復(fù)雜地形、地質(zhì)情況下隧道洞口段設(shè)計(jì)

閆超平

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司貴陽(yáng)公司,貴陽(yáng) 550002)

1 概述

隨著鐵路速度的提高,對(duì)鐵路技術(shù)指標(biāo)要求也相應(yīng)提高,特別是在西南山區(qū)修建高等級(jí)鐵路,鐵路選線很難較好的滿足每個(gè)專業(yè)的要求[1]。為保證線路結(jié)構(gòu)和行車安全,在復(fù)雜地形、地質(zhì)段一般是以隧道通過(guò),這樣就給隧道的設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)較大的困難,特別是隧道結(jié)構(gòu)較薄弱的洞口段[2-4]。

在嚴(yán)重偏壓地段修建隧道洞門,且洞口存在滑坡和巖堆時(shí),受洞口段地形、地質(zhì)等條件的影響,洞口處理措施十分復(fù)雜,如處理不當(dāng),可能留下工程隱患甚至危及鐵路行車安全[5]。對(duì)某隧道出口通過(guò)的不良地質(zhì)進(jìn)行分析,并對(duì)該隧道洞口段特殊地形、不良地質(zhì)的情況下的工程處理措施進(jìn)行小結(jié)。

2 洞口段工程地質(zhì)條件

2.1 地形特征

出口段縱坡30°左右,橫坡38°,存在嚴(yán)重的地形偏壓。

2.2 地層巖性

出口段上覆為第四系全新統(tǒng)滑坡堆積(Q4del)粉質(zhì)黏土、碎石土,坡崩積層(Q4dl+col)碎石土、粉質(zhì)黏土；下伏基巖為三疊系上統(tǒng)侏倭組(T3zh)板巖、砂巖夾炭質(zhì)板巖。

粉質(zhì)黏土(Q4del),硬塑,土質(zhì)不均,夾有10%～20%的碎石、角礫等,石質(zhì)為砂巖、板巖,厚2～8 m,分布于滑坡體表面。

粉質(zhì)黏土(Q4dl+col),硬塑,土質(zhì)不均,夾有20%～30%的砂巖質(zhì)碎石角礫,厚2～8 m,分布于巖堆體表面。

碎石土(Q4dl+col),稍密～中密,潮濕～飽和,碎石含量60%～80%,塊徑60～120 mm,石質(zhì)成分以砂巖為主,其余為粉質(zhì)黏土充填,為巖堆體的組成物質(zhì),厚3～15 m。

板巖、砂巖夾炭質(zhì)板巖(T3zh),板巖為薄層狀結(jié)構(gòu),節(jié)理裂隙發(fā)育；砂巖呈粉細(xì)?！?xì)粒結(jié)構(gòu),質(zhì)硬,層理清晰,呈薄～中厚層狀,鈣質(zhì)、凝灰質(zhì)膠結(jié)為主,充填石英脈；強(qiáng)風(fēng)化帶(W3)巖芯多呈碎塊狀,碎石角礫狀,厚5～20 m。

2.3 水文地質(zhì)條件

該段地表水主要受大氣降雨補(bǔ)給,雨季時(shí)常有山洪爆發(fā),水量大,旱季時(shí)無(wú)水或水量較小。

3 不良地質(zhì)分析

滑坡發(fā)育于D1K262+670～D1K262+815段,滑坡體呈長(zhǎng)舌狀東西向分布,坡面大部為灌木,滑坡體前緣為洋洞河的一級(jí)階地,并有G213國(guó)道經(jīng)過(guò),地形平緩。后緣高程3 181 m,剪出高程3 067 m,高差114 m,滑體軸向長(zhǎng)約250 m,寬約185 m,滑坡體厚5～15 m,滑坡體體積約6.9×105m3,屬中型古滑體。

從鉆孔資料分析,滑坡體上部為粉質(zhì)黏土,下部為碎石土,下部滑床為三疊系上統(tǒng)侏倭組板巖、砂巖夾灰質(zhì)板巖。推測(cè)滑動(dòng)帶在土巖接觸帶附近,滑坡發(fā)生于更新統(tǒng)后期。從滑坡體表面看,沒見有滑動(dòng)痕跡,目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。隧道出口從滑坡體前緣半挖半填通過(guò),開挖卸載后易降低滑坡穩(wěn)定性而引起坡體失穩(wěn)。

