西南艱險(xiǎn)地區(qū)隧道洞口高邊坡危巖體整治施工技術(shù)

馮棟梁

（中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原030001）

科技與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促使工程建設(shè)尋求變革與創(chuàng)新，鐵路隧道、公路隧道、引水隧洞、跨海隧道等地下工程逐步向斷裂破碎帶和活動(dòng)斷裂帶等“隧道修建禁區(qū)”發(fā)起挑戰(zhàn)[1-2]。

成蘭鐵路是在活動(dòng)斷裂帶上修建而成的，屬汶川地震災(zāi)后重建項(xiàng)目，所處位置地形切割強(qiáng)烈、構(gòu)造條件復(fù)雜活躍、巖性條件軟弱破碎[3]，被專家比喻為在“爛豆腐”上修鐵路。

新民隧道處于強(qiáng)烈地震帶上，線路平行于岷江活動(dòng)斷裂帶，新民隧道洞口位于泥石流堆積區(qū)，洞口地表地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)烈發(fā)育，邊仰坡危巖落石、崩塌及地震觸發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，威脅隧道洞口施工及隧道運(yùn)營(yíng)安全。同時(shí)，隧道沿線分布自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)，全部施工區(qū)域緊臨保護(hù)區(qū)的實(shí)驗(yàn)區(qū)，環(huán)境復(fù)雜。為避免隧道洞口高邊坡危巖體造成生命和財(cái)產(chǎn)安全隱患，在隧道進(jìn)洞前需對(duì)隧道口高邊坡危巖體整治方案及施工技術(shù)加以充分研究，確保隧道施工和運(yùn)營(yíng)安全。

1 工程概況

新民隧道出口具有西南艱險(xiǎn)山區(qū)典型的高山峽谷地貌特征，如圖1所示，測(cè)區(qū)位于板塊邊緣構(gòu)造帶，區(qū)域性大斷裂、活動(dòng)斷裂發(fā)育，地震活動(dòng)較為頻繁，施工期間汶川地震余震頻發(fā)[4]。通過(guò)無(wú)人機(jī)掃描勘察，工程區(qū)山體有17條顯著的裂縫及裂隙，裂縫均沿貫通性節(jié)理排列，主要為N50°W/90°NE、N70°W/75°NE兩組節(jié)理。

圖1 高山峽谷地貌

靠近隧道出口方向的邊坡裂縫走向大部分近似平行于等高線，局部與等高線斜交，靠近國(guó)道G213線方向的邊坡裂縫走向大部分垂直于等高線，局部平行于等高線。

裂縫相互切割形成的貫通裂縫局部已形成倒懸孤石，在區(qū)域地震動(dòng)荷載反復(fù)作用和誘發(fā)下，局部孤石隨時(shí)都可能崩滑，存在安全隱患，需綜合研究整治加固方案，徹底整治洞口高邊坡危巖體[5-6]。

整治山體正下方為崖腳巖堆整治已完工程和解放村雙線大橋樁基工程，左側(cè)布置有生活營(yíng)區(qū)及農(nóng)田，右側(cè)布置有新民隧道斜井洞口及施工生產(chǎn)設(shè)施等，如圖2所示。

圖2 隧道口高邊坡正面全貌概略

整治山體背側(cè)呈斷塊式陡崖且局部倒懸，山體巖塊處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，背側(cè)崖腳是通往九寨溝風(fēng)景名勝區(qū)的國(guó)道G213線，國(guó)道G213兩側(cè)屬于居民住宅區(qū)和旅游商業(yè)區(qū)，且毗鄰靖夷堡古遺址省級(jí)文物保護(hù)區(qū)，施工邊緣距該省級(jí)文物保護(hù)區(qū)距離僅130m，如圖3所示。

圖3 隧道口高邊坡背面復(fù)雜環(huán)境

2 整治方案及施工技術(shù)

2.1 整治總體方案

綜合考慮隧道口所處工程地質(zhì)條件和周邊復(fù)雜環(huán)境，結(jié)合已有的工程實(shí)踐和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，最終確定的新民隧道隧道口高邊坡危巖體整治總體方案如下：①對(duì)裂縫發(fā)育危巖體進(jìn)行分級(jí)清方。清方范圍從線路左側(cè)19m至線路左側(cè)167m，全長(zhǎng)約148m。清方坡率為1∶0.3，分2～7級(jí)控制，分級(jí)高度20m，兩級(jí)之間設(shè)置2m寬平臺(tái)，最下一級(jí)平臺(tái)寬度不小于3m。②自上而下第二級(jí)平臺(tái)以上部分采用人工清除，其余采用控爆清除。臨近開挖坡面附近采用光面爆破。③清方后坡面采用噴錨網(wǎng)+大錨桿防護(hù)。④最下一級(jí)平臺(tái)以下自然坡面采用噴錨網(wǎng)+大錨桿防護(hù)。⑤山體背側(cè)坡腳，由下至上設(shè)2道被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)高度7m?？可絺?cè)被動(dòng)網(wǎng)后設(shè)置落石槽，沿山體背側(cè)G213國(guó)道上方陡坎邊設(shè)一道樁板墻。整治施工順序如圖4所示。

