拟建边坡对邻近隧道及进洞道路稳定性的影响分析

杨忠 唐艳姣 申太奇 漆春

摘要：邻近乐业至百色高速公路伶站隧道某施工中的产业园挖方边坡侵占了伶站隧道上方和洞口100 m范围，边坡开挖或滑塌可能对隧道形成较大安全隐患，隧道进口道路外为产业园填方边坡，边坡滑塌可能侵占道路，对道路安全亦有较大威胁。对此，文章采用无人机倾斜摄影技术+ContextCapture（Smart3D）软件生成三维实景模型对边坡进行定性分析，采用GEO5（2022版）软件边坡稳定分析模块对边坡稳定性进行定量分析。结果表明：填方边坡按原设计各工况均属基本稳定状态，暴雨工况下稳定性系数多接近1.05，安全储备不足，特别是暴雨工况或持续降雨工况下边坡接近极限平衡状态，且推测滑面剪出口多位于坡脚挡墙之上，滑塌后可能侵占高速公路路面，需加强坡体防护；挖方边坡按原设计正常工况属欠稳定状态，暴雨工况属不稳定状态，原设计开挖坡率及防护措施下坡体极有可能出现失稳，进而对隧道结构稳定造成不利影响。

关键词：边坡稳定性；三维实景模型；GEO5；定性分析；定量分析

中图分类号：U456.3 A 53 174 4

0 引言

随着经济高速发展，城市边界不断扩张，新建产业园、市政道路不断增加，邻近公路、铁路等施工时，新建的建（构）筑物必然对邻近的隧道、桥梁、道路等产生一定影响，特别是新建边坡滑塌对既有道路的侵占对人民财产安全可能造成不可估量的损失。本文依托乐百高速公路伶站隧道附近某施工中的产业园挖方边坡，对隧道进口段道路一侧路基边坡上的产业园填方边坡进行定性及定量稳定性分析，对边坡可能出现的滑塌情况进行预判，为产业园外围挖填方边坡的设计方案优化提出切实可行的建议，也为以后相似工程提供参考。

1 工程概况

乐百高速公路是银川—百色高速公路（国家高速G69）的重要组成路段之一。主线道路为双向四车道，设计速度为80 km/h。伶站隧道为乐百高速公路控制性工程之一，设计采用分离式隧道穿越丘梁和丘谷，呈北东－南西走向，左幅长370 m，最大埋深约92 m；右幅长365 m，最大埋深约92.8 m。左右线均属短隧道，隧道净宽10 m，净高6.6 m。隧道西侧拟建百色凌云县绿色高端家居产业园项目（以下简称产业园），场地整平涉及的挖方边坡距隧道距离＜100 m，涉及的填方边坡距进洞道路最小距离为30 m，违反了相关规定，且产业园场地整平形成的填挖方边坡距离隧道及隧道进口道路较近，边坡滑塌可能对隧道及隧道进口段道路形成较大安全隐患。

为确保乐百高速公路安全、畅通，需对产业园项目挖填方边坡影响的伶站隧道及隧道进口路段进行安全评估，图1所示为施工现场三维实景图。

2 工程地质概况

2.1 地形地貌

项目区属剥蚀低山地貌区。原地形起伏大，山体陡峻。隧道出入口均位于山间冲沟坡脚附近，隧道轴线通过路段的地面标高为312.39～399.31 m，相对高差约为86.92 m，顶板上覆最大厚度约为91.94 m，地形坡度为20°～40°。目前产业园已进行大面积挖填方工作，靠近隧道进口段道路为填方区域，填土较厚；靠近隧道为挖方区域，目前山体顶部（隧道顶部）已开挖，未开挖至坡脚。

2.2 地层岩性

根据前期勘察成果揭露及现场地质调查，边坡岩土层主要由第四系人工填土（Qml）、第四系残坡积层（Qel+dl）及三叠系中统兰木组（T2l）地层组成，自上而下分布为：压实填土（Qml），粉质黏土（Qel+dl），强风化泥质粉砂岩（T2l），中风化泥质粉砂岩（T2l）。根据室内试验及地区经验，各地层的物理力学参数如表1所示。

