隧道偏壓洞口段邊坡處治探討

■江清慧

(三明市交通建設集團有限公司，三明 365000)

1 前言

近年來，公路行業迅猛發展，高速公路建設已成為我國公路建設的主方向。然而，在地形高差較大的地區建設高速公路，既要克服高差影響，又要滿足高速公路的指標要求， 往往很多隧道受地形條件和路線整體指標的控制和制約，隧道洞口處于地形嚴重偏壓段落，而隧道洞口段多為淺埋段，圍巖級別低，覆蓋層薄，隧道洞口的地質條件及邊坡穩定性對隧道施工與運營安全造成不利影響，因此， 合理有效地處置隧道洞口影響范圍內的邊坡穩定，在設計與施工中就顯得尤其重要。

本文結合廈門至沙縣高速公路秀村隧道出口段，介紹隧道偏壓洞口段工程地質條件及特征， 通過邊坡穩定性分析與評價，綜合考慮邊坡的穩定性及隧道進洞安全，提出采用削方減載+預應力框架錨索的方式對隧道影響范圍內邊坡進行處治，有效保障隧道施工與運營安全。

圖1 秀村隧道出口段地形地貌

2 工程地質概況

2.1 地形地貌

廈門至沙縣高速公路秀村隧道受地形及平面線形制約，隧道洞口位于山間凹地(圖1)，隧道洞口地形起伏較大，洞口左側地面橫度約40°左右，洞口左側偏壓嚴重，邊坡最大高度約48m。

2.2 地層巖性

據區域地質資料、 地質測繪及鉆探揭示的巖土體特征，上覆地層殘坡積土(Q4el+dl)，下為花崗巖風化層(γm3)。

區內巖體風化現象嚴重， 砂土狀強風化花崗巖遇水易軟化的特性， 尤其局部夾雜的灰白色長石風化物相對隔水， 在地下水的浸泡下容易對該邊坡穩定性產生不利影響，繼而對坡腳的隧道出口段產生安全威脅。隧道出洞口段地質斷面見圖2。

圖2 秀村隧道出口地質橫斷面圖

2.3 地質構造

隧道進口區未見區域構造，地質構造相對簡單。

2.4 水文地質

邊坡上部自然山坡未發現地表水系， 僅降雨期間沖溝出現季節性流水，山坡坡度較緩，地表徑流條件較差，地表水容易下滲補給地下水。

區內地下水主要有賦存于第四系孔隙水及基巖裂隙水，地下水補給主要為大氣降水，測區處于山區，地下水徑流主要沿山坡坡腳排泄。

勘察期間圍巖地下穩定水位高于洞頂， 雨季開挖時地下水多呈淋雨狀出水。 風化層較厚， 地質較差，自穩能力差，易坍塌，處理不當會出現大坍塌。

3 隧道出口段邊坡設計

3.1 邊坡設計思路

處理路塹高邊坡的常規做法是按一定坡率正常刷坡，結合實際地質情況，采用預應力框架錨索對路塹邊坡進行加固，確保路塹邊坡穩定。但秀村隧道出口位于山體坡腳臺地， 地形偏壓嚴重， 邊坡處治需綜合考慮路塹邊坡的自身穩定及隧道掘進的施工安全，因此，隧道偏壓洞口段的邊坡處治需重點考慮以下幾個因素：

(1)山體地層由粗粒花崗巖風化而成的砂性土組成，砂性土本身粘聚力較小， 坡體穩定主要依賴土體的內摩擦角， 但本處山體地下水位高， 砂性土在地下水的浸泡下，土體內摩擦角將大幅降低，開挖后坡體自穩能力差。

(2)山體覆蓋層厚，公路設計高程之上基本是由坡積、殘積粘性土及砂土狀強風化花崗巖組成的地層， 預應力錨索錨固效果一般，不適宜施加大噸位的預應力。

(3)隧道洞口段位于山體坡腳的坡積臺地，且圍巖自穩能力較差，在左側山體偏載作用下，隧道開挖過程可能出現坍塌，進而牽引山體形成山體滑坡。

3.2 邊坡方案設計

綜合考慮以上各種因素，根據實際地形條件、工程地質及水文地質條件， 擬采用消方減載+ 預應力框架錨索的方式進行邊坡處治(圖3)。

圖3 路塹邊坡處治方案橫斷面圖

(1)刷方減載

第一階采用1∶0.5 坡率放坡，邊坡高度15m，通過加高第一階邊坡高度，盡量降低隧道左側仰坡高度；第二階采用1:0.75 坡率放坡，邊坡高度7m；第二階平臺結合改路設置15m 寬大平臺，刷方減載分解高邊坡；第三階、第四階及第五階采用1∶1.25 坡率放坡。

(2)防護工程

第一階采用采用4 排預應力框架錨索進行加固，預應力錨索孔徑φ130mm，4 束鋼絞線， 錨索長度20m，錨索錨固段進入全風化-砂土狀強風化花崗巖不小于12m，錨索設計拉力500kN。