圖4 整治施工順序

2.2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.2.1 山體背后防護(hù)技術(shù)研究

2.2.1.1 被動(dòng)網(wǎng)施工技術(shù)研究

山體背側(cè)坡腳，由下至上設(shè)2道被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)長(zhǎng)度分別為580m、690m，防護(hù)高度為7m；靠山側(cè)被動(dòng)網(wǎng)后設(shè)置落石槽。施工時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形適當(dāng)調(diào)整防護(hù)網(wǎng)的位置。被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)采用錨桿、鋼柱、支撐繩和拉錨繩等方式將纏繞型環(huán)形網(wǎng)固定在坡面上，當(dāng)落石沖擊防護(hù)系統(tǒng)時(shí)，沖擊能力主要通過(guò)環(huán)形網(wǎng)吸收和水能裝置消散，殘余能量由受力基體吸收，最終截停落石，達(dá)到攔截落石的作用[7]。

2.2.1.2 落石槽施工技術(shù)研究

高邊坡危巖體開挖清方整治施工時(shí)，在靠山側(cè)被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)內(nèi)側(cè)設(shè)置一道落石槽。落石槽斷面采用上口寬、下口窄的梯形，靠近崖腳側(cè)做成1∶1斜坡，落石槽底寬2m、深3.5m，如圖5所示，采用人工開挖的方式。

圖5 落石槽布置示意圖

2.2.1.3 樁板墻施工技術(shù)研究

沿山體背側(cè)G213國(guó)道上方陡坎邊設(shè)一道樁板墻，樁板墻全長(zhǎng)350m，共設(shè)59根鉆孔樁，樁間距為6m，樁徑2m，地面上為方樁，樁截面為2m×2m。采用C35鋼筋混凝土澆筑。樁間內(nèi)置6m高擋土板，板均采用C35鋼筋砼現(xiàn)澆制作。墻頂設(shè)置4m高被動(dòng)柔性格柵。樁板墻大樣圖如圖6所示。

圖6 樁板墻大樣圖（單位：cm）

2.2.2 山體正面防護(hù)技術(shù)研究

2.2.2.1 落石槽施工技術(shù)研究

以與等高線平行為原則，在崖腳設(shè)置落石槽，其斷面采用上口寬、下口窄的直角梯形，靠近崖腳側(cè)做成1∶1斜坡，落石槽底寬3m、深2m，并在直角邊頂端設(shè)置型鋼柵欄臨時(shí)防護(hù)。

2.2.2.2 型鋼柵欄施工技術(shù)研究

在落石槽頂端或地面設(shè)置型鋼柵欄臨時(shí)防護(hù)，用于攔截山體滾石。型鋼柵欄臨時(shí)防護(hù)主要由型鋼基礎(chǔ)、型鋼鋼柱、支撐繩、拉錨系統(tǒng)、縫合繩、減壓環(huán)等組成，同時(shí)靠山側(cè)設(shè)置鋼絲格柵網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)片。

2.2.3 索道運(yùn)輸技術(shù)研究

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多次詳細(xì)的實(shí)地調(diào)查，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形分區(qū)域設(shè)施兩條索道進(jìn)行土石方及材料運(yùn)輸，索道長(zhǎng)度分別為1號(hào)索道405m，2號(hào)索道242m，索道布置示意如圖7所示。由于索道運(yùn)輸線路經(jīng)過(guò)新民隧道斜井臨時(shí)駐地，為保障人員安全，采用索道運(yùn)輸前，新民隧道斜井臨時(shí)駐地進(jìn)行搬遷。

圖7 索道布置示意圖

索道型式采用單支點(diǎn)單索往復(fù)式架空索道，跨距為300～600m，高差角在30°左右，最大不超過(guò)45°，最大運(yùn)載能力5t，運(yùn)行最大速度為2m/s。承載索采用Φ17.5普通鋼絲繩，支撐架采用360mm×360mm角鋼抱桿，牽引索為Φ12普通鋼絲繩。

