重丘高速鐵路隧道洞口邊仰坡防護(hù)施工應(yīng)用與探討

張勇

摘 要：該文以重丘高速鐵路隧道為例，簡(jiǎn)要闡述了隧道洞口邊仰坡防護(hù)施工方面的應(yīng)用。針對(duì)鐵路隧道洞口邊仰坡防護(hù)形式多樣，根據(jù)不同地質(zhì)條件、環(huán)境等因素，因地制宜，選擇在山嶺重丘高速鐵路隧道洞口邊仰坡采取柔性防護(hù)措施。結(jié)果表明，所采用的措施及相關(guān)參數(shù)的合理，保證了隧道洞口邊仰坡防護(hù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全、環(huán)保。

關(guān)鍵詞：隧道 洞口邊仰坡防護(hù) 施工應(yīng)用與探討

中圖分類(lèi)號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（b）-0027-03

新建西安至成都鐵路線路長(zhǎng)509.312 km，為西南（川渝）地區(qū)北通路的快速客運(yùn)通道，是我國(guó)高速鐵路網(wǎng)的重要組成部分。其中西安至江油段（陜西境內(nèi)）站前工程XCZQ-2標(biāo)線路全長(zhǎng)34.301 km，起訖里程樁號(hào)DgK56+156～DgK90+457，該工程橋隧相連，有隧道5.5座共33.755 5 km、橋梁5座0.665 48 km，隧線比98.4%。路線起于秦嶺北麓低中山區(qū)，地形總體趨勢(shì)北陡南緩，隧道洞口地形地貌復(fù)雜，施工條件差，受線位限制，洞口基本位于陡坡或山崖，山坡巖石裸露，覆蓋層薄，主要為花崗巖、閃長(zhǎng)巖，山坡巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育，強(qiáng)-弱風(fēng)化，硬質(zhì)巖且整體穩(wěn)定，坡面巖石松動(dòng)，有滾石和剝落碎石。為了隧道貫徹“早進(jìn)晚出”的原則，確保施工安全和隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，建設(shè)綠色環(huán)保工程，必須對(duì)洞口邊仰坡采取有效的防護(hù)措施。

1 鐵路隧道洞口邊仰坡防護(hù)及適用條件分析

1.1 傳統(tǒng)防護(hù)形式

鐵路隧道邊仰坡防護(hù)措施一般有：骨架護(hù)坡、噴錨網(wǎng)、噴混植生、框架錨桿、框架錨索、樁板墻、柔性防護(hù)等。

骨架護(hù)坡防護(hù)：邊仰坡圬工骨架內(nèi)種植草皮。主要適用于穩(wěn)定邊仰坡（坡率為1∶1.25，1∶1.5，1∶1.75），且地質(zhì)為土質(zhì)地段，永久邊仰坡高度小于6 m。

噴混植生防護(hù)主要適用于巖質(zhì)邊仰坡（W1、W2）地段，植被無(wú)法生長(zhǎng)，邊仰坡為永久邊仰坡，坡率為1∶0.75～1∶1。將種植土、有機(jī)質(zhì)復(fù)合肥、接合劑、保水劑等與植物種子形成混合植生基材，噴射于坡面上，靠自然降水能正常生長(zhǎng)發(fā)育，以達(dá)到石質(zhì)路塹邊仰坡綠化的目的。

噴錨網(wǎng)防護(hù)主要適用于巖性較差、強(qiáng)度較低、易于風(fēng)化的巖石路塹邊仰坡；雖為堅(jiān)硬巖層，但風(fēng)化嚴(yán)重、節(jié)理發(fā)育、易受自然應(yīng)力影響、導(dǎo)致大面積碎落以及局部小型崩塌、落石的巖質(zhì)邊仰坡；隧道洞口W3、W4地層臨時(shí)邊仰坡地段（明洞回填線以下）。錨桿、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝共同作用增強(qiáng)邊仰坡的整體穩(wěn)定性。

