路橋隧道出口邊坡變形原因和治理設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

摘要：簡述了某路橋隧道出口邊坡工程、地質(zhì)情況和邊坡變形情況、分析了邊坡變形原因，確定了邊坡滑動面的位置并對其進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算。從設(shè)置抗滑樁、設(shè)置坡面框架和骨架、在錨索框架梁內(nèi)設(shè)置噴錨網(wǎng)、在錨桿框架梁內(nèi)設(shè)置噴錨網(wǎng)、設(shè)置路塹擋土墻和排水系統(tǒng)等方面，闡述了隧道邊坡治理的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)。從在錨桿框架梁內(nèi)設(shè)置噴錨網(wǎng)、在施工便道左側(cè)設(shè)置矩形側(cè)溝等方面，闡述了施工便道治理的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，取得了邊坡變形得到了成功抑制和保持穩(wěn)定的治理效果。

關(guān)鍵詞：路橋隧道出口；邊坡變形；治理設(shè)計(jì)；施工技術(shù)；滑坡主軸

0" "引言

隨著中國高速公路的蓬勃發(fā)展，眾多道路工程項(xiàng)目投入建設(shè)。然而在規(guī)劃隧道位置時(shí)，經(jīng)常面對復(fù)雜多變的地質(zhì)條件，使得在隧道施工過程中地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率不斷增加。尤其是位于隧道洞口邊仰坡的不良地質(zhì)條件，高陡邊坡開挖后易發(fā)生溜坍、滑塌等地質(zhì)災(zāi)害，影響路橋建設(shè)與運(yùn)營[1-2]。

隧道洞口邊坡的治理需根據(jù)其地質(zhì)條件，優(yōu)選經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)方案。抗滑樁在邊坡治理中有著廣泛的應(yīng)用，其抗滑能力較強(qiáng)，施工工藝簡單，受到眾多邊坡工程設(shè)計(jì)方案的青睞[3-4]。錨索（桿）框架梁在降低工程成本、促進(jìn)邊坡生態(tài)綠化方面的作用尤為突出，廣泛應(yīng)用于巖質(zhì)邊坡中，已經(jīng)成為一種常見而可行的解決方法之一[5-6]。

當(dāng)邊坡設(shè)計(jì)需要在經(jīng)濟(jì)與美觀之間取得平衡的治理效果時(shí)，經(jīng)常會考慮采用錨索（桿）框架梁與雙排抗滑樁的綜合支護(hù)方案。本文以路橋隧道出口邊坡為研究對象，從邊坡巖體結(jié)構(gòu)方面深入調(diào)查邊坡失穩(wěn)原因，針對相應(yīng)問題設(shè)計(jì)支護(hù)方案，以期為相關(guān)工程提供借鑒。

1" "工程概述

某路橋隧道出口呈平面扇形，自然坡度在20～40°之間。隧道出口前緣最寬處約為110m，總面積約為7020m2，邊坡厚度在6～16m之間變化。坡地表面存在一層覆蓋著碎石土和粉狀黏土的覆蓋層，其下方是三疊紀(jì)法郎組B段泥巖。該邊坡區(qū)域受附近斷裂帶和地層褶皺的影響，巖層中巖石的節(jié)理和裂隙顯著，巖石呈現(xiàn)高度破碎狀態(tài)，泥巖厚度在5～50m之間。

該邊坡區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要呈現(xiàn)出緯向和西北向構(gòu)造格局，構(gòu)造體系活躍程度較高。在隧道出口附近，觀察到存在斷層和背斜跡象。地表水主要來自季節(jié)性沖刷水以及偶爾出現(xiàn)的泉水，水源主要受到大氣降水的影響，因此在不同季節(jié)之間水量出現(xiàn)顯著變化，干季時(shí)水量相對較少，而雨季時(shí)水量則較為充沛。

2" "隧道出口邊坡變形情況及原因分析

2.1" "邊坡變形情況

2.1.1" "出現(xiàn)坍塌和較大裂縫

在隧道出口平行導(dǎo)坑左側(cè)，距離導(dǎo)坑口外側(cè)大約10m的施工便道邊坡發(fā)生了坍塌。為了應(yīng)對該情況，采取了一系列的整治措施，包括截水排水和對邊坡進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨防護(hù)等措施。然而，盡管采取了上述施工措施，該邊坡仍然再次發(fā)生了坍塌。

此外，在距離平行導(dǎo)坑口69～75m的地方，有兩條較大的裂縫，其中一條裂縫長度約為63m，深度約為4.5m，進(jìn)入風(fēng)化層約3m，寬度在1～5cm之間，延伸方向?yàn)槲髦翓|，基本與平行導(dǎo)坑垂直。