2.2.4 坡面防護(hù)技術(shù)研究

2.2.4.1 坡面防護(hù)總體方案

坡面防護(hù)陡崖高差140m，坡面坡率1∶0.3，每級(jí)平臺(tái)高20m，防護(hù)坡面面積較大，自上而下1～4平臺(tái)，每清方一個(gè)平臺(tái)及時(shí)支護(hù)，5～7平臺(tái)整體清方完成后統(tǒng)一支護(hù)。危巖清方完成后，在2m寬度平臺(tái)上搭設(shè)附著式腳手架作為噴錨網(wǎng)施工操作平臺(tái)，材料運(yùn)輸主要通過(guò)索道運(yùn)輸，小型機(jī)具通過(guò)人工抗抬運(yùn)輸。

2.2.4.2 坡面腳手架搭設(shè)技術(shù)研究

坡面腳手架搭設(shè)單元高度保持與坡面高度一致，即20m。垂直方向單元間不連接，腳手架的基礎(chǔ)為2m寬的平臺(tái)，采用雙排架，腳手架采用與清方邊坡緊密附著，采用直徑25mmHRB400螺紋鋼作為巖面附著連接件，連接件按照2m×2m間距布置，單根連接錨桿錨入穩(wěn)定巖體至少4m，外露桿體與腳手架鋼管采用焊接連接。

腳手架是邊坡支護(hù)的重要載體，安全問(wèn)題尤為重要，為確保安全，需采用設(shè)置剪刀撐措施加強(qiáng)腳手架來(lái)維持整體穩(wěn)定性[8]。

2.2.4.3 噴錨網(wǎng)防護(hù)工程施工

清方后坡面采用噴錨網(wǎng)+大錨桿防護(hù)，噴射C25混凝土厚10cm，分2次機(jī)械噴射，小錨桿矩形布置，節(jié)點(diǎn)間距4m，采用Φ25HRB400鋼筋制作，長(zhǎng)4.3m，錨孔采用Φ49鉆孔。大錨桿呈矩形布置，節(jié)點(diǎn)間距4.0m，按與水平面成15°下傾角施工，每孔錨桿采用單根Φ25HRB400螺紋鋼制作，各排錨桿長(zhǎng)度均為12.0m。大錨桿沿桿身間隔1.5m設(shè)置支架，支架與錨桿以及2根錨桿間采用焊接連接，錨桿固定時(shí)均需露出巖面20cm。錨孔直徑為110mm，注漿材料采用M35水泥砂漿或水泥漿。噴錨網(wǎng)小錨桿與大錨桿交錯(cuò)布置。坡面每間隔3m設(shè)置一個(gè)泄水孔，安置泄水孔時(shí)需注意上下錯(cuò)開排列，內(nèi)設(shè)長(zhǎng)1.0mΦ42PVC花管。

2.2.4.4 12m深錨桿施工技術(shù)研究

深錨桿施工前需先清除坡面覆土及全風(fēng)化層，并對(duì)坡面局部凹腔進(jìn)行嵌補(bǔ)。嵌補(bǔ)前清除凹腔內(nèi)浮石，嵌補(bǔ)體與既有坡面采用錨桿連接，錨桿采用Φ25HRB400鋼筋制作，錨桿梅花形布置間距不大于1.5m，錨桿錨固于基巖內(nèi)的長(zhǎng)度不小于2m。

3 結(jié)語(yǔ)

成蘭鐵路新民隧道洞口山體裂隙、危巖體發(fā)育，巖體破碎，周邊環(huán)境復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較大，施工前須對(duì)洞口山體危巖體進(jìn)行全面整治。本文本著“一次根治，不留后患”的原則，通過(guò)多次調(diào)研和分析，提出了成蘭鐵路新民隧道口高邊坡危巖體整治施工方案，避免了隧道施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)施工安全問(wèn)題，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，保障了周邊居民及施工工人的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

整治技術(shù)經(jīng)過(guò)應(yīng)用，刷新了鐵路領(lǐng)域隧道洞口高陡邊坡建造周期，贏得了社會(huì)一致好評(píng)，社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益可觀。隨著國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資力度的加大，特別是對(duì)鐵路基本建設(shè)的重點(diǎn)投入，隧道工程建設(shè)在可預(yù)見的將來(lái)會(huì)越來(lái)越普遍，該整治施工技術(shù)對(duì)處于類似復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中的隧道修建有重要的借鑒和參考意義，具有廣泛的應(yīng)用前景。