高原峽谷區(qū)高陡邊坡滑塌綜合治理技術

肖 冰

(中鐵二十一局集團第三工程有限公司，陜西咸陽 712000)

1 工程概況

由中鐵二十一局集團三公司獨立承建的拉薩至日喀則鐵路盆因拉隧道全長10 410 m，起訖里程DK134+763—DK145+173，為全線最長單線隧道，也是全線關鍵控制性工程，于2011年3月正式開工。該隧道進口洞口位于尼木縣高山區(qū)，地形陡峻，自然邊坡45°～60°，出露巖性為閃長巖，坡面基巖裸露，植被稀疏。由于巖體受構造及物理風化作用影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部基巖凸起、懸空，危巖落石遍布。

隧道進口段有一V形泥石流溝谷，洞口位于半坡中間，洞口與谷底高差約60 m，邊坡頂部與谷底高差約110 m。坡面陡峻，基巖裸露，幾乎無植被覆蓋，山體表面節(jié)理裂隙密布，巖石風化嚴重，有危巖落石分布。在對洞口施工時，洞頂危巖隨時可能滑塌。2012年8月，經建設、設計、監(jiān)理及施工單位聯(lián)合現(xiàn)場勘察，決定對該部位進行治理。該地區(qū)氣候條件惡劣，常年不定時有大風天氣，風力最高可達8級。尤其是施工部位處于風口位置，較其它地方風力更大。6月—8月為雨季，天氣變化無常。如此高度、如此破碎坡面，加之惡劣的氣候條件，給工程施工帶來很大困難，因此要采取工程治理措施，防止發(fā)生滑塌事故。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

隧道進口線路的走向近EW，根據既有隧道進口邊坡坍塌現(xiàn)狀，結合巖體節(jié)理裂隙發(fā)育情況，隧道進口邊坡的穩(wěn)定性自溝底至山脊縱向可分為4段進行評價。

2.1 溝底至高程3 769 m(洞口下方殘留卵石土上界)附近

該段發(fā)育有2～3組節(jié)理，巖體多切割成塊狀、巨塊狀，巖體完整性好。主節(jié)理走向總體為NE向，傾向N，與線路大角度相交，在縱斷面中反映為傾向山里的一組節(jié)理。自然邊坡近似直立，為溝內水流對沖面，巖體新鮮、完整。本段邊坡穩(wěn)定性好，無需防護。

2.2 高程3 769 m附近至隧道基底(高程3 798 m)

該段巖體發(fā)育4組節(jié)理，其中J2，J4為順坡向節(jié)理，是不利結構面。隧道基底下方是長大節(jié)理J3。在橋臺開挖后，線路右側基巖山體較薄，在爆破、機械振動、附加荷載等綜合因素的影響下，節(jié)理J3易延伸、擴張，導致其上方右側巖體失穩(wěn)，同時對橋臺、隧道基礎的穩(wěn)定性造成嚴重威脅。因此，本段坡面巖體在3組不利結構面的共同影響下，對隧道基底、橋臺基礎均構成嚴重威脅。

2.3 隧道基底至洞頂凸起基巖上方(高程3 820 m附近)

本段為塌方段落，塌方導致洞頂以上約7 m處(高程3 812 m)為一負地形，其上方巖體凸起、懸空。該塌方體受J1，J2，J4節(jié)理面控制，形成一個菱形砌體，在機械擾動作用下墜落。塌方后形成的基巖在自重、雨水、機械擾動等影響下易墜落，為危巖體，對下部的隧道口、橋臺施工及已建橋墩的安全造成嚴重威脅。

2.4 洞頂凸起基巖上方至山脊

本段施工中已采取了主動防護網的處理措施，但受塌方體及對其前端懸空巖體的爆破清除、刷方的影響，原本處于穩(wěn)定狀態(tài)的坡面在4組節(jié)理面、巖體自重、雨水等的共同作用下，形成新的危石。