框架錨桿防護(hù)主要適用于土質(zhì)路塹邊仰坡和巖體破碎、風(fēng)化嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)面發(fā)育的巖質(zhì)路塹高邊仰坡的坡面防護(hù)工程。由框架梁和錨桿組成，框架內(nèi)一般采用基材客土植生綠色防護(hù)。邊仰坡巖石破碎、節(jié)理、裂隙發(fā)育時(shí)鉆孔卡鉆、塌孔現(xiàn)象頻繁，鉆進(jìn)難度大。

框架錨索主要適用于構(gòu)造發(fā)育的巖質(zhì)路塹高邊仰坡、順層及滑坡地段、軟硬質(zhì)巖層路塹高邊仰坡地段等邊仰坡加固工程。由預(yù)應(yīng)力錨索、框架梁共同作用來(lái)進(jìn)行邊仰坡加固。如遇地質(zhì)圍巖破碎或節(jié)理、裂隙發(fā)育易坍孔或卡鉆如清涼山隧道出洞口邊仰坡錨索+十字板加固。

抗滑樁主要適用于開(kāi)挖邊仰坡較高，且地層為土質(zhì)、軟巖或存在順層的淺層和中厚層滑坡，有時(shí)與框架錨索配合使用，是穿過(guò)滑坡體深入于滑床的樁柱，用以支擋滑體的滑動(dòng)力，起穩(wěn)定邊仰坡的作用。為控制邊仰坡高度，保證施工安全設(shè)置。

防護(hù)措施的不同應(yīng)與地質(zhì)條件相適應(yīng)。以上防護(hù)不同程度存在洞口刷坡，刷方量大，對(duì)洞口邊仰坡體擾動(dòng)和破壞洞口綠色環(huán)境。且有些洞口較陡邊仰坡不宜刷坡，懸崖、陡坡施工難度也較大，往往在施工中需搭設(shè)腳手架、滑道等輔助施工措施進(jìn)行施工，同時(shí)需要較長(zhǎng)施工時(shí)間，投入較大，進(jìn)展慢，安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)高。

1.2 柔性防護(hù)形式

柔性防護(hù)系統(tǒng)是瑞士布魯克集團(tuán)1956年研制成功并投入使用，1995年該技術(shù)引入中國(guó)，已成功地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多座鐵路、公路、水電站、礦山和市政工程邊仰坡，解決了傳統(tǒng)防治措施難以解決的難題。能滿足邊仰坡防治新技術(shù)的基本要求，同時(shí)將工程對(duì)環(huán)境的影響降到最低點(diǎn)，適用于復(fù)雜的地形地貌。

柔性防護(hù)網(wǎng)按其結(jié)構(gòu)形式、防護(hù)功能和作用方式的不同分為主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)兩類(lèi)，根據(jù)不同的工程水文、地質(zhì)條件及巖土工程特征、周?chē)h(huán)境、支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等選用。其使用壽命前者一般可達(dá)30～50年，后者可達(dá)上百年，因超載而發(fā)生破壞時(shí)，一般僅需要更換或修復(fù)少量部件即可。

被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)是以鋼絲繩網(wǎng)為主的柵欄式柔性攔石網(wǎng)設(shè)置于斜坡上相應(yīng)位置，用于攔截斜坡面巖面崩塌、滾落、爆破飛石等危害，以避免其破壞保護(hù)的對(duì)象，因此，有時(shí)也稱(chēng)為攔石網(wǎng)。適用于建筑設(shè)施旁有緩沖地帶高山峻嶺的大塊落石安全防護(hù)。由鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)（需攔截小塊落石時(shí)附加1 層鐵絲格柵）、固定系統(tǒng)（錨桿、拉錨繩、基座和支撐繩）、減壓環(huán)和鋼柱4個(gè)主要部分構(gòu)成柔性結(jié)構(gòu)。當(dāng)落石沖擊攔石網(wǎng)時(shí)，所產(chǎn)生的負(fù)荷先通過(guò)網(wǎng)的緩沖得以部分消散，而網(wǎng)片在受沖擊發(fā)生位移變形時(shí)將拉動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)參與受力，一部分荷載在該跨度內(nèi)通過(guò)縫合繩、支撐繩向鋼柱、拉錨繩進(jìn)行傳遞和消減，另一部分荷載通過(guò)防護(hù)網(wǎng)向兩側(cè)相鄰的結(jié)構(gòu)逐次傳遞，從而調(diào)動(dòng)其他跨度消能結(jié)構(gòu)共同參與受力，并最終將全部剩余荷載傳到穩(wěn)定地層，達(dá)到防護(hù)目的。其防護(hù)功能一般為150～2 000 kJ，特殊設(shè)計(jì)防能高達(dá)5 000 kJ。常用的有RX、RXI、AX、AXI、CX、CXI系列型號(hào)。