2.3 地质构造

拟建场地处于华南准地台右江再生地槽桂西拗陷西林至百色断褶带东侧，属广西山字型构造前弧西翼西侧和川滇“之”字形构造尾部北侧及南岭维向构造带之西部。由于这些构造体系的叠加、相互影响和抑制，加上不同位置的地块岩石力学性质具有一定的差异，因而形成了复杂的构造面貌。拟建场地及场地附近未见有全新世活动断裂通过，区域地质构造稳定性较好。根据现场调绘，测得岩层产状为309°/SW∠70°。

3 水文地质条件

3.1 地表水

产业园西侧为澄碧河，呈近南北走向，宽约35.0 m，水深約为0.5～2.0 m。产业园勘察期间测得河面水位标高248.50 m。

3.2 地下水

边坡地下水主要为第四系松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。第四系松散岩类孔隙水属上层滞水，主要赋存于人工填土层中，补给来源主要为大气降水，雨季水量丰富，排泄主要是向下游排泄及侧向径流。基岩裂隙水主要赋存于泥质粉砂岩的风化裂隙中，属潜水，基岩富水性中等，但均匀性较差，补给来源主要是接受大气降水的垂直入渗补给及河水通过裂隙进行纵向补给。

3.3 岩土体的渗透性

根据地质调查结果，结合地区经验，压实填土（Qml）属弱-中等透水层，粉质黏土（Qel+dl）属微透水层；强风化、中风化岩层的透水性因岩石的风化强烈程度、裂隙发育、破碎程度等影响有所差异。强风化岩层节理裂隙很发育，局部岩体较破碎，该层为中等透水层。中风化岩层的透水性受到裂隙发育程度、充填和连通性等情况影响，主要为弱透水层。

4 边坡安全稳定性评价

4.1 边坡现状

产业园东侧邻近乐百高速公路的边坡分为BC段、CD段、DE段、EF段、FG段和HI段，其中BC段到FG段为填方边坡，填筑高度最高约60 m，12级，坡脚设置矮挡墙或矮挡墙+抗滑桩防护，目前已基本填筑完成，填方边坡现状整体较稳定，局部存在小型垮塌；HI段为挖方边坡，拟开挖高度为72 m，9级，每级坡采用三排6 m长锚杆进行防护，坡脚设置矮挡墙护脚，目前已从坡顶开始开挖，边坡尚处稳定状态。

4.2 边坡稳定性定性分析

4.2.1 填方边坡

该段填方边坡坡率为1∶1.5，采用多级填筑，填料主要为场地开挖后的粉质黏土、强-中风化泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩，坡脚采用矮挡墙或挡墙+抗滑桩防护。根据无人机倾斜摄影照片+实景三维模型（图2）可以看到现状边坡整体稳定，局部存在小型滑塌。考虑到施工质量差异，可能存在压实不均匀的情况，且填料以强-中风化泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩碎块为主，透水性较好，在暴雨工况下，雨水冲刷坡面，造成坡面表土流失或局部小型滑塌；雨水浸入坡体会增大边坡土体的重度，降低其抗剪强度，导致边坡安全系数下降，可能存在滑坡越顶的风险，滑塌体可能侵占高速公路。

4.2.2 挖方边坡

该段边坡拟开挖最大高度为72 m，分9级开挖，每级高度为8 m，坡率自上而下均为1∶0.75，每级坡采用三排6 m长锚杆进行防护，坡脚设置矮挡墙护脚。目前，边坡分台阶开挖，最大开挖高度约为27 m，现状边坡整体处于稳定状态，根据现场开挖情况（图3）来看，坡体主要为强、中风化泥质粉砂岩加粉砂质泥岩构成，节理裂隙发育，主要结构面为与坡向斜交的层理面，产状309°/SW∠70°，岩层倾角较大，挖方边坡可能出现的滑动形式为结构面组合发生折线滑动，在坡脚剪出。

