10m范围内，坡率最低允许值分别为1∶1.00和1∶1.25；一般粘性土在坚硬状态时，其边坡的高度在5m以下及5m~10m范围内，坡率最低允许值分别为1∶0.75和1∶1.00。拟建隧道工程基坑开挖放坡坡率为1∶0.7，大于其最低坡率允许值，依据类似工程边坡坡度经验，本拟建工程在基坑开挖过程中，基坑边坡不稳定。4.3计算法根据地质钻孔资料，利用上海同济大学启明星软件计算其最大开挖坡高的横截面的安全系数，按下表2判别基坑坑壁稳定性。根据瑞典条分法、总应力模式计算得自然工况和暴雨工况下安全系数分别为K=0.87、0.7，均小于1.0，因此开挖基坑边坡不稳定。

5.结论

通过上述分析，场地岩土工程力学性质较差，导致基坑坑壁不稳定，可能引发基坑边坡崩塌或滑坡；隧道基坑开挖时，基坑坑壁稳定，发生崩塌、滑坡的可能性较大。由于隧道基坑开挖深度较大（＞5m），且上述计算过程未考虑动荷载影响，若荷载太大（施工过程中，基坑边过往汽车超载），会加深坑壁的不稳定性，极可能引发基坑滑坡地质灾害，将直接威胁到现场施工人员的生命安全以及破坏拟建工程隧道路基，可能会影响到过往的行人及车辆及道路两侧的厂房和民房，造成较大的经济损失，预测其危害程度大，危险性大。开挖隧道形成的基坑边坡不稳定，开挖过程中，建议分层开挖，边开挖边支护，采取一定的防水止水、及支护措施，同时对周边的建筑物和道路采取一定的监测措施，以便发现问题及时处理。结合工程施工实际情况，提出以下建议：（1）加强对开挖基坑四周的止水工作，防止基坑坑壁崩塌或滑坡；（2）结合基坑设计方案，合理安排基坑的开挖工作，并做好基坑内的抽、排水工作；（3）结合基坑设计方案，做好基坑边坡支护与加固工作；（4）对从基坑中所挖出的土体应及时运走，避免因大量土体高层堆载产生侧向土压力导致发生基坑崩塌或滑坡；（5）加强施工期对基坑的监测，以便及早发现问题，及时做出相应的治理措施；（6）根据场地地质条件，建议基坑截水及支护采用钻（冲）孔排桩+水泥搅拌桩止水帷幕+内支撑支护结构或锚拉结构；（7）在基坑开挖深度范围内，坑壁岩土体其自稳性较差，注意采取相应的支护措施，同时场地紧邻重要的市政道路及建筑物，须采取严密的措施控制基坑开挖对周边环境的影响；（8）施工中应做好有效的交通疏导及安全措施，以免影响路的交通及行人及车辆行车安全。

作者:钟诚 单位:广东省佛山地质局