主動(dòng)防護(hù)是以鋼絲繩網(wǎng)為主的各類(lèi)柔性網(wǎng)覆蓋或包裹在需要的斜坡或巖石上，以限制坡面巖土體的風(fēng)化剝落或破壞以及危石崩塌（加固作用），或者將落石控制于一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)（圍護(hù)作用）。這種方式常用于邊仰坡面崩塌、危石、落石、風(fēng)化剝落等地質(zhì)邊仰坡類(lèi)加固防護(hù)。由支撐繩、錨桿、鋼絲繩網(wǎng)、縫合繩等構(gòu)成柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)，將危石與母體連成一體，形成整體受力，立體防護(hù)。常用的有GAR、GPS、CER、GTC系列型號(hào)。

2 柔性防護(hù)在隧道洞口邊仰坡中的應(yīng)用

西成客專(zhuān)XCZQ-2標(biāo)屬典型的隧道建筑群，根據(jù)洞口的地質(zhì)特征、地形地貌、周邊環(huán)境等特點(diǎn)，為不刷坡或小刷坡進(jìn)洞施工，保護(hù)邊仰坡和洞口自然環(huán)境不被破壞，防止邊仰坡面滾石和對(duì)坡面加固，結(jié)合新穎的柔性防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)與理念，清涼山、紙坊1#、紙坊2#、大莊坪、秦嶺隧道等15個(gè)洞口高邊坡設(shè)計(jì)采用了RXI-075被動(dòng)、GPS2主動(dòng)防護(hù)，防護(hù)面積分別為6 525 m2、3 222 m2，被動(dòng)防護(hù)按2道或1道設(shè)置。

為高效安全地完成施工，施工中安排了4個(gè)作業(yè)班組，單口作業(yè)面平均需7～10 d，難度最大的清涼山出口被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工15 d，18個(gè)工作面45 d內(nèi)相繼完成。施工主要投入有如下方面。

施工人員單洞口作業(yè)面8人，共投入32人；機(jī)具、設(shè)備單洞口內(nèi)燃空壓機(jī)1臺(tái)、YT28手持風(fēng)鉆2臺(tái)、注漿泵1臺(tái)、電焊機(jī)1臺(tái)、搗固棒1臺(tái)，以及1臺(tái)20 kW柴油發(fā)電機(jī)自發(fā)電施工。

經(jīng)工程實(shí)踐，隧道洞口坡體未破壞與未改變坡面原有地貌形態(tài)和坡面植被與植被生長(zhǎng)條件，為綠色植物在其開(kāi)放的空間自由生長(zhǎng)，從而抑制坡面破壞和水土流失，保持了洞口自然綠色環(huán)境，滿足了建設(shè)綠色通道高速鐵路要求。同時(shí)保護(hù)了邊坡穩(wěn)定，防護(hù)加固效果明顯，并比預(yù)計(jì)提前2～3個(gè)月安全進(jìn)洞施工，大大縮短了洞口處理時(shí)間，勞動(dòng)力、機(jī)具設(shè)備、資金投入少，經(jīng)估算比傳統(tǒng)防護(hù)節(jié)約投資可達(dá)550萬(wàn)元以上。柔性防護(hù)在該工程中應(yīng)用取得較好效果，實(shí)現(xiàn)了洞口最佳邊仰坡防護(hù)和環(huán)境保護(hù)目的。