4.3 边坡稳定性定量分析

用GEO5（2022版）岩土计算软件对边坡在天然及强降雨或持续降雨作用下的稳定性特征进行分析，计算工况考虑正常和非正常工况。据此对BC～HI 6段边坡每段取一个典型断面（1-1剖面～6-6剖面）进行稳定性计算分析，根据定性分析结论［1-2］，对BC～FG段填方边坡采用毕肖普法自动搜索最危险滑面计算稳定系数，对HI段挖方边坡采用不稳定推力法（隐式），指定折线滑面并自动搜索最危险滑面计算稳定系数。计算结果如表2所示，计算结果最危险滑面如图4～15所示。

4.4 结果分析

根据上述定性及定量分析，BC～FG段填方边坡正常工况下稳定性系数均＞1.05且＜1.35，属基本稳定状态；非正常工况下稳定性系数为＞1.05且＜1.25，属基本稳定状态。稳定系数多接近1.05，由此可见填方边坡整体处于基本稳定状态，但安全储备不足，特别是暴雨工况或持续降雨工况下，边坡接近极限平衡状态，且推测滑面剪出口多位于坡脚挡墙之上，存在越顶风险，滑塌体越顶后可能进一步侵占高速公路路面，需加强坡体防护。

HI段挖方边坡按原设计方案正常工况稳定系数为1.02，属欠稳定状态；非正常工况稳定系数为0.84，属不稳定状态。可见按原设计开挖坡率及防护措施进一步开挖［3］，坡体极有可能出现失稳，进而导致隧道一侧拱肩山体最大覆盖厚度急剧减少，导致隧道偏压过大，隧道衬砌结构出现局部应力集中，对隧道结构稳定造成不利影响，甚至局部变形过大［4-5］。

5 结语

本文通过对产业园拟建挖填方边坡的定性定量分析，得出以下结论：

（1）按原设计方案，填方边坡属基本稳定状态，但安全储备不足，特别是暴雨工况或持续降雨工况下，边坡接近极限平衡状态，且推测滑面剪出口多位于坡脚挡墙之上，存在越顶风险，滑塌体越顶后可能进一步侵占高速公路路面。

（2）挖方边坡正常工况属欠稳定状态，非正常工况属不稳定状态，坡体极有可能出现失稳，进而对隧道结构稳定造成不利影响，甚至局部变形过大。

（3）建议填方边坡进一步加强防护，坡脚设置宽平台，避免滑塌体侵占高速公路路面。邻近隧道的挖方边坡需保证边坡与隧道的最近距离不宜过小，充分保证隧道外侧拱肩山体最大覆盖厚度。开挖后避免隧道偏压，因此建议挖方边坡增加强支护措施。

（4）本文通过无人机倾斜摄影测量技术+三维实景建模，对拟建场地进行了宏观建模，结合实地局部的微观調查，对挖填方边坡进行了较为客观的定性分析。通过GEO5软件的定量计算，模型较为直观，计算结果相对清晰可靠。可见本文采用的成套技术对边坡稳定的定性定量分析，特别是对边坡邻近隧道的稳定性分析是直观、可靠且易于推广的，也为边坡的后期治理提供了充足的依据，可供相似工程参考借鉴。

参考文献

［1］JTGD30-2015，公路路基设计规范［S］.

［2］TB10003-2016，铁路隧道设计规范［S］.

［3］肖金科.某浅埋隧道开挖对侧边坡稳定性影响分析［J］.岩土工程与地下工程，2020，40（2）：140-141.

［4］赵东平，王明年，贾玲利.路堑边坡开挖对邻近既有隧道影响研究［J］，岩土力学，2009，30（5）：1 399-1 402.

［5］杨耀.边坡开挖对下卧铁路隧道影响的数值分析［J］.公路与汽运，2020（3）：160-164.

收稿日期：2023-09-09