隧道洞口高陡仰坡防護(hù)措施

胡哲釧， 張志強(qiáng)

(西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川成都 610031)

復(fù)雜山區(qū)隧道洞口段邊坡最易受到自然災(zāi)害影響，也是最易發(fā)生滑坡等事故的位置。隧道洞口地形復(fù)雜，邊仰坡陡峭，大量洞口洞頂存在危巖落石。

王晉雄[1]介紹了穩(wěn)定邊仰坡的錨噴加固方法和洞口段的施工經(jīng)驗(yàn)；朱合華等[2]采用強(qiáng)度折減法分析了隧道在施工過程中邊坡的穩(wěn)定情況；侯俊敏[3]采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)山嶺隧道洞口段圍巖變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，總結(jié)了山嶺隧道洞口段圍巖變形控制技術(shù)；王永進(jìn)[4]利用剛體極限平衡法計(jì)算邊坡的安全系數(shù)隨土力學(xué)參數(shù)的變化情況，研究穩(wěn)定隧道洞口長(zhǎng)大邊坡的加固方案；劉陸毅[5]介紹了常用的邊坡防護(hù)技術(shù)，對(duì)不同地質(zhì)災(zāi)害和防護(hù)要求提出了相應(yīng)建議。本文結(jié)合艱險(xiǎn)山區(qū)洞口特點(diǎn)，給出了幾種典型的坡面防護(hù)措施。

1 艱險(xiǎn)山區(qū)高陡坡面失穩(wěn)破壞及工程影響

雖然隧道洞口條件差異性大，但大部分風(fēng)險(xiǎn)較為類同，主要以洞口失穩(wěn)、危巖落石以及其他不良地質(zhì)影響為主，主要有幾類。

1.1 坡面失穩(wěn)

艱險(xiǎn)山區(qū)坡面失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較普通地區(qū)更為突出且難以處理。坡面失穩(wěn)將可能引起滑坡復(fù)活或坡面出現(xiàn)整體穩(wěn)定性問題等連鎖反應(yīng)，可能導(dǎo)致基礎(chǔ)不均勻沉降、結(jié)構(gòu)開裂破壞、坍塌物掩埋洞口等。

1.2 危巖落石

危巖落石是洞口最大的風(fēng)險(xiǎn)之一，艱險(xiǎn)山區(qū)的危巖落石存在發(fā)育區(qū)域廣，偏移范圍大，清除或防護(hù)難度大的特點(diǎn)?？赡茉斐啥纯诙位蛳噜徑Y(jié)構(gòu)破壞(圖1)。

圖1 滑坡平面圖和三維實(shí)體效果圖

1.3 強(qiáng)降雨引發(fā)的山洪、泥石流

艱險(xiǎn)山區(qū)一般地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，即使臨近區(qū)域發(fā)育的不良地質(zhì)對(duì)洞口也有非常大影響。

2 坡面防護(hù)措施

2.1 高陡仰坡防護(hù)

一般艱險(xiǎn)山區(qū)洞口，洞頂仰坡高陡，高達(dá)上百米，防護(hù)面積大。分析不良地質(zhì)形成原因、風(fēng)險(xiǎn)，建立“分區(qū)、分類、分級(jí)”綜合防護(hù)設(shè)計(jì)理念。

(1)分區(qū)：根據(jù)仰坡范圍內(nèi)不良地質(zhì)對(duì)洞口的影響程度，分成不同的防護(hù)區(qū)域。

(2)分類：對(duì)仰坡范圍內(nèi)存在的不良地質(zhì)進(jìn)行分類，并對(duì)其可能產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行判別。

(3)分級(jí)：結(jié)合仰坡不良地質(zhì)分區(qū)分類及嚴(yán)重程度分級(jí)，分級(jí)采取針對(duì)性防護(hù)措施。

如圖2所示的茂縣隧道出口，自然邊坡30°～50°。I區(qū)以危石為主，采用清除、嵌補(bǔ)、支頂措施并設(shè)置被動(dòng)網(wǎng)防護(hù)；II區(qū)存在坡面溜坍，采用錨網(wǎng)噴防護(hù)；III區(qū)為緩坡段，表層為松散堆積土，采用“錨網(wǎng)噴支護(hù)+預(yù)加固樁”。

圖2 茂縣隧道出口仰坡分區(qū)分級(jí)處理

2.2 危巖落石防護(hù)

艱險(xiǎn)山區(qū)洞口另一重大風(fēng)險(xiǎn)就是危巖落石。明(棚)洞結(jié)構(gòu)對(duì)危巖落石的防護(hù)能力有限，地形高差大，部分地段落石沖擊力可能超過明(棚)的設(shè)計(jì)防護(hù)能力時(shí)，采取主動(dòng)措施控制下墜落石的體積和沖擊能減少明(棚)洞的防護(hù)負(fù)擔(dān)(圖3～圖5)。

圖3 消能攔擋設(shè)計(jì)

圖4 多層攔擋系統(tǒng)

圖5 落石分導(dǎo)示意

2.2.1 主動(dòng)防護(hù)措施

對(duì)坡面存在危巖落石的情況，在可行的情況下，首先應(yīng)考慮對(duì)危巖落石采取清除、嵌補(bǔ)、支頂、直接加固、設(shè)置主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等措施。

