隧道洞口段危岩崩塌落石冲击风险评价探讨

隧道洞口段危岩崩塌落石冲击风险评价探讨
摘要：随着我国社会的发展，工程线路的走向及场地受限制因素越来越突出，
许多隧道进出口的边、仰坡高陡、地质条件恶劣，在雨水及地震等自然灾害的作
用下，会形成危岩、落石、崩塌等隐患，对隧道洞口段及相邻的桥梁、线路造成
危害，危及行车安全。

关键词：隧道洞口；段危岩崩塌落石；冲击风险；评价研究
引言
国内高速公路经过近十多年的发展，随着公路向山区的延伸及受山区地形的限制，线路
常常在崇山峻岭中穿行，不可避免地会碰到V型沟谷，出现沿河、傍山的高速公路路段。

对
于傍山路段，为了“保护环境、保护生态”，应避免采用高边坡等防护形式，减少对隧道洞口
原生植被的破坏。

同时，由于线路的走向及场地的限制，许多隧道进出口的边、仰坡高陡，
地质条件恶劣，在雨水及地震等自然灾害的作用下，会形成危岩、落石、崩塌等，对隧道及
相邻的桥梁等结构及线路造成危害，影响运营。

1危岩崩塌的基本原理
山体岩石具备较大的岩石惯性，一旦遭受岩层破坏，将会呈现突出的破坏性。

此外，危
岩崩塌还可能呈现多变性的运动轨迹，在崩塌过程中将会滚落更多的碎石。

从运动形式来看，危岩运动具有弹跳、滑动与滚落的多种方式。

岩层失稳的主要类型有以下3种:
（1）岩石滑移。

通常来讲，存在崩塌可能性的岩石都带有较强的脆性特征，典型岩石
有石英岩与石灰岩。

某些滑移状的岩石还会表现为临空面的斜坡前端特征，从而构成了多样
化的岩石滑移形态。

在某些情形下，由于受到较多作用力给岩层失稳带来的影响，因此滑移
现象频繁出现。

（2）岩石倾倒。

岩石倾倒的现象根源于斜坡的柱形岩层节理或者垂直节理，上述节理
现象可能造成岩层倾倒。

在某些情形下，岩层由于受到自重影响，存在较大可能表现为岩层
倾倒，以至于伤害到周边居民的切身安全。

（3）岩石鼓胀。

很多情况下，某些硬度较小并且厚度较大的斜坡软岩都会隐藏在硬质
岩的下部。

斜坡软岩包含了较厚的下方结构面并且表现为复杂性较强的岩层倾角。

随着时间
推移，由于受到挤压的垂直作用力，以至于某些隐藏的软弱岩层就会呈现沉降与鼓胀的趋势，以至于引发规模较大的岩层滑移或者岩层倾斜。

2隧道洞口段危岩崩塌落石冲击风险评价研究
2.1现场调查
首先，对工作区地质背景实施调查，得到物理力学参数等信息，明确重要的工作范围。

其次，对危岩体的特点进行调查，确定危岩的主要失稳形式，从而为防治措施的选取与制定
提供依据。

地质背景调查。

调查对象包括气象、水文、地形地势、裸露地层岩性等。

调查的主要目标，是为了解节理裂隙的实际发育情况和特点。

通常情况下，危岩是由多种裂隙通过切割作
用而成，所以其具有一定控制作用。

基于此，危岩体的调查重心可集中在结构面方面。

危岩体特点调查。

查明危岩体实际情况，确定主要的变形阶段。

由于长时间受到外部环
境的影响，危岩体会表现出一些特定的规律，如出现拉裂面等。

除此之外，在结构面上也有
可能发现擦痕，局部充填物也能通过观察掌握挤压应变的实际特点。

2.2地质灾害评价
危岩崩塌应当能够灵活选择与之有关的灾害评价手段，其中包含定量分析以及定性评价，这两类评价方式共同构成了评价危岩灾害的关键措施。

然而如果遇到危岩崩塌的特殊状况，
则不能够借助定量分析对其予以全面衡量，因此仅限于运用定性方式来开展评价。

定量分析
的侧重点在于全面测评当地现有的真实地质状态，然后据此给出可行的危岩分析方法。

危岩
崩塌会涉及到岩层倾倒，其中根源在于破坏原有的岩层形态并且引发了岩层倾覆。

从定量计
算的角度讲，技术人员通常都会选择定量验算的方式来计算岩层本身具备的抗滑稳定性，上
述计算方式主要适用于滑移式的岩层崩塌。

如果涉及到岩层的鼓胀崩塌，那么必须关注其中
的塑性变形与岩层挤压，关于岩层验算的要点还应当包含抗压强度的精确计算。

2.3细部定量评估
针对初步评估分类等级，再根据8项指标加以细部评估：
（1）边仰坡高度：根据过去可能落石掉块处与所绘两隧道间纵剖面图，可能落石处与
隧道顶高差。

