山区高速公路隧道洞口段边坡稳定性监测

陈世艾

【摘要】高速公路建设中，复杂的地形区、岩土区经常需要修建隧道，保障公路的贯通，隧道洞口段的边坡稳定性，就成了影响高速公路安全的重要因素，所以，必须对边坡的稳定性进行监测，预测和预报可能发生的地质灾害，积极采取措施加强防护，保障施工和高速公路的使用安全。

【关键词】 山区高速公路;隧道;洞口段;边坡;稳定性;监测

1、山区高速公路隧道洞口段边坡稳定性监测的必要性

山区高速公路施工过程中，地形地质条件复杂，隧道施工十分常见，尤其是西南山高谷深的地区，隧道、桥梁是高速公路建设中不可避免的工程。隧道洞口段是指隧道洞口暗挖进洞一定长度段，覆盖层厚度小于2倍毛洞开挖宽度的洞口地段。洞口地段是隧道的咽喉，隧道洞口段地形地质条件复杂，地层破碎，经常会堆积、坡积大量的严重风化或节理发育的松软岩层，稳定性偏差，当洞主墙和岩层层面开挖到一定坡度的时候，很容易产生的纵向的推滑力，而洞口附近的山体又较薄，如果隧道处于傍山或沟谷的一侧，也容易产生侧向引力，在不良气候或外力作用下，洞口段极易产生滑坡、泥石流、崩塌、落石等地质灾害，威胁隧道洞口段施工质量和施工安全。所以，加强对隧道洞口段的边坡处理，提高洞口段的地质稳定性，保障安全十分重要。但是，实际工程中，边坡自身的稳定性也是经常会发生改变的，边坡受到影响，相应的隧道洞口段和高速公路也会受到一定影响，为了加强边坡管理，采用先进技术对边坡的稳定性进行长期监测，提前做好边坡灾害可能性分析及相应的防控预案非常重要。

2、山区高速公路隧道洞口段边坡常见破坏形式及原因

山区高速公路隧道洞口段邊坡破坏形式有很多种，产生的原因也各有不同，加强识别有助于边坡稳定性监测和边坡灾害防控。

2.1崩塌

在重力作用和附加外力作用下，边坡上部的岩体会突然脱落、滚动，造成坍塌。坍塌是在瞬时发生的，可能是小规模的碎石崩落，也可能是大规模的山体崩塌，大多发生于陡坡，破坏力极强，强烈震动、暴雨是诱发坍塌的主要原因。

2.2塌陷

隧道洞口段，塌陷是十分常见需要高度预防的病害。隧道洞口段岩、土风化破碎，洞身的岩土的关键部位一旦被挖边坡应力失衡，上部围岩缺少支撑，会造成洞顶局部塌陷，或发生冒顶。隧道围岩发生塌陷的原因有很多，洞室上方围岩松散粘性差，开挖后支护不及时，衬砌刚度、结构强度不足等，都会造成塌陷。塌陷会严重威胁施工人员的安全，且修补处理措施难度高、工序复杂，会拖慢施工进度。

2.3滑坡

滑坡是在河流冲刷、地震、人为活动的影响下，边坡的部分岩体、土体在重力和附加外力作用下沿一定软弱面、软弱带滑动的现象。山区高速公路隧道洞口段洞身开挖时，会造成边坡内部失去支撑，上层覆盖土沿软弱面整体下滑、前移，发生滑坡。隧道洞口段发生滑坡，可能是堆积层、顺倾、破碎岩石、特殊粘土区等滑坡，一般规模较大、破坏性强，治理十分不易。

2.4倾倒

倾倒常出现在上部硬下部软的边坡上，陡倾反向边坡也容易出现，坡脚开挖、河谷下切造成坡体松弛时，临近坡面的岩块会因重力或受自身自重影响产生倾倒，造成边坡的弯曲或倒塌。

2.5坍塌

坍塌主要是边坡刷坡后的坡型和坡率比岩土的自稳角度大了，在长期风蚀或雨水冲刷下，或隧道开挖后地下水径流条件改变，受水流影响，坡脚和渗水处岩土稳定性受损，进而造成边坡上部失稳，先出现局部坍塌，后逐渐扩大范围连成整体，最终造成边坡失稳。