施工技術(shù)要求有以下幾點(diǎn)。

（1）由于山高坡陡，作業(yè)條件差，施工安全尤為重要。作業(yè)人員需佩戴好安全防護(hù)用品，拴好安全繩；雷雨天、大風(fēng)環(huán)境不得作業(yè)；施工前應(yīng)清除坡面危石，以防落石傷害。

（2）被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)錨桿和鋼柱基礎(chǔ)是影響防護(hù)效果的關(guān)鍵。施工中須按照設(shè)計(jì)圖紙要求認(rèn)真施作，錨桿錨固深度視地質(zhì)情況可適當(dāng)加深，嚴(yán)格注漿錨固，并將地腳螺栓錨桿與基座連接鋼板焊接牢固；巖質(zhì)混凝土基礎(chǔ)表面風(fēng)化、松動(dòng)部分用風(fēng)鎬鑿出新鮮巖面并保持平整，基礎(chǔ)斷面不小于長(zhǎng)0.8 m×寬0.6 m×深1 m，土質(zhì)混凝土基礎(chǔ)應(yīng)清除表層覆蓋層或松土，基礎(chǔ)斷面不小于長(zhǎng)3 m×寬2.5 m×深0.5 m，當(dāng)覆蓋層小于混凝土基層深度時(shí)，覆蓋層部分可用混凝土置換，下部直接鉆錨桿孔，形成符合基礎(chǔ)；混凝土基礎(chǔ)應(yīng)避開(kāi)天溝位置，鋼柱基礎(chǔ)長(zhǎng)軸方向與該基礎(chǔ)中心和其左右基礎(chǔ)中心連線夾角的平分線方向一致；鋼柱基礎(chǔ)外露超過(guò)30 cm時(shí)，需采用C35鋼筋混凝土（鋼筋Ф16），地面以下埋入式為C30混凝土；安裝鋼柱時(shí)，用上拉繩調(diào)整鋼柱角度（與坡面80°～100°），鋼柱傾角誤差控制在±5°，不滿足時(shí)重新調(diào)整或增設(shè)下拉錨繩。

（3）主洞防護(hù)網(wǎng)錨桿需根據(jù)網(wǎng)格大小進(jìn)行設(shè)置，現(xiàn)場(chǎng)坡面起伏較大時(shí)可加密設(shè)置，便于鋼絲繩（網(wǎng)）貼近巖面覆蓋或包裹；鋼絲繩網(wǎng)（外網(wǎng)）搭接不小于10 cm，其搭接處應(yīng)牢固固定，每個(gè)環(huán)應(yīng)與周邊4個(gè)環(huán)相扣，并作防腐處理；格柵網(wǎng)（內(nèi)網(wǎng)）搭接不小于5 cm；支撐繩與或縫合繩末端用3個(gè)繩卡卡扣牢固；十字口、鋼絲繩交叉點(diǎn)處的抗錯(cuò)動(dòng)拉力不小于5 kN，抗脫落拉力不小于10 kN；支撐繩與錨桿相聯(lián)接并進(jìn)行張拉，每張網(wǎng)與四周支撐繩縫合聯(lián)接并拉緊，該項(xiàng)張拉工藝能使系統(tǒng)對(duì)坡面施以一定的法向預(yù)緊壓力，在外網(wǎng)下鋪設(shè)內(nèi)網(wǎng)，從而提高表層巖土的穩(wěn)定性，防止小尺寸巖塊塌落，阻止崩塌落石的發(fā)生。

（4）防護(hù)網(wǎng)應(yīng)分批次進(jìn)行落石沖擊試驗(yàn)，并出具正式試驗(yàn)報(bào)告，以確保其質(zhì)量和工程安全。

（5）對(duì)于仰角大于45°的陡坡，利用鋼繩結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形條件，搭設(shè)簡(jiǎn)易索道運(yùn)送工器具、材料。

3 防護(hù)網(wǎng)網(wǎng)型探討

根據(jù)意大利博洛尼亞大學(xué)對(duì)雙絞六邊形網(wǎng)和單絞格柵網(wǎng)進(jìn)行的一系列對(duì)比試驗(yàn)研究，包括事先無(wú)損害的試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃褪孪燃魯嘁桓摻z的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，試?yàn)?zāi)Ｐ捅M可能的模擬了主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)完工后的情況，抗拉試驗(yàn)結(jié)果表明如下。

