晉濟(jì)高速公路隧道邊坡崩塌處治與效果分析

張 俊 猛

(山西交通控股集團(tuán)有限公司晉城高速公路分公司,山西 晉城 048000)

1 依托項(xiàng)目邊坡崩塌原因分析

晉濟(jì)高速公路月湖泉隧道出口邊坡危巖落石所在山體邊坡與公路路面最大高差達(dá)200 m，邊坡一般上部及下部陡立，中部有一至兩處緩坡平臺(tái)，陡立區(qū)高度約60 m～80 m；山體坡表基巖裸露，主要為灰?guī)r、白云巖等，屬硬質(zhì)巖，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體巖層近水平；邊坡頂部植被茂盛，坡度較緩，坡體中部通常有一至兩處緩坡平臺(tái)，緩坡平臺(tái)處植被茂密；陡立區(qū)巖體受多組節(jié)理面切割，易產(chǎn)生巖塊剝落導(dǎo)致上部巖體臨空，該臨空區(qū)巖體在自身重力及節(jié)理裂隙面等作用下形成危巖，陡崖頂部邊緣由于卸荷裂隙發(fā)育，巖體完整性較差，發(fā)育有數(shù)量較多、塊徑相對(duì)較小的危巖，極易墜落或傾倒形成落石和坍塌體對(duì)公路線路危害極大；2015年—2017年每逢雨季，均有大小不等的危巖塊石墜落，砸壞月湖泉隧道出口附近觀景臺(tái)走廊及梯步或在路面上形成坑槽，嚴(yán)重影響交通安全。為了防止邊坡崩塌，提高邊坡的穩(wěn)定性，對(duì)邊坡進(jìn)行加固處理。文章以月湖泉隧道出口邊坡處治為例，制定方案進(jìn)行邊坡加固，并開展變形觀測(cè)，評(píng)定處治效果。

2 月湖泉隧道出口邊坡崩塌處治方案

從邊坡頂部向下安裝能級(jí)為1 500 kJ的覆蓋式簾式網(wǎng)至上部陡崖崖腳，將落石進(jìn)行引導(dǎo)至中部緩坡平臺(tái)，覆蓋式簾式網(wǎng)防護(hù)寬度約86 m，防護(hù)平均高度約71 m，防護(hù)面積約6 100 m2；在中部緩坡平臺(tái)設(shè)置R×I-Y-150型柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，將上部覆蓋式簾式網(wǎng)引導(dǎo)的落石攔擋，防止有危巖掉落至下部隧道口附近，防護(hù)高度5 m，防護(hù)寬度約95 m；在下部陡崖邊坡頂部設(shè)置GPS2型主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)，防止下部陡崖邊坡上的危巖掉落，防護(hù)面積約960 m2；對(duì)危巖帶WYD3，WYD4頂部裂縫進(jìn)行灌漿封填，防止雨水進(jìn)入裂縫導(dǎo)致風(fēng)化進(jìn)一步發(fā)展；針對(duì)重點(diǎn)危巖(帶)采用錨桿(索)進(jìn)行錨固，錨桿深度根據(jù)危巖(帶)厚度確定，分別為4 m，8 m，12 m以及15 m；清除坡表易松動(dòng)崩落的危巖塊體。

3 月湖泉隧道出口邊坡崩塌處治技術(shù)

3.1 覆蓋式簾式網(wǎng)處治技術(shù)

1)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

覆蓋式簾式網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要包括鋼絲繩、錨桿和金屬網(wǎng)，所選用的鋼絲繩鋼絲強(qiáng)度不應(yīng)低于1 770 MPa，作熱鍍鋅防腐處理。采用水泥砂漿錨桿，錨桿鉆孔孔徑超過50 mm，孔深應(yīng)超過設(shè)計(jì)深度10 mm以上，注漿采用M30的水泥砂漿或水泥漿，覆蓋式簾式網(wǎng)設(shè)計(jì)詳見圖1。

2)施工要點(diǎn)。

砂漿錨桿注漿應(yīng)從孔底向上反壓注漿，以保證錨孔內(nèi)部注漿的飽滿度。在晴天或旱季，采用人工垂直掏槽方式進(jìn)行基礎(chǔ)開挖施工。覆蓋式簾式網(wǎng)采用分段施工，一般分段長(zhǎng)度為50 m。格柵網(wǎng)搭接寬度不得少于10 cm，環(huán)形網(wǎng)的內(nèi)側(cè)鋪設(shè)格柵網(wǎng)，使用鋼絲綁扎固定，且1 m2固定數(shù)量不得少于4處。

3.2 主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)處治技術(shù)

1)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

鋼絲繩網(wǎng)、支撐繩選用的鋼絲強(qiáng)度不應(yīng)低于1 770 MPa，并采用熱鍍鋅作防腐處理。鋼絲繩網(wǎng)為菱形網(wǎng)，使用十字卡扣編織，鋼絲不能有斷絲、脫絲現(xiàn)象。鋼質(zhì)十字卡扣厚度應(yīng)大于2 mm，抗錯(cuò)動(dòng)力不應(yīng)小于5 kN，十字卡扣抗脫落力不小于10 kN。鋼絲繩錨桿使用φ16 mm鋼絲繩制作，錨桿頂部長(zhǎng)度大于3 m，中部和下部長(zhǎng)度應(yīng)大于2 m。錨固后錨桿抗拔力不小于50 kN。

