淺析殘坡積土、巖溶、偏壓隧道洞口處理技術

摘 ?要：蓮花山隧道進口邊仰坡較陡且偏壓，坡面低層為松散堆積土，地質條件復雜，開挖洞口施工中如遇雨水容易發生溜塌，施工運營存在安全隱患，隧道基礎下部為灰巖及巖溶;通過錨桿注漿加固，錨索框架措施進行固結加固，采用明洞反壓回填及雙排抗滑樁加固措施消除偏壓影響同時采用雙側壁進洞工藝保證了進洞安全;通過對明洞進行延長、基底采用樁基加固措施、邊仰坡采用張口式簾式防護網措施，保證了運營安全。

關鍵詞：偏壓;殘積土;巖溶;反壓回填;抗滑樁;錨桿注漿

中圖分類號：U452 ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：2096-6903（2021）03-0000-00

0引言

南龍鐵路位于福建省中北部的南平、三明市和龍巖市境內，新建正線長度246.546km（右線繞行2處7.786km）。蓮花山隧道位于三明三元區境內，隧道全長2927m，隧道進出口有簡易土路通往附近的村莊，交通較不便利[1]。

1工程概況

蓮花山隧道位于三明市三元區和梅列區境內，原設計起訖里程為DK87+238～DK90+165，全長2927m，設計為雙線隧道，設計時速為200km/h。隧道進口至洞身DK88+050段設計坡度為3.8‰的上坡，洞身DK88+050至出口段設計坡度為3‰的下坡。隧道最大埋深273m，該隧道所處發育3條斷層帶，1處為節理較密集帶，斷層帶內圍巖膠結比較差，導水性及富水性好，極易引起涌水、涌泥等地質災害。

隧道進出口進洞均為Ⅴ級圍巖，開挖方法均為雙側壁導坑發;進口洞門采用單壓式洞門[2]。

2施工方案

2.1總體加固措施

蓮花山隧道進口仰坡防護原設計為對DK87+248～+259段進行地表砂漿錨桿加固，以改善圍巖物理力學性能。加固寬度為隧道中線左右兩側外15m。洞口左側邊坡設置3根錨固樁，低山側采用反壓回填采用反壓回填提前進洞，右側邊坡設置2根錨固樁，樁長均為24 m，錨固樁截面2.25 m×2.5 m。

根據調查，洞口上方邊坡風化嚴重，圍巖破碎，極不穩定，對邊坡進行噴錨網支護后，仍有遛塌現象，根據實際情況，此處變更增加邊坡防護，主要措施如下：

（1）DK87+233～+260段洞口高山側截水天溝范圍內的陡坎采用框架錨索進行防護，錨索孔徑130mm，錨索采用3根公稱直徑15.24mm鋼絞線制作，孔內灌注M40水泥砂漿，錨索張拉力為150KN。

（2）DK87+233～+238段隧道中線左側7.5m～16.5m范圍、DK87+238～+260段隧道中線左右兩側各15m范圍，采用直徑50mm鋼花管對松散堆積體進行注漿加固處理，加固深度為地表至強風化巖石面以下不小于2m（隧道開挖范圍內為地表至隧道開挖輪廓線），鋼花管間距1.5m×1.5m，梅花形布置，注漿漿液采用1：1水泥漿液，注漿前采用10cm厚C25網噴混凝土（鋼筋網，￠6，網格20cm×20cm）對地表松散體進行封閉。

（3）隧道洞口左側邊坡設置3根錨固樁，低山側采用反壓回填提前進洞，右側邊坡設置5根錨固樁。樁長為24m，錨固樁截面均為2.25m×2.5m，樁中心間距5.0m。

（4）隧道明洞段采用化學改良土回填（摻入3%水泥），采用小型機械夯填，層厚不得大于0.2m。

（5）為保證端墻穩定，錨固樁與端墻采用^22鋼筋連接，共設置兩排，錨入端墻和錨固樁均不小于0.5m，間距0.3m。

（6）明洞延長5m，采用筏板基礎，針對溶洞情況，筏板下采用7根鉆孔樁基礎加固，Ф1.25m間距4.6m梅花型布置，樁長21m，穿過巖溶區，進入基巖;DK87+233.24～+264段隧道仰拱下采用Ф50鋼花管對仰拱下巖溶進行注漿加固處理，加固深度至弱風化灰巖面以下不小于1m，鋼管縱向間距1.5m，鋼管孔口橫向間距為0.675m，孔底橫向間距為3m;注漿漿液采用1：1水泥漿液;注漿壓力2～3MPa（可根據現場注漿試驗確定，注漿壓力應能確保注漿加固效果），巖溶填充物填充系數按5%考慮。

（7）結合地形情況，樁頂及墻頂設張口式簾式攔石網，坡面設置張口型簾式防護網，防護等級為3000kJ。結構配置：鋼柱+支撐繩+拉錨+減壓環+環形網+雙絞六邊形網，具體防護位置見橫斷面設計圖。陡壁上部有危石來源區采用張口型簾式網防護，簾式網坡腳順接原設計樁板式攔石墻[4]。

2.2施工現場準備

（1）組織復測地形，土體、水體采樣檢測;征拆、修建便道、場地規劃整理等;

（2）布設洞頂沉降觀測基點。

（3）人員進場培訓，針對風險源、質量通病、工序要求做針對性性培訓。

（4）材料進場驗收，設備進場檢查調試。

2.3施工工序

隧道開挖進洞施工工序：截水天溝施工→地表注漿加固處理→洞口陡坎范圍內的框架錨索施工→錨固樁施工（含橋臺防護錨固樁）→護拱施工→導向墻及管棚施工→洞口明洞及洞門施工（含回填）→反壓回填施工→暗洞施工→簾式防護網施工。