根据以上各边坡破坏类型分析，高速公路隧道洞口段发生边坡失稳的原因是多方面的，基本上可归为内部原因和外部原因，内部原因为隧道洞口段的地形地貌、地质构造、岩土特性、地下水等，外部原因主要是洞口位置、开挖、地震等，边坡失稳是以内因为主，外因诱发，内外部因素共同作用的结果。

3、山区高速公路隧道洞口段边坡稳定性监测

山区高速公路隧道洞口段地质条件复杂，容易发生边坡失稳，加强洞口段的边坡稳定性监测，做好边坡地质灾害预测、预警和防控，对保障施工安全、高速公路施工质量十分重要。

3.1人工巡视和裂缝观测

隧道洞口段的边坡稳定性观测，人工巡视是最基本、最常用的方式，能立刻发现一些明显的边坡失稳问题。高速公路施工团队会专门指派人对隧道洞口段进行巡视，如果坡体表面产生裂缝，应及时上报监理工程师，由监理工程师指导安装裂缝测量装置，测量装置反映的裂缝变化范围、过程、规律，可以反应出坡体的变形情况和趋势。人工巡视能比较系统的记录、描述边坡及周边环境的变化，及时发现不利的地质情况，对地质灾害预防具有重要意义，人工巡视时，巡视内容应包含坡顶、坡面、地表、加固系统、排水情况等，应观察有无裂缝、坍塌、裂缝有无扩大、延伸、加深，冲水状态、开挖断面的岩层状态、节理发育部位的地下水出露情况、渗水量、水质变化、地表有无隆起或下陷、加固系统是否完整正常使用、排水沟是否通畅等等。巡查员应定期巡视，详细记录每一次巡查结果，发现异常应及时上报，提醒相应部门及时采取措施，保障隧道洞口段施工安全。

3.2地表变形监测

应加强隧道洞口段的地表变形监测。首先，制定方格形观测网，在边坡体的各级边坡平台上设置观测点，在重点监测部位、可能成为滑动带的地方布点要加深、加密，观测点的间距为15～20cm为宜;当同一个边坡上有深层位移观察点时，深层位移观测点应和坡面上的某一条纵向观测点在同一直线上，以便于观测数据的对比、相互验证。然后，在各级平台上设置变形观测点，用全站仪进行观测，全站仪的精度必须小于2°，利用直角坐标法进行测量。最后，通过技术时段对观测数据进行处理，分析坡面的几何外观变化情况，绘制坡面各观测点在施工过程中水平位移的情况，并以此了解边坡滑动的基本情况、范围，进而做出相关预警。

3.3地下水位监测

地下水位的變化，一定程度上可以反映出边坡的排水情况，进而推断出边坡的稳定性。在高边坡两侧设置2个观察井，在观察井上设置固定的水准点，以此为基点，测量固定水准点和水位面的高差，然后推算出观察井内的水位面的高度，观察一段时间内的水位面高度变化，以此推测边坡的稳定性。

3.4土压力监测

可以利用土压力盒，测量高边坡的静止土压力、主动土压力、被动土压力，分析土压力的理论分析值、沿深分布规律，为高边坡的稳定和安全提供参考依据。具体操作为，在边坡的两侧、顶部各设置一个压力监测点，使用土压力盒对边坡的土压力进行监测与计算。

3.5锚杆应力监测

边坡稳定性监测中，锚杆应力监测也较为常见。主要是利用锚杆的拉拔力，判定边坡的可锚性，对锚杆、围岩锚固系统、树脂的性能、锚固力等进行评价。不同的台阶和间距，应该布置6个锚杆应力计测点，对锚索的张拉过程应力、张拉完成后应力的变化给予长期监测，以此来评价锚固效果和应力稳定变化。

结语：

近年来，我国加大了基层基础设施建设，高速公路建设的项目不断增多，为促进新农村建设发挥着重要作用。基层的高速公路建设，尤其是西部偏远地区的高速公路建设，面临着复杂地质地理条件，施工较为困难，在高速公路建设过程中，采用隧道进行贯通较为普遍。但是，隧道贯通施工中，洞口段的地质条件和外力诱因十分复杂，很容易造成边坡失稳，引发崩塌、塌陷、滑坡、倾倒、坍塌等地质灾害，所以，应积极采用人工巡查和裂缝观测、地表变形监测、地下水位监测、土压力监测、锚杆应力监测等监测方法，加强隧道洞口段的边坡稳定性监测，为隧道的顺利、安全施工提供保障。

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