2.1.2" "出現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)裂縫

在距離隧道出口左側(cè)80m的位置，有的房屋出現(xiàn)了斜向開裂現(xiàn)象，這可能是由于這些房屋的基礎(chǔ)不均勻下沉所引發(fā)。沿著施工便道下方的排水溝也出現(xiàn)了兩條橫向裂縫，分析認(rèn)為，其原因在于坡面上本來存在一層較厚的碎石土層，而后修建便道的廢渣被堆積在坡面上，造成便道局部表層土壤松散，從而導(dǎo)致松散土壤向排水溝內(nèi)部滑坡和開裂。該隧道出口區(qū)域還能觀察到一些水平方向的微小裂縫，這可能由于地表濕潤程度的變化所導(dǎo)致。

2.1.3" "顯露邊坡滑坡跡象

在隧道出口上方顯露出邊坡滑動跡象，邊坡滑坡主軸斷面如圖1所示。由圖1可知，從隧道出口上方起，有一條較大的裂縫與裂縫1接近平行，該較大裂縫距離裂縫1約28m，長度約為30m，寬度在1～3cm之間。此外，在距離洞口上方約100m的位置，村莊里一些民房的墻體出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象。

2.2" "邊坡變形原因分析

2.2.1" "邊坡巖體比較破碎

由于受到附近斷裂帶和地層褶皺的影響，該邊坡區(qū)域表面布滿了密集的巖石節(jié)理和裂隙，巖石本身比較破碎，使得風(fēng)化帶的厚度相對較大。由于隧道出口的邊坡和施工便道的地勢較高，其高度在20～35m之間，導(dǎo)致了較大的懸崖面。在重力作用下，邊坡巖體的風(fēng)化層不穩(wěn)定，產(chǎn)生朝著懸崖面蠕滑變形的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致滑坡事件的發(fā)生[7-8]。

2.2.2" "邊坡滑坡前發(fā)生蠕動

邊坡在發(fā)生滑坡之前，正在經(jīng)歷蠕動階段，主要形變表現(xiàn)為邊坡表面的開裂及可明顯觀察到的形變，尚未出現(xiàn)連續(xù)滑動面，滑坡前緣的剪切位置尚不明確。根據(jù)實(shí)地勘察和分析，通常情況下，該類滑坡可能會朝著邊坡底部的挖掘部分發(fā)生剪切，同時(shí)牽引著位于其后方的土壤和風(fēng)化層向下滑移，可能會對隧道及平行導(dǎo)坑工程造成不利影響。

3" "邊坡滑動面的位置確定及穩(wěn)定性計(jì)算

3.1" "邊坡滑動面位置確定

采取了一系列監(jiān)測及鉆孔窺視，對滑坡體上滑動速度最快的滑坡主軸及滑動面進(jìn)行了分析。在滑坡體的后部，滑動面位于粉質(zhì)黏土層中，而其他滑動面則位于巖體強(qiáng)烈風(fēng)化層中。

3.2" "邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)充分的室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以《鐵路工程地質(zhì)手冊》為指導(dǎo)進(jìn)行了參數(shù)計(jì)算。隨后對隧道主體工程范圍內(nèi)的邊坡及施工便道范圍內(nèi)的典型斷面進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，對邊坡斷面剩余推力進(jìn)行了計(jì)算[9-10]。邊坡斷面剩余推力計(jì)算結(jié)果如表1所示。

4" "隧道邊坡及施工便道治理設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

4.1" "隧道邊坡治理設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

4.1.1" "邊坡滑坡主軸斷面治理設(shè)計(jì)方案

考慮到邊坡的變形和穩(wěn)定性問題，結(jié)合所計(jì)算的邊坡剩余推力較大，設(shè)計(jì)并采取了多項(xiàng)綜合治理方案，具體方案包括設(shè)置抗滑樁、設(shè)置坡面框架和骨架、在錨索框架梁內(nèi)設(shè)置噴錨網(wǎng)、在錨桿框架梁內(nèi)設(shè)置噴錨網(wǎng)、設(shè)置路塹擋土墻和排水系統(tǒng)等。隧道出口邊坡滑坡主軸斷面治理設(shè)計(jì)示意如圖2所示。

4.1.2" "設(shè)置兩排抗滑樁

在隧道出口施工便道的上部以及平行導(dǎo)坑出口邊坡的變形區(qū)域，設(shè)置兩排抗滑樁：第一排樁編號從1～19號，共計(jì)19根，每根樁的橫截面寬度為2.0m、高度為3.0m。其中1～3號樁之間的間距為7m，6、7號樁之間的間距為10.5m，7、8號樁之間的間距為5.5m，其余樁之間的間距均為6.0m。1、2號樁的長度為25m，而3～19號樁的長度在14～19m之間變化。

在隧道出口上方，設(shè)置了第二排抗滑樁，總計(jì)15根，編號從20～34號。樁的橫截面尺寸包括寬度為1.75m、高度為2.25m，以及寬度為1.75m、高度為2.50m的兩種不同規(guī)格。樁之間的間距均為6m，而樁的長度在14.0～23.5m之間不等。每個(gè)樁的間隔內(nèi)還設(shè)置了擋土板，其高度范圍為3～6m。