第二階采用采用2 排預應力框架錨索進行加固，預應力錨索孔徑φ130mm，4 束鋼絞線， 錨索長度20m，錨索錨固段進入全風化-砂土狀強風化花崗巖不小于12m，錨索設計拉力500kN。

第三階、第四階及第五階采用1∶1.25 坡率放坡，采用人字型骨架+客土噴播植草防護。

待邊坡坡腳隧道施工完畢后，對隧道洞頂進行回填，回填高度至第一階平臺高度。

(3)排水工程

各級平臺設置必要的平臺硬化及平臺水溝， 其中第一級平臺、第三級平臺、第四級平臺及第五級平臺采用擋水埂式平臺水溝； 第二級平臺結合道路改移采用下沉式平臺水溝；各級平臺采用厚度10cm 的C20 砼全封閉。

3.3 邊坡穩定分析

為了驗證處治方案的可行性， 采用Geoslope 邊坡穩定分析軟件對邊坡的穩定性進行驗算。 計算參數選取詳見表1 所示，計算結果詳見圖4 所示。 根據計算結果，通過處治后的邊坡穩定系數達1.27， 邊坡穩定系數滿足要求，說明邊坡處治方案是合理有效的，能滿足邊坡穩定及隧道施工安全。

表1 邊坡巖土力學指標一覽表

圖4 路塹邊坡穩定計算斷面圖

4 施工過程控制

設計方案的落實、設計理念的實現，施工過程控制是不可或缺的重要環節。施工前，設計單位對參建各方進行了現場技術交底。

施工時，施工單位重點做好了以下幾個控制要點：

(1)刷坡減載前，在塹頂設置了排水系統，對地表水進行截留，引入既有排水系統內。 刷坡減載時，采取了開挖一級防護一級的方法進行施工，確保了山體穩定。

(2)錨孔施工，現場采用氣動潛孔鉆機進行鉆孔，并用測角量具檢測了鉆機導軌傾角，將其誤差控制在±1，方位誤差控制在±2 內；鉆孔施工時，每鉆進1m 留取渣樣，并與設計地質圖進行復核，孔深比設計孔深超打0.5m。

(3)錨索下料時，現場制作了臺架，為了下料整齊準確， 在臺架上按照每個單元長度(包括張拉工作長度1.5m)采用紅油漆進行標識；下料采用切割機，并對不同單元進行編號和標識；下料完成后，進行承載體組裝，每1m 安裝一個架線環， 并在錨孔孔口位置安裝一個架線環；注漿管由架線環中間穿過，并用扎絲綁扎牢固，注漿管端部深入導向帽10cm，導向帽采用點焊固定在最前端承載板上，并留有溢漿孔，以保證孔底返漿；錨筋體安裝采用人工平順推進。

(4)錨索采用壓漿機進行注漿，注漿采用孔底返漿法，注漿壓力為2.0MPa ，直至孔口溢出新鮮漿液。

(5)因各單元錨索長度不同，張拉前根據設計荷載和錨索長度計算了差異荷載， 并根據計算的差異荷載進行分單元張拉。 張拉時，采取分級進行，先對錨索進行預應力補足差異荷載張拉，補張后分5 級進行施加，即設計荷載的25%，50%，75%，100%和110%， 張拉到最后一級荷載，持荷穩定10min 后進行鎖定。在張拉過程中采取了雙項指標控制， 即由張拉力和伸長量來控制。

5 邊坡安全監測

本工程采取深部位移監測和錨固工程應力監測兩種措施進行坡體穩定性監測， 通過兩種監測結果對坡體穩定性進行綜合分析判定。

(1)深部位移監測。高邊坡在第二階、第四階設置2 個深部位移監測孔，根據高邊坡開挖及時進行安全監測，深部位移監測表明，邊坡處于基本穩定狀態，具體監測曲線見圖5、圖6，監測結果表明，邊坡穩定性較好，邊坡加固效果較好。

(2)錨固工程應力監測。高邊坡在第一級坡面、第二級坡面各設置錨索應力監測點， 高邊坡錨索框架梁施工時安裝應力監測計監測，根據錨索應力監測數據分析表明，邊坡處于基本穩定狀態，具體監測曲線見圖7、圖8，監測結果表明，邊坡穩定性較好，邊坡加固效果較好。

圖5 第二階平臺深部位移監測孔

圖6 第四階平臺深部位移監測孔

圖7 第一級坡面錨索應力監測點

圖8 第二級坡面應力監測點

6 結語

秀村隧道于2014 年底開工，并于2017 年年底正式通車， 通過對該隧道洞口段路塹邊坡的穩定分析及施工過程的追蹤觀察，得出以下幾點結論：

(1)隧道洞口影響區內的路塹邊坡處治應綜合考慮實際地形、地質、水文條件，使得處治方案合理有效。

(2)邊坡加固后，經過工后的深孔位移監測和錨固工程應力監測， 坡體穩定性較好， 邊坡加固達到預期的目的。

(3)針對隧道偏壓洞口的邊坡處治，削方減載可以有效解決偏壓隧道洞口淺埋段的施工安全， 可為后續類似工程的設計、施工提供參考。