引大济湟隧洞洞脸边坡稳定性分析

牟 奎

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃兰州730030）

湟水河发源地位于青海省境内，由于湟水河资源相对有限，但其干流地区却是青海省人口最为密集区域，所以单纯依靠这一水源很难支撑地区今后用水需求，会对地区持续性发展产生直接干扰。鉴于此，国家开始通过调配大通河水资源的方式，为湟水河干流地区提供水资源支持，至此引大济湟工程规划建设方案开始制定并实施。作为工程施工重点，隧洞施工一直是引大济湟工程建设关注重点内容之一，为做好该部分施工，对洞脸边坡稳定性进行研究显得极为必要。

1 工程概况

本次工程施工由甘肃省水利水电工程局有限责任公司负责，工程共分为3期，其中一期工程主要以北干一期、黑泉水库工程为主；二期工程为北干二期、石头峡水利枢纽以及调水总干渠工程；三期工程主要以西干渠工程为主。在本次工程中北干渠扶贫灌溉二期工程属于湟水北干渠续建配套项目，主要负责地区农业灌溉以及城镇生活用水，且承担着生态用水任务，以改善地区生态环境、提高民众经济收益为目标。工程总体控制面积为2.66万hm2，主要包括0.21万hm2林地灌溉以及2.45万hm2农田灌溉。在项目区中，包含18条支渠、2条分干渠以及7条干斗等工程，北干总干渠末端是三分干渠主要引水来源，总长度为41.8 km。在此项目中包含20座渡槽、1座倒虹吸以及20座隧洞等内容。由于隧洞洞脸边坡稳定性会对隧洞施工质量产生直接影响，所以做好边坡稳定性分析，及时采取相应预防处理措施显得极为必要。

2 隧洞洞脸边坡稳定性分析

2.1 边坡稳定性评价

在进行边坡稳定性评价时，需要做好边坡地质条件分析。本次工程施工隧洞进口所在地形较为陡峭，且存在着覆盖层厚度较薄的状况，岩石处于裂隙较发育状态。在洞脸边坡位置存在一定量不稳定、松动块状岩石，整体处于较为稳定的状态，但裂隙切割、差异风化以及卸荷等均可能会造成岩石出现不稳问题。同时，通过勘察发现，洞脸区域岩石夹层软化系数在0.75以下，是易软化岩石范畴，且含泥量较高岩体存在着风化速度较快的问题。而石英砂岩软化系数为0.8，属于硬质岩石。因为岩性并不相同，所以岩体抗风化程度以及风化速度也存在一定差异，差异风化现象较为明显[1]。在冻融以及水分浸润等因素影响下，夹层以及软岩风化速度出现明显加快趋势，强风化夹层得以形成，上部硬岩在此作用下出现倒悬状况，很容易会产生崩塌、倾倒等破坏现象。此外，因为洞脸边坡较为陡峭且裂隙处于发育状态，所以岩体存在着卸荷松动区域，特别是在小角度斜交长大裂隙区域，存在着裂隙松动较为明显的状况。由于当地冬季冰冻时间相对较长，岩体很容易受到冰劈、冻融等作用影响，所以边坡表面会出现岩块松动状况，裂隙张开现象也较为常见，需要做好处理，以防对隧洞施工安全造成威胁。

2.2 边坡岩体稳定性分析

2.2.1 总体稳定性评价 通过测量得出，进洞位置山崖高58 m，整体呈现出下陡上缓趋势。地层是二叠系中厚—厚层状紫红色岩石，带有泥质粉砂岩以及薄层状粉砂岩，裂隙面相对较为陡峭，边坡结构为横向坡形式，并不存在外倾连续不利结构面，虽然边坡表面存在少量稳定性较差块体岩石，但边坡整体处于较为稳定的状态，断层对于洞脸边坡稳定性影响相对较小[2]。

2.2.2 边坡块体失稳模式 按照洞脸边坡裂隙发育特征、组合以及结构等，此次洞脸边坡块体失稳模式主要包括以下2种：一是倾倒崩塌类。通过对洞脸边坡岩体结构的分析发现，岩体为中厚—厚层状结构，单层厚度在30～300 cm范围内，夹层处于发育状态，存在薄层软岩以及中厚层硬岩间结构。正如上文分析所述，因为各岩层强度以及抗风化能力等存在一定差异，所以软岩很容易会出现风化剥落的状况，上部硬岩会出现倒悬问题，会在重力作用下形成倾倒块体。同时和边坡处于小角度斜交状态的陡倾节理切割，也会对节理外侧岩体形成直接威胁，会出现大规模卸荷松动问题，使进口位置产生大卸荷裂隙，影响洞脸以及隧洞施工安全。二是交线滑塌类或沿裂隙面滑塌类。在进口位置地层，主要有2组发育裂隙。技术人员运用赤平投影技术展开分析后，得到裂隙面交线产状个性数据[3]。通过对数据的分析可以发现，裂隙存在对块体稳体性产生干扰的状况，且不稳定块体大小能够达到10 m3左右。

2.3 出口洞脸选择

2.3.1 人工边坡稳定性分析 在对隧洞出口自然斜坡实施施工处理后，形成人工边坡。边坡坡脚位置存在临空面，所形成人工边坡坡高数值最大为60 m。在人工施工作用下，边坡天然状态出现改变，稳定状态也随之发生相应变化。在进行人工边坡稳定性分析过程中，需要对清除覆盖层后风化基岩成洞以及直接从土层中成洞2部分内容进行分析，并要按照勘察资料，对2种情况下的滑体自身挤压力以及两侧摩擦阻力进行计算，以便确定不同状态下的边坡失稳状况，从而为后续失稳预防、处理方案制定提供可靠支持与参考[4]。

虽然在边坡坡脚开挖范围处于较小状态时，总体失稳发生可能性相对较小，但在进行人工边坡施工过程中，很容易受融水以及降雨等因素影响，致使边坡稳定性出现严重下降状况，加剧土层坍滑以及崩塌等状况发生概率，引发重大安全事故。鉴于此，在进行洞脸位置选择过程中，需要做好施工方式对比与分析，对人工边坡实施支护保护措施，并重点加强对基岩边坡顺层塌滑块体和坡脚临空位置的保护。同时，从综合层面着手，对清除覆盖层施工进行防护，做好洞脸锚喷支护保护，以防出现坍塌等状况。

2.3.2 人工边坡坡角选择 边坡坡角选择过程中，需要做好出口区域岩体土体自然斜坡稳定坡角以及坡高勘察，通过对稳态坡角数据的全面分析，科学进行后续人工边坡设计方案编制。按照本次工程施工情况，并不需要在出口段位置实施简单支护或其他形式支护处理，但需要对土层边坡坡面进行植草或格构等保护，同时要保证人工边坡坡角能够始终保持比岩层倾角略小或相同角度数值。

3 结束语

综上所述，工程施工单位需要进一步加强对边坡稳定性的分析，在做好稳定性评价以及岩体稳定性分析的基础上，科学筛选出口洞脸，保证边坡坡角以及洞脸位置等选择适宜程度，确保洞脸稳定性能够达到相应工程施工标准要求，进而达到最佳隧洞部分施工效果。