隧道洞口邊坡孤石群治理方案

付浪喜

（上海隧道工程有限公司廣東分公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

1.1 總體概況

該隧道所在區(qū)段長約2.2km，采用左右線分離行車的雙向6車道結(jié)構(gòu)形式，隧道范圍內(nèi)中線高程介于19.3～327.1m，山體自然坡度為30～45°，局部大于60°，山體表層植被較發(fā)育。隧道采用新奧法施工。

1.2 地質(zhì)情況

根據(jù)鉆探結(jié)果，地層按自上而下的順序依次為人工填土層、第四系坡積層及殘積層，下伏基巖為燕山期花崗巖。其中，勘察揭露的花崗巖，根據(jù)風(fēng)化程度不同可分為全風(fēng)化、強風(fēng)化、中風(fēng)化和微風(fēng)化花崗巖。

1.3 孤石（群）分布情況

根據(jù)勘察報告顯示，在該出進口以上至標高80m之間區(qū)域孤石分布范圍廣，數(shù)量多、方量大，普遍埋深較淺，且多分布于山頂或山腰的高地，與坡腳高差大，部分呈群狀層疊分布。

2 孤石群治理方案設(shè)計原則

孤石群治理設(shè)計應(yīng)以清除地質(zhì)災(zāi)害隱患為根本原則，同時兼顧技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理、功能上優(yōu)化的原則。

（1）治理范圍內(nèi)穩(wěn)定性差、危害程度大，對相鄰孤石（群）影響范圍較小的孤石采取靜態(tài)爆破清除，以徹底消除安全隱患，保證安全。

（2）對清理難度大且通過工程措施加固可達到穩(wěn)定性要求的孤石實施加固工程。

（3）為確保安全，在隧道口上方設(shè)置兩道SNS被動防護網(wǎng)，大范圍攔截滾落的孤石。

3 治理方案

3.1 靜態(tài)爆破

孤石采取靜態(tài)爆破清除，從孤石頂往基底垂直布孔，用風(fēng)鉆鉆1～2排密集空孔，排距為40cm，孔徑為40mm，孔距為45cm，孔深為計劃破碎高度的1.05倍，取破碎劑水灰比為1∶0.28。其中，地質(zhì)環(huán)境修復(fù)在靜態(tài)爆破后進行，以因地制宜保持斜坡地形為原則，輔以擋土堤覆土形成平緩坡面，在坡面上噴播草籽綠化。

3.2 孤石加固支撐設(shè)計

（1）加固擋墻結(jié)構(gòu)。加固擋墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。擋墻高度分別為2m、3m，擋墻混凝土強度等級為C30，擋墻斷面呈矩形，根據(jù)現(xiàn)狀孤石的形態(tài)，在孤石下方呈圓弧狀托住孤石，高度為孤石高度的1/2（地面算起），厚度為0.4m。擋墻內(nèi)側(cè)填充漿砌塊石至孤石，支撐孤石。在擋墻上設(shè)置2排灌漿錨桿，錨固擋墻，根據(jù)場地巖土體地質(zhì)特征，灌漿錨桿按長度8m控制，或進入中、微風(fēng)化基巖不小于4m。通過擋墻計算軟件按結(jié)構(gòu)尺寸（墻身高3m、墻頂寬0.8m、面坡傾斜坡度1∶0.25、背坡傾斜坡度1∶0）的最不利組合進行鋼筋混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)驗算，各項驗算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

（2）加固擋墻基礎(chǔ)。適用情況：當擋墻基底為堅實的中風(fēng)化花崗巖基巖，基礎(chǔ)坐落于整平的基巖面上；當擋墻基底主要為殘積土或全、強風(fēng)化巖時，基礎(chǔ)埋深為0.5～1m。