（1）以導(dǎo)致鋼絲斷裂的拉力作為格柵網(wǎng)的極限抗拉強(qiáng)度，雙絞網(wǎng)的極限抗拉強(qiáng)度是單絞網(wǎng)的2倍多。

（2）不論試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪孪仁欠裼袖摻z破斷，雙絞網(wǎng)的拉力試驗(yàn)結(jié)果變化不大，而兩種試驗(yàn)條件下單絞網(wǎng)的試驗(yàn)結(jié)果有明顯區(qū)別，事先有鋼絲破斷的情況下，抗拉強(qiáng)度明顯降低。

環(huán)形網(wǎng)采用雙絞六邊形網(wǎng)，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與單絞的編制方式相比較，雙絞的編制方式在一根鋼絲突然斷裂時(shí)節(jié)點(diǎn)位置可以避免格柵網(wǎng)散開(kāi)，其抵抗力更高，使用壽命更長(zhǎng)，尤其是在主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)中，雙絞六邊形網(wǎng)可更有效地避免落石突然掉落，減少落石危害。因此，雙絞六邊形網(wǎng)在今后的邊坡柔性防護(hù)應(yīng)用中值得推廣。

4 采用柔性防護(hù)的優(yōu)越性

與傳統(tǒng)圬工防護(hù)相比，柔性防護(hù)具有以下優(yōu)越性。

（1）安全、可靠，能有效防止洞口邊仰坡落石和邊仰坡加固作用，保證施工及運(yùn)營(yíng)安全。

（2）減少了洞口邊仰坡開(kāi)挖，避免對(duì)坡體擾動(dòng)和環(huán)境的破壞，確保了洞口坡體穩(wěn)定，有利環(huán)保。

（3）系統(tǒng)的開(kāi)放性，地下水可以自由排泄，避免了由于地下水壓力升高而引起邊仰坡失穩(wěn)問(wèn)題，同時(shí)其開(kāi)放特征，也為今后實(shí)施人工坡面綠化保留了必要的條件。

（4）部件輕型化、生產(chǎn)工廠化和積木式部件安裝，簡(jiǎn)單的機(jī)具、較短的工期和很少的勞動(dòng)力即可實(shí)現(xiàn)施工安裝和維護(hù)，加快了洞口防護(hù)施工進(jìn)度，可滿足快速進(jìn)洞的要求，對(duì)工期有利。

（5）節(jié)約工程投資，降低了施工成本。

（6）現(xiàn)場(chǎng)施工布置靈活，工藝簡(jiǎn)單易操作。

（7）對(duì)先進(jìn)材料、先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用起到積極推廣作用。

5 幾點(diǎn)體會(huì)和建議

（1）在高陡邊仰坡條件下和坡體表面松動(dòng)巖石較多的地段，建議對(duì)高陡坡增加防護(hù)道數(shù)，至少設(shè)置2道被動(dòng)防護(hù)，以做安全儲(chǔ)備。

（2）洞口土質(zhì)較厚的邊仰坡時(shí)，對(duì)防護(hù)網(wǎng)錨桿的錨固不利，從而影響防護(hù)效果，個(gè)人認(rèn)為仍然考慮傳統(tǒng)方式防護(hù)相對(duì)安全。

（3）對(duì)洞口陡坡既有滾石，又有風(fēng)化剝落、碎落的仰坡，建議采取主、被動(dòng)相結(jié)合防護(hù)措施。

（4）對(duì)植被差、基巖出露洞口邊仰坡，建議在洞頂回填后種植綠色爬藤植物，以利改善洞口生態(tài)、環(huán)境。

6 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際的施工與設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)具體工程的水文、地質(zhì)條件、巖土特征及環(huán)境等，有針對(duì)性的進(jìn)行洞口邊仰坡防護(hù)，以保證隧道洞口邊仰坡防護(hù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全、環(huán)保。

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