2)施工要點(diǎn)。

施工前徹底清除坡面上的浮土及浮石，測(cè)量放樣確定錨桿孔位。錨桿鉆孔孔深不得小于設(shè)計(jì)值，孔徑應(yīng)大于50 mm。錨桿注漿采用M30水泥砂漿(水泥漿)，在存在化學(xué)侵蝕區(qū)域注漿選用M35水泥砂漿(水泥漿)或水泥漿。應(yīng)保證注漿飽滿度，注漿后養(yǎng)生時(shí)間不少于3 d。安裝縱橫向張拉繩，當(dāng)張拉繩長(zhǎng)度小于15 m時(shí)，張緊后用2個(gè)繩卡固定；當(dāng)張拉繩長(zhǎng)度超過30 m時(shí)，張緊后用4個(gè)繩卡固定；長(zhǎng)度在15 m～30 m時(shí)，固定繩卡數(shù)量為3個(gè)。格柵網(wǎng)沿邊坡自上而下進(jìn)行布置，搭接長(zhǎng)度不小于5 cm，并用扎絲固定，固定間距不大于1 m。自上而下布設(shè)φ8 mm鋼絲繩網(wǎng)，并做好縫合、張拉和固定。主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)斷面圖見圖2。

3.3 被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)防護(hù)技術(shù)

1)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要組成部分包括鋼柱、鋼絲繩、金屬網(wǎng)和消能裝置等。鋼柱采用型鋼制作，不能接焊，表面作防腐鍍鋅處理。鋼絲繩和環(huán)形網(wǎng)鋼絲強(qiáng)度不應(yīng)低于1 770 MPa，并采用熱鍍鋅作防腐處理，環(huán)形網(wǎng)抗頂破力不小于610 kN，金屬網(wǎng)抗頂破力不小于20 kN。消能裝置設(shè)計(jì)采用獨(dú)立單元組，可進(jìn)行更換。

2)施工要點(diǎn)。

被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)可以攔截滾石，施工前進(jìn)行測(cè)量放樣確定鋼柱基座位置，并根據(jù)落石防護(hù)情況適當(dāng)調(diào)整鋼柱間距。錨桿注漿、基礎(chǔ)開挖、防護(hù)網(wǎng)安裝要求同覆蓋式簾式網(wǎng)。消能裝置的安裝位置應(yīng)以能夠保證充分發(fā)揮消能作用為準(zhǔn)。格柵網(wǎng)搭接寬度不小于5 cm，格柵網(wǎng)與環(huán)形網(wǎng)采用鋼絲固定，固定點(diǎn)數(shù)量為1 m2不少于4處。被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)設(shè)計(jì)平面圖見圖3。

4 邊坡加固處治效果分析

4.1 邊坡加固后水平位移觀測(cè)分析

在預(yù)定位置埋設(shè)測(cè)點(diǎn)后使用全站儀量測(cè)觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，作為初始值，之后按量測(cè)頻率要求每?jī)芍苡^測(cè)一次。統(tǒng)計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)，記錄在表1中。

表1 月湖泉隧道出口邊坡崩塌處治后水平位移觀測(cè)值

分析表1數(shù)據(jù)，各測(cè)點(diǎn)觀測(cè)前期水平位移變化量較大，后期變化速率逐步放緩。三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)中，觀測(cè)點(diǎn)2的水平位移最大累計(jì)值較大，為14.2 mm，其他兩個(gè)點(diǎn)分別為13.1 mm和12.6 mm。按照規(guī)范要求，水平位移累計(jì)值的警戒值是20 mm，各測(cè)點(diǎn)均為超過警戒值，說明加固后邊坡水平位移得到有效控制。

4.2 邊坡加固后沉降位移觀測(cè)分析

在預(yù)定位置埋設(shè)測(cè)點(diǎn)后使用儀器測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)的高程，作為初始值，之后按量測(cè)頻率要求每?jī)芍苡^測(cè)一次。統(tǒng)計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄在表2中。

表2 月湖泉隧道出口邊坡崩塌處治后沉降位移觀測(cè)值

分析表2數(shù)據(jù)可知，測(cè)點(diǎn)2的累積沉降變形量較大，為9.8 mm，其他兩點(diǎn)的沉降變形量分別為9.2 mm和9.6 mm。按照規(guī)范要求，邊坡沉降量警戒值為20 mm，三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)位移值均小于警戒值，說明加固后沉降變形得到有效控制。

4.3 總體分析

隧道出口段邊坡加固處治后，通過布置測(cè)點(diǎn)觀測(cè)邊坡水平位移和沉降位移，變形量均不大，且存在一定的規(guī)律。水平位移觀測(cè)結(jié)果表明，加固處治前期變形量較大，變化速率較快，后期變化速度較慢，變化量較小且逐步趨于穩(wěn)定。各測(cè)點(diǎn)水平位移累積變形量均遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的20 mm，且人工巡查中未發(fā)現(xiàn)開裂現(xiàn)象。沉降位移變形規(guī)律也呈現(xiàn)為早期變化速度和變形量較大，后期變形量和變化速率均較小且逐步趨于穩(wěn)定。各測(cè)點(diǎn)沉降位移累積變形量最大值為9.8 mm，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的20 mm，說明加固后隧道出口邊坡穩(wěn)定性，加固效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

通過制定加固方案，對(duì)晉濟(jì)高速公路月湖泉隧道出口邊坡崩塌進(jìn)行處治，布置測(cè)點(diǎn)并進(jìn)行變形觀測(cè)，分析后得出以下結(jié)論：

1)水平位移觀測(cè)結(jié)果表明：邊坡加固后三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)最大水平位移累計(jì)值為14.2 mm，小于規(guī)范要求的警戒值20 mm，說明水平位移得到有效控制。

2)沉降位移觀測(cè)結(jié)果表明：三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的累積沉降變形量最大值為9.8 mm，小于規(guī)范要求的警戒值20 mm，說明沉降位移也得到有效控制。

總之，通過對(duì)隧道出口段邊坡處治加固，邊坡變形量明顯降低，且趨于穩(wěn)定，說明加固達(dá)到了預(yù)期效果。