3.3 被動柔性防護網(wǎng)設(shè)計

（1）被動防護網(wǎng)。根據(jù)實際情況，采用Rock Fall軟件對邊坡落石速度、彈起高度和落點等運動特征進行模擬分析計算，并自動計算其統(tǒng)計學(xué)規(guī)律，確定攔截系統(tǒng)的位置和高度。該模擬計算分析基于以下假定：①由于失穩(wěn)前的位移長期積累，落石的初速度一般很小，以初速度為零做自由落體運動，模擬計算時不考慮隨機因素的影響；②不考慮落石可能摔碎、破裂的情況；③假設(shè)落石重量對落石的路徑和拋射距離無影響。坡面為裸露的基巖，落石模擬的初始狀態(tài)參數(shù)：落石數(shù)量為50；初始水平線速度為0.5m/s，初始垂直線速度為0.5m/s，初始角速度為0～0.5rad/s；落石塊為球形、彈性體。以邊坡中典型斷面5-5′剖面為例，模擬分析結(jié)果（見圖1）。分析圖1可知，從斜坡面落下的孤石受土層摩擦和植被限制，上部孤石動能快速衰減，運移路程有限，孤石在坡面上的彈跳高度一般約2m，能量最大值約26kJ。

圖1 落石彈射高度及能量軌跡分布圖

針對該防護區(qū)坡面特點，該工程設(shè)計滾石攔截方案時，在隧道口上方標高約48m和80m的位置設(shè)置兩道SNS被動防護網(wǎng)，在大范圍內(nèi)對滾落的孤石進行攔截，且考慮一定的富余量。因此，采用RX-050型被動防護系統(tǒng)，高度為3m，該系統(tǒng)可攔截撞擊能為500kJ的落石。

其中，被動防護網(wǎng)構(gòu)件的主要技術(shù)指標要求如下：①采用工廠生產(chǎn)的DO/08/200型鋼繩網(wǎng)，高度3m；工廠定型生產(chǎn)的SO/2.2/50/45°型格柵網(wǎng)。②鋼柱根據(jù)被動系統(tǒng)的5m高度采用20號工字鋼加工而成。③基座為鋼結(jié)構(gòu)件，尺寸為長×寬=600mm×250mm，通過4根φ28mm地腳螺栓錨桿將鋼柱固定在基座上，橫向間距為400mm，縱向間距為150mm，錨桿由φ28mm螺紋鋼筋加工制作，總長1.1m，錨入巖層深度為1m，地面出露10cm，頂端絲口M27×100mm，并配相應(yīng)墊片和螺母，鉆孔注漿錨桿采用M20水泥砂漿或純水泥漿，輔以必要的添加劑。④減壓環(huán)采用GS-8001，每跨平均減壓環(huán)數(shù)6個。⑤上下支撐繩宜采用不小于φ16mm鋼絲繩，每跨每根各1個減壓環(huán)。⑥鋼絲繩錨桿采用雙股形式的不小于φ16mm鋼絲繩錨桿，上拉錨桿長度6.0m或進入完整中～微風(fēng)化花崗巖時不少于4m，入射角度≥18°，抗拉設(shè)計值不小于60kN；側(cè)拉錨桿長6.0m，入射角度≥18°，抗拉設(shè)計值不小于60kN。⑦落石防護網(wǎng)架設(shè)于基礎(chǔ)上，水平距離為3～4m，防護系統(tǒng)高度為3m。

（2）主動防護網(wǎng)。主動防護系統(tǒng)采用GPS2型斜坡穩(wěn)定防護系統(tǒng)（見圖2）。其中，構(gòu)件的主要技術(shù)指標要求如下：①鋼絲繩錨桿應(yīng)為直徑≥16mm的鋼絲繩彎折后成雙股用繩卡或鋁合金緊固套管固定而成，并在固定后的環(huán)套內(nèi)嵌套雞心環(huán)，錨桿長度為2～3m；拉錨繩應(yīng)在一端用相應(yīng)規(guī)格的繩卡或鋁合金緊固套管固定并制作掛環(huán)。坡頂沿線錨桿長度為3m，入射角度為30°，抗拉設(shè)計值≥60kN，其余錨桿長度為2m，入射角度為18°，抗拉設(shè)計值≥50kN。②橫向支撐繩和縱向支撐繩均采用φ16mm鋼絲繩，支撐繩縱橫交錯呈4.5m×4.5m正方形（邊沿位置根據(jù)需要有時按4.5m×2.5m）布置，與錨桿相聯(lián)結(jié)并進行預(yù)張拉。③采用工廠生產(chǎn)的DO/08/300/4.0×4.0型鋼繩網(wǎng)，邊長均為4.0m（根據(jù)地形情況局部可能為2.0m×4.0m），即DO/08/300/4.0×4.0（表示由直徑為8mm的鋼絲繩編制、網(wǎng)孔菱形的邊長為300mm、網(wǎng)塊形狀為正方形、邊長均為4.0m的菱形鋼絲繩網(wǎng)）。④縫合繩采用不小于φ8mm鋼絲繩。⑤采用工廠定型生產(chǎn)的SO/2.2/50型格柵網(wǎng)，由直徑≥2.2mm的熱鍍鋅鋼絲編制而成，網(wǎng)孔為50mm×50mm。