（2）边仰坡倾角：仰坡倾角平均在是否在50°以上。

（3）防治拦截效应：由历史的落石事件，同时考虑边、仰坡高度和倾角及明洞设计长
度（10m和13m）等，通过落石滚动区域预测，综合评定设计明洞措施并不能完全阻止落石
危及隧道洞口段工程及行车安全，故此项评估为“落石常危及线路”。

（4）坡面地质（结构面）：结构面不连续分布，与隧道走向垂直，是否处于不利方位。

（5）坡面地质（表面特征）：节理面是否粗糙、不规则起伏。

（6）落石尺寸：根据现场地质情况及地质描述，可能落石尺寸是否在1m以上。

（7）气象因素：根据地震资料及气象资料，是否考虑该地为中降雨区及强震区。

（8）历史事件：根据过去落石事件，是否评定为“常发生”。

通过总体分析得到隧道洞口段危岩落石风险度分值，由此，确定隧道洞口段危岩落石风
险等级，采取相应防护治理措施。

2.4软件分析及模拟实验
RocFall软件参数分析。

为比较坡面不同覆盖情况下崩塌落石运动轨迹及运动特征的异同，可考虑4种坡面情况，做相关的模拟：（1）坡面基岩出露；（2）早期崩塌体覆盖于部分缓
坡地带，有少量植被发育；（3）坡面覆盖植被良好；（4）坡面上坡段基岩出露，下坡段植
被稀疏，即现状情况下坡面的真实情况。

相关计算参数参考铁道部运输局推荐的恢复系数的
取值方法及已有研究成果，综合边坡岩性、植被、边坡坡度等情况确定。

落石崩落前的变形
为缓慢发展的过程，崩落时初始速度一般很小，在用RocFall软件进行模拟时，暂不考虑其他随机因素的影响，综合选取落石质量为1000kg，水平初速度为0.01m/s，垂直初速度及旋转
初速度均为0m/s，拟定落石数量为50个。

PFC3D模拟试验。

结合前人的野外岩体碰撞试验成果和PFC3D模拟试验，模拟中可采用
的法向阻尼为0.2，切向黏性阻尼为0.1。

根据无人机航测及三维激光扫描获取的区域三维数
字模型构建PFC3D计算所需的三维地表模型，三维地表模型由wall单元构成，按照1:1的比
例构建。

危岩体的几何形态对其运动过程影响巨大，为了真实展现危岩体破坏后运动特征，在危岩运动路径仿真计算中，需要尽可能准确地构建出单个危岩体的真实几何形态。

RocFall软件模拟。

RocFall是一款综合评价边坡落石风险的统计分析软件，在软件中边坡的相关参数都可由用户自定义，以便于对不同形状及坡面特性的边坡进行模拟计算。

在RocFall软件中用户可以在坡面不同位置处自定义“采集器”，用以采集记录落石运动过程中的动能、弹跳高度等数据，设置障碍来模拟实际中的拦挡措施。

利用该软件进行落石运动轨迹的的模拟，对落石防治措施的合理设置具有指导意义。

结语
经过上述分析研究，可知洞口危岩崩塌属于威胁性较强的典型地质灾害，如果没能及时防控，将直接威胁到公路、铁路及其相应的建(构)筑物的安全与正常运营，存在造成人员伤亡和大量的经济损失的隐患。

同时，在现代社会经济发展中，交通运输工程可靠性的高低往往主要取决于工程沿线可靠性较低的局部危岩影响区域。

在目前看来，由于危岩崩塌落石冲击风险研究是一个多学科交叉融合的复杂课题，所以崩塌落石冲击研究任重道远。

因此，在防治灾害的有关实践中，关键举措就要落实于综合性的防灾措施，通过施行前期调查评价的手段来保证落石灾害防治的实效性与精确性；并不断开展危岩、落石应急处置设备的研发，以实现危岩的快速治理以及落实的快速清除，提高交通运输应急处置能力。

参考文献
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