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1 前言

由于隧道开挖形成新的变形空间，将会影响到围岩和浅埋地表，特别是隧道进洞口段的边坡，其一般为风华裂隙发育且受地表水严重侵蚀的岩土体。当隧道开挖后，很难形成承载拱，常常导致洞口段的坍塌或边坡开裂破坏等事故。因此在进行隧道进洞设计及施工时，必须对进洞口的边坡稳定进行分析研究，确保其安全稳定。

目前隧道进洞口边坡稳定的研究中，大多采用极限平衡理论和数值模拟的方法。邹启新^[1]等运用二维有限元数值模拟技术，总结隧道洞口边坡的变形与其应力之间的变化规律，并评价了洞口段的边坡加固效果；徐卫亚^[2]等通过有限差分与 FLAC3D 软件相结合的方法，分析研究了不同工况下的隧道洞口段边坡的变形及稳定性状况进；朱合华^[3]等，用有限元软件数值模拟隧道洞口段施工，分析隧道洞口边坡在动态施工过程中变形。

本文结合某隧道进洞口边坡实际问题为依托，研究了隧道进洞口边坡的破坏模式，并运用有限元软件数值模拟分析边坡在隧道开挖支护后的变形特征。

2 隧道洞口边坡破坏模式

隧道进洞口边坡的变形除了受到隧道及边坡所处的地形地貌、地质状况、气候、地表及地下水、植被等因素影响外，还受到隧道施工的影响：

（1） 边坡在自然长期风化作用及地壳运动作用下，逐渐向稳定状态发展，因此工程建设是影响边坡最重要和突然的因素^[4]。隧道的开挖特别是机械、爆破开挖，会对边坡造成极大的扰动作用，极大地改变了边坡原有的应力平衡条件，导致边坡底部的临空，极容易诱发一系列工程事故。因此洞口边坡选择合适的开挖方式，边坡采用适当支护方式异常重要。

（2） 随着隧道的施工时间不断增长，隧道开挖导致的围岩及边坡应力重分布的时间越长，围岩及边坡产生流变现象。特别是岩土体的蠕变，当受到的剪应力较大时，岩土体的变形速率也较大，边坡极易产生破坏。

边坡的破坏是由边坡的变形累计量变引起的质变，即当边坡岩土体或结构面的抗拉或抗剪切强度小于隧道逐渐开挖导致的边坡岩土体应力逐渐增大的应力时，边坡将失稳破坏。其破坏模式主要有：

（1） 崩塌破坏：边坡上部的岩土体与坡体分离，翻滚而下，无明显的滑动面，极易在高而陡的边坡前缘发生；

（2） 楔形破坏：隧道的开挖导致上部岩土体的关键支撑块体被移除，从而引起崩溃破坏，其往往在围岩完整程度比较好的情况下发生，且很突然，往往没有明显前兆；

（3） 平面破坏：隧道的开挖扰动了边坡的原有平衡，在边坡的软弱面上发生的平面滑动破坏，可分为张拉和剪切破坏，根据以往的事故总结，此类型的破坏发生频率最高。

隧道洞口边坡破坏可能引发山体滑坡掩埋洞口，初期支护与二次衬砌变形、开裂、甚至坍塌。

3 隧道洞口边坡破坏的人为因素

（1） 后行洞进洞前未进行有效偏压处治导致先行洞边坡失稳。

（2） 进场道路和临建设施设置不合理，开挖或修建时导致边坡坡脚破坏，诱发偏压坡体失稳。

（3） 进洞前未对偏压山体采取有效处治措施导致边坡失稳。

图1 某隧道洞口边坡失稳前

图2 边坡失稳导致洞口坍塌掩埋

4 工程概况

某隧道区属于浅中切割台原型峰丛洼地，进口口位于边坡底部，边坡高12米，洞顶上方存在一人防洞室。地层主要覆盖为第四系残坡积层，下伏基岩为三叠系下同嘉陵江第二、三、四段。边坡主要为泥岩，隧道进口走向与岩层走向大角度相交，隧道开挖存在地层偏压，应采取必要措施消除偏压的不利影响。边坡拟放坡坡率为1:0.5，坡面采用锚喷支护，锚杆长度4.0m间距1.5m梅花型布置，挂网喷射混凝土厚度10cm。

5 计算模型

运用MIDAS/GTS有限元软件分析系统进行模拟，计算的力学参数依据地勘单位提供的岩土力学参数，取值见表1：

表1  围岩及支护结构物理力学参数

计算模型根据实际边坡尺寸、地质条件及各材料物理力学特征，岩土本构关系服从摩尔库伦岩土屈服准则，模型左、右边界X方向位移约束，底部边界Y方向位移约束，顶部边界自由面，见图1：

图3 进洞口边坡模型

6 计算结果

根据计算结果隧道施工完成后，边坡边坡最大水平位移拱顶下沉-2.75mm，最大竖向位移6.2mm；人防洞室结构顶下沉1.2mm，人防洞室结构水平位移0.87mm，变形云图见图2、3。

7 结论

（1） 隧道进洞口边坡的影响因素较多，失稳破坏的模式较复杂，在隧道施工过程中，应及时进行支护，对隧道支护结构和位移进行监控量测。

（2） 根据数值模拟结果，隧道进洞口的开挖对边坡及人防洞室结构有一定的影响，但位移较小，洞口边坡及人防洞室较稳定，影响较小，支护施工方法可行。

参考文献

[1]邹启新，邓家林，薛维成．邙山黄土高边坡稳定静力有限元分析计算[J]．水利水电快报．2001．

[2]徐卫亚，宋晓晨，周维垣．水电站进水口岩石高边坡及坝坡与洞室相互作用的三维数值分析[J]．岩石力学与工程学报，2004.

[3]朱合华，李新星，蔡永昌，丁文其．隧道施工中洞口仰坡稳定性三维有限元分析[J]．公路交通科技，2005，22(6)：119-122.

[4]陈建平．高边坡岩堆地区隧道洞口段围岩稳定性分析[D]．成都：西南交通大学，2008.

[5]郑彦奎．隧道洞口边坡稳定性研究[D]．重庆：重庆大学，2008.

[6]郑颖人，陈祖煜．边坡与滑坡工程治理[M]．北京：人民交通出版社，2007.