圖2 GPS2斜坡穩(wěn)定性系統(tǒng)示意圖

3.4 邊坡監(jiān)測設(shè)計

邊坡監(jiān)測由三部分組成，即監(jiān)測樁監(jiān)測、地面調(diào)查、錨桿結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測。

（1）監(jiān)測樁監(jiān)測。孤石頂部布設(shè)了12個監(jiān)測樁，如發(fā)現(xiàn)變形連續(xù)增加時應(yīng)加密。

（2）地面調(diào)查。邊坡支護過程中應(yīng)對坡面及坡頂外約20m范圍內(nèi)進行定期調(diào)查，主要調(diào)查坡頂?shù)乇硗馏w有無裂縫和坡面巖土體有無變形或破壞。邊坡支護完成后也應(yīng)對邊坡定期觀測調(diào)查，坡頂調(diào)查內(nèi)容同上。坡面調(diào)查主要觀測支護結(jié)構(gòu)有無變形或破壞，當發(fā)現(xiàn)支護結(jié)構(gòu)有變形或破壞跡象時應(yīng)記錄其發(fā)生的時間、位置、范圍、影響嚴重程度等，若情況嚴重時應(yīng)及時通知有關(guān)單位并采取應(yīng)急措施。

（3）錨桿結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測。錨桿結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)選擇應(yīng)力最大處，監(jiān)測數(shù)量不宜少于同類型總數(shù)的5%，且不應(yīng)少于3根（處）。監(jiān)測時間：邊坡治理工程監(jiān)測包括施工全過程和竣工后不少于2年，下暴雨時應(yīng)加密監(jiān)測。

4 治理流程

孤石下方均為斜坡，工作面狹窄，陡坡下方即為隧道口施工區(qū)域，人員活動密集，治理期間應(yīng)采取有效的安全措施，確保施工人員、居民及財產(chǎn)安全；同時，清理工作面及基底時應(yīng)避免擾動上方孤石。治理流程：（1）被動防護網(wǎng)及孤石加固范圍放線；（2）清理工作面、布置施工安全防護及隔離措施；（3）SNS被動防護網(wǎng)施工；（4）孤石支擋加固體施工；（5）SNS主動防護網(wǎng)施工；（6）靜態(tài)爆破清理孤石；（7）地質(zhì)環(huán)境修復(fù)；（8）清理現(xiàn)場等收尾工作。

5 結(jié)果分析

該工程通過采用上述處理孤石的方法，成功通過靜態(tài)爆破治理了隧道洞口51處孤石（群），“鋼筋混凝土加固+巖石錨桿”技術(shù)治理了6處孤石。施工過程中的風(fēng)險可控，施工效果良好，有效避免了將潛在的滾石風(fēng)險帶至隧道運營期，極大程度上保證了隧道結(jié)構(gòu)及行車安全。

6 結(jié)語

對于山嶺隧道，在隧道運營前，應(yīng)對洞口邊坡的孤石進行勘察與處理，降低滾石風(fēng)險。文章針對具體工程，通過現(xiàn)場踏勘及模擬計算后，決定采用多種治理孤石群的技術(shù)方案，施工效果良好，可為類似地質(zhì)條件下的山嶺隧道修建提供參考。