坡崩積層位于D1K262+510～D1K262+610段,該堆積層沿麓地帶分布,呈四方形,物質(zhì)堆積松散,成分較復(fù)雜,主要以碎石土為主,呈黃褐色,巖性為板巖、砂巖,塊徑60～150 mm,堆積層長(zhǎng)100 m,寬90 m,厚5～15 m。隧道出口明洞段從崩積層前緣半挖半填通過(guò),開挖后易引起堆積體失穩(wěn)。隧道出口段滑坡和巖堆斷面如圖1所示。

圖1 隧道出口段滑坡和巖堆斷面(單位：m)

圖2 隧道洞口段典型橫斷面

滑坡段代表橫斷面如圖2所示,基巖面坡度較陡,坡角達(dá)35°,且上部粉質(zhì)黏土和碎石土厚8～13 m。隧道洞口開挖滑坡體前緣減載,或坡體上地表水的滲入增加自重,洞口右側(cè)20～65 m范圍上部的粉質(zhì)黏土和碎石土順基巖面易發(fā)生牽引式滑坡。

4 洞口不良地質(zhì)段處理措施設(shè)計(jì)

4.1 明洞段特殊設(shè)計(jì)

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),在滑坡地段一般不宜修建明洞,但在一定的條件下明洞又是整治滑坡的經(jīng)濟(jì)有效措施[6]。由于滑坡和巖堆體的存在,且洞口存在嚴(yán)重偏壓,通過(guò)工程類比和綜合分析,在對(duì)不良地質(zhì)采取有效的整治措施下,D1K262+635～+700段采用明洞襯砌。為保證明洞基底的穩(wěn)定,靠山側(cè)襯砌基底厚2.23 m,山外側(cè)襯砌基底厚4.74 m,并對(duì)山外側(cè)基礎(chǔ)底面下軟弱層進(jìn)行換填。明洞襯砌斷面和基底換填如圖3所示。

4.2 抗滑樁設(shè)計(jì)

抗滑樁由于其具有治理效果好、樁位設(shè)置靈活、對(duì)滑坡采用跳躍式施工方法可以減小對(duì)滑坡體的擾動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),在滑坡治理中得到廣泛的應(yīng)用[7-10]。

圖3 明洞襯砌斷面和基底換填(單位：cm)

通過(guò)對(duì)隧道洞口段不良地質(zhì)分析,存在滑坡和巖堆體的認(rèn)定,為保證洞口施工巖體的穩(wěn)定和線路的安全運(yùn)營(yíng),確定在明洞施工前設(shè)置抗滑樁對(duì)靠山側(cè)和山外側(cè)潛在滑坡體和影響結(jié)構(gòu)安全部分的巖堆體進(jìn)行預(yù)加固。根據(jù)洞口開挖后滑坡推力的計(jì)算結(jié)果,于D1K262+570～D1K262+635(明暗分界)段線路右側(cè)(靠山側(cè))設(shè)置1號(hào)～11號(hào)抗滑樁,D1K262+635(明暗分界)～DK262+700(洞口)段設(shè)置12號(hào)～22號(hào)抗滑樁,洞口外設(shè)置23號(hào)～29號(hào)抗滑樁,樁長(zhǎng)31 m,樁縱向間距6 m,除24～28號(hào)截面為2.0 m×2.5 m,其余截面均為3.0 m×3.5 m；為防止在靠山側(cè)的抗滑樁外出現(xiàn)新的滑動(dòng)面,在線路左側(cè)設(shè)置30號(hào)～49號(hào)抗滑樁加固巖堆和滑坡體,樁長(zhǎng)20 m,樁縱向間距6 m,30～40號(hào)截面為1.5 m×2.0 m,41～49號(hào)截面為2.0 m×2.0 m；抗滑樁嵌入基巖內(nèi)4～6 m。洞口段抗滑樁平面布置和縱斷面如圖4、圖5所示。

圖4 洞口段抗滑樁平面布置

圖5 洞口段抗滑樁縱斷面(單位：cm)