3 工程防治措施

為確保施工、運營安全，對盆因拉隧道進口段洞口采取刷坡，設置錨索、防護網等綜合防護措施防止隧道洞口附近巖體失穩(wěn)。對洞口3 769 m高程以上(不含隧道洞身部分)邊坡進行加固處理。加固范圍及措施如下:

1)洞口以上部分設主動防護網。

2)高程3 769 m～3 848 m范圍內，清除坡面危石，并對洞口上方及右側部分不穩(wěn)定體進行挖方。

3)邊坡設置預應力錨索加固，隧道洞身及橋臺外輪廓線以內不布設。

4 施工方案

施工順序:施工準備→橋墩防護→洞口刷方→搭設支架→錨索施工→主動網防護→現(xiàn)場清理→施工完畢。

4.1 高陡邊坡控制爆破

隧道小里程接中鐵十二局承建施工的澤朗曲大橋，為兩跨連續(xù)梁結構，目前已完成主墩墩身及6#段混凝土澆筑。為保證施工安全，除對橋墩進行必要的防護之外，在洞口危石及削坡爆破作業(yè)中，采用控制爆破措施。

4.1.1 爆破時應考慮的因素

采用單排淺孔微藥量方法進行爆破，既要控制石渣飛濺方向，又要控制爆破威力，使飛濺的石渣遠離已施工完成的澤朗曲大橋主墩及梁體。

4.1.2 爆破參數

炮眼方向與隧道線路中心呈30°夾角，布置如圖1所示，圖中圓圈內數字表示所采用導爆管段位。

圖1 爆破平面布置示意

為減小爆破威力，削坡采用多排淺孔爆破方法進行，設計削坡深度為0～10 m。為減小爆破影響，根據實際情況分次進行，每次爆破深度不大于1 m。爆破參數計算結果如下:①炮眼方向垂直于巖面，炮眼間距為0.7 m;②排距為0.7 m;③每循環(huán)爆破鉆孔6×2個，孔徑4.2 cm，孔深1 m;④單孔裝藥量0.2 kg;⑤每循環(huán)計劃爆破方量為5 m3。

4.1.3 刷坡露天爆破輔助措施

炮眼打好后起爆前，在爆破點處覆蓋鋼絲網片以控制爆破時飛濺的石渣，鋼絲網網格間距1 cm，覆蓋面積5 m×3 m，用φ22錨桿對網片4個角進行固定，錨桿錨固長度1.5 m。

4.1.4 刷坡圍巖監(jiān)控措施

為防止在爆破后對周圍巖體產生擾動，造成巖體順節(jié)理面滑塌，在爆破時采取必要監(jiān)控措施。

對于較大節(jié)理，采用在節(jié)理兩側巖體繃細繩的方法，當節(jié)理有較大形變時，細繩崩斷。較小節(jié)理采用貼紙條方法，節(jié)理有較大變形時，紙條崩裂。此時需停止施工作業(yè)，施工人員遠離節(jié)理位置，并對節(jié)理進一步觀察，待穩(wěn)定后再繼續(xù)施工。

4.2 支架搭設

支架搭設如圖2所示。

圖2 支架搭設示意

考慮到盆因拉隧道洞口位置較高，經過方案比選后決定采用半坡支架。這種支架搭設優(yōu)點是不需要從底面開始，從坡面任意位置即可開始搭設。因此，只需要在施工錨索位置搭設支架即可，不但大大節(jié)約了材料、人工、時間，而且支架搭設更加靈活、方便，經濟效益明顯。