2.2.2 被動(dòng)防護(hù)措施

被動(dòng)防護(hù)措施主要包括攔石墻、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、落石槽、設(shè)置明(棚)結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)等。

2.2.3 綜合防護(hù)體系

對(duì)艱險(xiǎn)山區(qū)隧道洞口，結(jié)合落石軌跡模擬分析，構(gòu)建“關(guān)鍵點(diǎn)分導(dǎo)、消能、攔擋等多層分功能”的綜合防護(hù)體系。

3 不穩(wěn)定坡面的加固措施

不穩(wěn)定坡面安全風(fēng)險(xiǎn)極大，對(duì)大型不穩(wěn)定坡面線路需進(jìn)行繞避；小規(guī)模的在繞避代價(jià)過大時(shí)，應(yīng)盡量與主軸小角度相交，并采用工程措施進(jìn)行處理。按不良地質(zhì)的特點(diǎn)主要分幾種處理類型(圖6)。

圖6 茂縣隧道出口不穩(wěn)定坡面加固

3.1 直接加固防護(hù)型

當(dāng)隧道洞口位于不良地質(zhì)體，且基巖面較淺時(shí)，可采用先對(duì)不穩(wěn)定體進(jìn)行加固后再開挖并施工洞口結(jié)構(gòu)，如茂縣隧道出口處，因巖層經(jīng)風(fēng)化、暴雨作用，逐漸剝落垮塌，垮塌巖體堆積于右線下方，形成巖堆體，坡面松散物質(zhì)在雨季易形成坡面碎屑流，淺表層溜坍，沖刷邊坡，掩埋坡腳，因此采用直接對(duì)不穩(wěn)定體進(jìn)行加固的方式進(jìn)行處理：

(1)預(yù)加固樁錨固：為保證坡面整體穩(wěn)定，結(jié)合隧道洞身情況采用預(yù)加固樁加固不良地質(zhì)體。

(2)地表加固：對(duì)開挖影響范圍采用地表注漿加固不良地質(zhì)體，防止隧道開挖時(shí)發(fā)生塌方。

(3)坡面防護(hù)：對(duì)隧頂坡面局部存在的可能溜坍的不良地質(zhì)體，采用錨網(wǎng)噴防護(hù)。

(4)洞口接長(zhǎng)明洞：洞口接長(zhǎng)明洞結(jié)構(gòu)避免局部溜坍影響線路，為防止結(jié)構(gòu)不均勻沉降，對(duì)隧底采用換填或者注漿等手段加固處理。

3.2 清方減載+加固防護(hù)型

隧道在不良地質(zhì)體中部穿越，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)段位于松散體內(nèi)，不良地質(zhì)體基巖面較深，這時(shí)可采用“清方減載+加固防護(hù)型”的處理方式，如圖7、圖8所示成蘭鐵路新民隧道出口，線路從巖堆體中穿越，巖堆呈扇形，局部深度達(dá)70 m以上，巖堆體為崩坡積碎石土及塊石土為主，主要處理措施：

圖7 洞口坡面處理方案示意

圖8 洞口淺埋段松散體固結(jié)

(1)上部減載及加固:對(duì)隧道上方不良地質(zhì)體進(jìn)行清方減載，減少滑坡、巖堆后緣荷載，降低隧道洞頂覆土松散荷載。并對(duì)減載后的坡面采取防護(hù)措施以防止沖刷溜坍。

(2)中部固結(jié)及擋護(hù):對(duì)松散的坡面進(jìn)行注漿固結(jié)，同時(shí)采用預(yù)加固樁加固、土釘墻等加強(qiáng)坡面防護(hù)；必要時(shí)隧底采用樁筏結(jié)構(gòu)或注漿加固處理。

(3)坡腳錨固:可采用圓弧法等分析不良地質(zhì)體滑移面，在不良地質(zhì)體坡腳采用預(yù)加固樁、高壓旋噴樁等加固處理，錨固坡腳以保證不良地質(zhì)體整體穩(wěn)定。

(4)洞口松散體固結(jié):為保證進(jìn)洞安全和洞口淺埋段穩(wěn)定性，對(duì)洞口淺埋段松散體進(jìn)行鋼花管注漿固結(jié)，見圖7。

4 結(jié)論

本文針對(duì)艱險(xiǎn)山區(qū)隧道洞口邊坡巖體破碎極易失穩(wěn)落石等特性，總結(jié)提出了邊坡坡面防護(hù)措施以及不穩(wěn)定邊坡加固措施，總結(jié)：

(1)高陡仰坡按“分區(qū)、分類、分級(jí)”的綜合防護(hù)設(shè)計(jì)理念，對(duì)坡面不同影響程度、不同類別、不同嚴(yán)重程度的不良地質(zhì)采取針對(duì)性防護(hù)措施。

(2)危巖落石防護(hù)采取主動(dòng)防護(hù)措施和被動(dòng)防護(hù)措施相結(jié)合的措施，并建立圍巖落石監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控危巖落石發(fā)展。

(3)不穩(wěn)定坡面盡可能采取繞避，無法繞避時(shí)按不良地質(zhì)的特點(diǎn)不同采取直接加固防護(hù)和清方減載+加固防護(hù)兩大類方法進(jìn)行坡面處理。