4.1.3" "坡面框架和骨架的設(shè)置

坡面框架和骨架應(yīng)平整至與坡面上的水溝和管溝無縫連接，以確保坡面排水能夠順暢進(jìn)行。骨架施工采用嵌槽方法，即在邊坡上事先開鑿槽口，然后將骨架嵌入坡面，同時(shí)按照設(shè)計(jì)要求建立有效的擋水邊緣，以確保坡面排水順暢。

4.1.4" "在錨索框架梁內(nèi)設(shè)置噴錨網(wǎng)

隧道出口邊坡分為5個(gè)級別，經(jīng)過修整后，坡面的坡度達(dá)到了1：1.25。在第3級邊坡段采用了在錨索框架梁內(nèi)設(shè)置噴錨網(wǎng)護(hù)坡，長度為99.2m。錨索錨固滑動巖體，以防止破碎巖體的掉落。錨索之間的連接節(jié)點(diǎn)間隔為4.0m，采用C35鋼筋混凝土在現(xiàn)場進(jìn)行模具搭建和澆筑。每根錨索由1個(gè)孔和4根束組成，錨索直徑為15.2mm，鉆孔直徑為115mm，傾斜角度為18度。每個(gè)錨索都包含了一個(gè)長度為10m的錨固段，以及一個(gè)長度為1.5m的張拉段。

4.1.5" "在錨桿框架梁內(nèi)設(shè)置噴錨網(wǎng)

在邊坡上設(shè)置了6組測力裝置，每組測力計(jì)的測量范圍為1200kN。在施工之前進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)，以驗(yàn)證錨固段的設(shè)計(jì)參數(shù)是否符合要求。在第1級至第4級的邊坡區(qū)域內(nèi)（第3級邊坡不包括在內(nèi)），使用錨桿框架梁內(nèi)設(shè)置噴錨網(wǎng)來進(jìn)行坡面支護(hù)。噴錨網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)間距設(shè)置為4m，錨桿長度為8m，傾斜角度為25o。

4.1.6" "設(shè)置路塹擋土墻和排水系統(tǒng)

在施工便道左側(cè)的坡腳，設(shè)置一座重力式路塹擋土墻，其總長度為37.0m。擋土墻的起點(diǎn)和終點(diǎn)高度均為4m。在第20、21號樁之間設(shè)置了一座重力式路塹擋土墻，其終點(diǎn)高度為3m。

在便道路塹邊坡上設(shè)置了包括吊溝在內(nèi)的排水系統(tǒng)。吊溝的頂部與天溝相連，其底部與水管涵相連。每個(gè)樁的頂部均使用0.2m厚的C25混凝土進(jìn)行封閉。在第1級、第2級、第3級和第4級邊坡的上部平臺上均設(shè)置截水溝。

在施工便道的左側(cè)坡腳位置，配置一個(gè)矩形截面的側(cè)溝。側(cè)溝的設(shè)計(jì)是為了將水排往遠(yuǎn)離線路的方向，與現(xiàn)有的埋設(shè)管涵相連接，以確保良好的排水系統(tǒng)。

4.2" "施工便道治理設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

4.2.1" "在錨桿框架梁內(nèi)設(shè)置噴錨網(wǎng)

便道開挖后的路塹邊坡長度為155.6m，在該范圍內(nèi)采用錨桿框架梁內(nèi)噴錨網(wǎng)護(hù)坡方法。在路塹邊坡的頂部地表清理完成后，按照原始坡面的走向布置了錨桿框架梁內(nèi)的噴錨網(wǎng)進(jìn)行坡面保護(hù)，其節(jié)點(diǎn)間距為4m，錨桿長度為12m，斜度為25°。

4.2.2" "在施工便道左側(cè)設(shè)置矩形側(cè)溝

在施工便道的左側(cè)坡腳處設(shè)置了一個(gè)矩形側(cè)溝，其深度為0.6m，底部寬度為0.4m，壁高為0.2m。側(cè)溝與隧道主體工程區(qū)內(nèi)的側(cè)溝和新添加的埋設(shè)管涵之間無縫連接，采用C25混凝土進(jìn)行澆筑，且在遠(yuǎn)離路線方向進(jìn)行施工。

4.3" "邊坡治理效果

通過對邊坡失穩(wěn)的細(xì)致分析及有效的支護(hù)方案，邊坡變形成功得到了抑制，在今后的施工中邊坡依然保持穩(wěn)定。

5" "結(jié)束語

本文通過對隧道出口邊坡的地質(zhì)條件和變形過程進(jìn)行分析，確定邊坡變形主要是由斷層和背斜影響下巖體破碎、風(fēng)化以及邊坡較高和陡峭所致。邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明，邊坡存在一定的變形傾向，需要采取治理措施加以控制。為此提出了抗滑樁、削坡、錨索框架梁、錨桿框架梁、排水系統(tǒng)等治理設(shè)計(jì)與施工技術(shù)。設(shè)計(jì)方案與施工技術(shù)實(shí)施結(jié)果顯示，邊坡的變形得到了成功控制，本文所述隧道邊坡治理設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)可為類似工程參考和借鑒。

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