4.3 樁間土釘墻設(shè)計(jì)

明洞段位于滑坡體中,且明洞段黏土和碎石土的厚達(dá)12 m,為防止明洞段開挖后樁間土的滑移和坍塌,確保開挖后山體的穩(wěn)定,于明洞段靠山側(cè)樁間采用高12 m土釘墻防護(hù)。土釘采用φ28 mm螺紋鋼制作,長(zhǎng)10 m,間距1.0～1.5 m,土釘與水平方向夾角11.5°。土釘墻面板為雙層鋼筋網(wǎng)和厚30 cm混凝土組成。通過(guò)設(shè)置土釘墻,不僅實(shí)現(xiàn)了較厚黏土碎石層的垂直開挖,同時(shí)也增加了滑坡體與基巖的整體性,確保了樁間土體的穩(wěn)定。洞口正面如圖6所示。

4.4 錨索框架梁設(shè)計(jì)

圖6 洞口正面(單位：cm)

圖7 D1K262+635明暗分界斷面(單位：cm)

洞口段橫坡較陡,黏土層和碎石土層較厚,明洞段靠山側(cè)如按穩(wěn)定邊坡坡率刷坡,地表坡度和刷坡線相互平行,且刷坡厚度一直在4 m左右。為減小刷坡高度,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),靠山側(cè)邊仰坡按1∶1刷坡,刷坡高達(dá)14 m,在D1K262+635～+662段永久邊坡及仰坡開挖采用錨索框架護(hù)坡,D1K262+662～+700段永久邊坡采用錨桿框架護(hù)坡。錨鎖和錨索框架梁均采用菱形布置,節(jié)點(diǎn)間距3.0 m,截面尺寸0.35 m×0.35 m,錨鎖采用φ12.7 mm鋼絞線,長(zhǎng)度22 m；錨桿采用φ28 mm鋼筋,長(zhǎng)度10 m。D1K262+635明暗分界斷面如圖7所示。

4.5 施工工序設(shè)計(jì)

洞口段地形地質(zhì)情況較復(fù)雜,確定合理的施工工序尤為重要。洞口開挖前應(yīng)先施作洞口段排(截)水設(shè)施,防止擾動(dòng)后的滑坡和巖堆受雨水沖刷；其次施工抗滑樁對(duì)洞口段巖土體進(jìn)行預(yù)加固和對(duì)邊仰坡坡面采用錨桿或錨索框架梁防護(hù)；再進(jìn)行明挖段上臺(tái)階開挖和樁間土釘墻防護(hù)施作,上臺(tái)階開挖至明暗分界處,且施作大管棚后,方可進(jìn)行明洞段下臺(tái)階開挖和明洞段基底換填；明洞段襯砌施作完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,施作回填層；回填層應(yīng)兩側(cè)對(duì)稱分層夯實(shí),每層厚度不得大于0.3 m,兩側(cè)回填土面的高差不得大于0.5 m,以免造成施工偏壓。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合該隧道出口地形、地質(zhì)條件,采用適當(dāng)長(zhǎng)明洞外引,并于出口段隧道兩側(cè)各設(shè)置一排抗滑樁,共計(jì)49根,確保了隧道在滑坡體前緣出洞的安全性；出口地形較陡且存在較厚的黏土碎石層,抗滑樁頂部的邊仰坡采用錨索或錨桿框架梁防護(hù),減小了刷坡高度且增加了洞口滑坡體的穩(wěn)定性；土釘墻的加固措施確保了明洞在較厚黏土碎石層中的施工安全和減小靠山側(cè)土體對(duì)明洞產(chǎn)生較大的側(cè)壓力；對(duì)明洞段軟弱圍巖基礎(chǔ)進(jìn)行了基底換填和襯砌結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì),這些措施的實(shí)施,解決了滑坡、巖堆、偏壓、較厚黏土碎石層等復(fù)雜地形地質(zhì)洞口設(shè)計(jì)難題,確保了洞口的安全穩(wěn)定,對(duì)今后類似地形、地質(zhì)條件下隧道洞口設(shè)計(jì)和施工具有一定的借鑒意義。

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