支架結構計算考慮的主要荷載:①腳手架自重(恒載);②施工人員、機具、材料重量(恒載);③風力(活載);④鉆孔時機器反作用力(活載)。

任取某一層作為施工平臺進行計算，經過支架結構計算后，認為使用如下參數，既可滿足支架結構穩(wěn)定性要求，又能滿足施工需要。①架管使用內徑32 mm，壁厚3.5 mm普通架管。②水平桿間距1.3 m，立桿間距1.0 m。③掃地桿順坡方向布置，距離坡面30 cm左右，除了與立桿、水平桿使用扣件有效連接，還使用鎖腳錨桿對掃地桿進行固定。④鎖腳錨桿使用φ22砂漿錨桿垂直于坡面設置，錨固長度2 m，間距2 m左右，保證每個立桿根部都有鎖腳錨桿固定。⑤工人作業(yè)時，在腳手架上搭設架板作為作業(yè)平臺，架板選用厚度＞5 cm木板，兩端和支架固定牢固。

4.3 錨索施工

1)造孔。清理、平整坡面，清除坡面浮石等，以利于框架梁等與坡面自然契合，由測量人員準確定出孔位，用方向架定出錨索(桿)方向，據之調整鉆機位置。鉆孔時鉆具的斜度與定位器定出的斜度一致，在鉆孔過程中經常校正鉆孔方向(每5 m一次，用測斜儀校驗，誤差:傾角 ±0.5°，方位角 ±1°)，鉆孔完畢后用高壓風清孔。錨孔位放線，各方向允許誤差±1 cm。

2)錨索組裝。先調直，截取鋼絞線，其長度L=L1+L2+L3，其中，L1為鉆孔深度(自墊板承壓面到孔底)，m;L2為鋼絞線伸出墊墩承力面外長度(千斤頂安裝張拉所需的預留長度)，取1 500 mm;L3為孔底預留深度，取300 mm。截取鋼絞線宜用無齒鋸，盡量避免用氣割。錨固段鋼絞線應做除銹處理，間隔1 m安裝擴張環(huán)和緊箍環(huán)使之成節(jié)狀，以增強與砂漿體的結合力，錨固段端頭裝導向尖錐，以利下錨。自由段錨索每1.5 m扎一道鐵絲，形成直線形狀，自由段采用除銹、防腐、涂黃油、穿套聚乙烯管，最后在錨索端頭套上導向帽，制作完畢后按孔號編號掛標簽存放。將組裝好的錨索抬至孔位處，清孔，將錨索緩緩插入孔底，注漿管與錨索一起裝入，管口與孔底要保持15～30 cm的距離。張拉段鋼絞線應涂防腐劑。

3)錨索安放?？變仍儆酶邏猴L清孔一次，然后放入錨索，錨索外套上定位片使錨索居中，應防止錨索扭壓、彎曲。注漿管應隨錨索一同入孔，注漿管頭部距孔底5～10 cm。錨索定位止?jié){環(huán)到達孔口時，停止推送，再檢查一遍排氣管是否暢通。

4)錨固段注漿:用砂漿攪拌機和注漿泵，采用排氣有壓注漿，砂漿由孔底注入，空氣由錨索孔排出。注漿壓力不小于0.6～0.8 MPa。砂漿必須用M40砂漿，中砂過篩，加早強劑，砂漿用攪拌機攪拌均勻，漿液在初凝之前用完，不得混入雜物。注漿到錨固段注滿后即停止，砂漿灌注必須飽滿密實。

5)錨墩。墊墩采用C30鋼筋混凝土預制。錨墩面板的關鍵是必須保證其上表面與錨索垂直。錨墩制作各方向允許偏差均為±3 cm。先安放好孔口定位鋼管，以保證錨墩與錨孔垂直。

6)張拉錨索。在外錨墩墊混凝土、錨孔內灌注砂漿達到70%強度后可進行錨索初張拉。張拉一般分為預張拉、第1次二級張拉、第2次多級張拉、第3次多級張拉。①預張拉的目的是為了將鋼絞線由自然狀態(tài)轉入調直、繃緊狀態(tài)。預張拉應力為控制張拉應力值的5%，一般采用小千斤頂張拉。②第1次張拉應力值為施加預應力的70%，一般分2次逐級進行，每級穩(wěn)定時間不少于10 min。③第2次張拉在第1次張拉后3～5 d進行，一般分為三級進行，最后一級張拉應超張拉15%。④超張拉完成后，立即用自鎖式夾片將錨索鎖定于錨具上。錨頭部分涂防腐劑再用C30混凝土封錨，保護層厚度不宜小于5 cm。

7)自由段注漿、封口。張拉完成后，通過預留注漿管(管口距原砂漿面30 cm)進行封孔注漿，孔中的空氣由設在定位止?jié){環(huán)處的排氣管排出，要求孔中注滿漿液，然后從錨具起留5 cm鋼絞線，用鏨截子截去多余部分，錨頭部分涂防腐劑再用C30混凝土封錨。

8)在錨固工程施工初期，應進行錨桿、預應力錨索錨固試驗。錨索試驗數量按工作錨索的3%控制。錨固試驗的平均拉拔力不應小于預應力錨索的超張拉力。當平均拉拔力低于此值時，應再按3%的比例補充錨索試驗的數量。

4.4 主動防護網施工

主動防護網材料采用GSP2型(鋼絲繩+鋼絲格柵網)，結構配置為鋼絲繩錨桿+支撐繩+縫合繩+鋼絲格柵網。

施工方法如下:

1)對坡面防護區(qū)域的浮土及浮石進行清除。

2)放線測量確定錨桿孔位(根據地形條件孔間距可有0.3 m的調整量)，并在每一孔位處一定深度鑿不小于錨桿外露環(huán)套長度的凹坑，一般口徑20 cm。

3)按設計深度鉆鑿錨桿孔并清孔，孔深應比設計長度長5 cm以上，孔徑≥49 mm;當受鑿巖設備限制時，構成每根錨桿的兩股鋼絲繩可分別錨入兩個孔徑≥35 mm的錨孔內，形成人字錨桿，兩股鋼絲繩間夾角為15°～30°，以達到同樣的錨固效果。

4)注漿并插入錨桿(錨桿外露環(huán)套頂端不能高出地表，且環(huán)套段不能注漿，以確保支撐繩張拉后盡可能緊貼地表)，一般環(huán)境下采用M25水泥砂漿。應確?？變葷{液飽滿，在進行下一道工序前注漿體養(yǎng)護不少于3 d。

5)安裝縱橫向張拉繩，張拉緊后兩端各用2～4個(張拉繩長度＜15 m時為2個，＞30 m時為4個，其余為3個)繩卡與錨桿外露環(huán)套固定連接。

6)從上向下鋪掛鋼絲格柵，格柵間重疊寬度不小于5 cm，兩張鋼絲格柵間的縫合以及與張拉繩間用φ1.2鐵絲按1 m間距進行扎結。

7)從上向下鋪設鋼絲繩網并縫合，縫合繩為φ8鋼絲繩，每張鋼絲繩網均用一根長約30 m(或27 m)的縫合繩與四周支撐繩進行縫合并預張拉，縫合繩兩端各用兩個繩卡與錨桿外露環(huán)套進行固定聯(lián)結。

8)邊坡巖層破碎、松散時，鋼絲繩錨桿可加長。

5 施工安全管理措施

在高陡邊坡控制爆破施工中:①要注重施工人員自身安全，施工人員要佩戴必需的防護用品;②對周邊既有建筑物、設施、線路要進行可靠的防護;③爆破設計要經過精確計算、方案要經過嚴格審核;④在首次爆破中，應盡量減少炸藥使用量，爆破參數在隨后爆破過程中動態(tài)調整;⑤爆破作業(yè)前，對危險區(qū)域進行安全警戒;⑥對山體、周圍建筑嚴密監(jiān)控，隨時關注爆破前后變化，制定相應的應對措施。

6 結語

盆因拉隧道進口滑塌高陡邊坡綜合治理效果明顯，說明所采取的綜合治理技術合理可行。同時也說明，根據高陡邊坡不同區(qū)段的地質條件采取科學、合理的防治體系是治理高陡邊坡滑塌的關鍵。

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