3坡積土固結及鎖定

3.1坡面整理及設置封閉層

清理坡面植被，施工截水天溝，整個坡面分為四個臺階，采用C25砼封閉（采用噴射砼）并增設錨桿固定，防止注漿時地表隆起。

噴射作業應分段、分片由下而上順序進行，每段長度不宜超過5m～8m，噴射混凝土終凝2h后，應噴水養護。

錨桿施工：鋼筋網掛設時，應與地面有3～5cm的距離，鋼筋網焊接于錨桿上;鉆孔時孔要與坡面大致垂直，孔內砂漿要飽滿

3.2 地表注漿固結坡積土

采用傳統注漿固結技術，對坡積土土體進行改良，提高其力學性能，為下一步錨桿框架工藝對土體鎖定提供條件

施工操作要領

（1）在配置漿液時，根據吸漿量調整漿液濃度。

（2）注漿順序用從周邊向中間經行。

（3）根據坡積土較松散，孔隙率較大，吸漿量較大的特點，采用分段后退式注漿。

（4）注漿過程中要對泵壓及泵量變化進行記錄，根據注漿標準要求進行終孔。

（5）壓漿施工中出現周邊地表冒漿、孔內漏漿及灌漿因故中斷等現象，根據具體情況采用間歇注漿、調整漿液濃度、摻加粉煤灰等技術措施進行處理，必要時從新鉆孔注漿。

4 錨索框架施工鎖定坡積土

地表注漿完畢后，將設計錨桿框架加固范圍邊坡開挖至設計坡度，施做預應力錨索。

錨索框架梁格可以用于改變邊坡滑坡狀態，這種物理結構不同于傳統的被動力傳導模式，可以利用框架梁格結構實現邊坡由于不均勻受力或者高差受力帶來的壓力轉移，也就是將邊坡外推動力傳導到滑坡穩定圍巖部分，通過力的傳導來降低邊坡變形坍塌的風險。

進行錨頭布局時，需要選擇合適的布局點。一般來說，可以將錨頭布局在框架梁格橫梁及縱梁的交叉點上。一般錨頭布局可以遵循以下原則：（1）框架梁錨索間距3m×3m，縱梁厚度d=0.5m，寬度0.6m，橫梁尺寸0.4×0.4m，交叉點設置0.3×0.3m連接角，上下設置鑲邊。（2）縱梁及橫梁采用C30鋼筋混凝土，縱梁上下設置M7.5漿砌片石平臺，每隔5d設置坡面吊鉤一條，上面連接坡頂鑲邊，下部連接平臺截水溝。

進行鉆孔施工時，需要確保鉆頭鉆進過程中不會引發二次滑坡現象。水沖鉆鉆進時沖擊力會變化不連續，容易出現突變現象，同時沖擊力一般較大，往往會造成不穩定邊坡出現滑坡現象，最終影響到結構穩定性。風動能鉆頭沖擊力較小且連續變化，因此經常被用于不穩定邊坡鉆孔施工過程中，采用風動能鉆頭鉆孔時，需要結合當地的工程地質條件和巖土黏結參數確定鉆頭沖擊力。同時，需要依據坡積土破碎特點，避免施工過程出現塌孔卡鉆，必要時在特殊施工工序段采用套管跟進鉆孔措施。

錨索安設及注漿加固可以參照下圖的流程進行。

進行錨索張拉時必須要控制好張拉力的大小，一般需要對張拉力進行現場測量并根據實測值與理論值進行比對，盡量將張拉力控制在理論值額定范圍內。可以分多次進行張拉，經常分為兩次進行張拉：第一次張拉時將張拉力控制在額定張拉力的70%范圍內，然后待框架梁砼凝固到額定強度后進行張拉力的持續增加，一直增加到額定值為止。

4.1明洞延長及反壓回填

4.1.1 明洞澆筑及銜接

明洞接長14.76m，洞口里程調整至DK86+223.24，其中DK86+223.24～+233.24段采用門型框架結構，下部采用筏板基礎，采用滿堂支架方案進行澆筑;DK86+233.24～+238段明洞按照隧道襯砌結構土施工，采用襯砌臺車澆筑。兩種明洞架構采用封堵墻澆筑成整體，墻內鋼筋應與明洞內鋼筋焊接成整體，并與明洞同時澆筑成型。

4.1.2 明洞下巖溶處理

（1）DK87+233.24～+238明洞段基礎采用7根Ф1.25m的鉆孔樁進行加固處理，樁長21m（隧底補充勘探前現場已經施工），采用鉆孔樁施工

（2）DK87+233.24～+264段隧道仰拱下采用Ф50鋼花管對仰拱下巖溶進行注漿加固處理，加固深度至弱風化灰巖面以下不小于1m，鋼管縱向間距1.5m，鋼管孔口橫向間距為0.675m，孔底橫向間距為3m;注漿漿液采用1：1水泥漿液;注漿壓力2～3MPa（可根據現場注漿試驗確定，注漿壓力應能確保注漿加固效果），巖溶填充物填充系數按5%考慮。

（3）DK87+223.24～+238段明洞外墻外9m范圍內采用鋼花管注漿加固處理，加固深度至弱風化灰巖面以下不小于1m，鋼管間距1.5m*1.5m;注漿漿液采用1：1水泥漿液;注漿壓力2～3MPa（可根據現場注漿試驗確定，注漿壓力應能確保注漿加固效果），巖溶填充物填充系數按5%考慮。

4.1.3反壓回填

DK87+223.24～+238段采用碎石土進行反壓回填，回填坡面采用30cm厚M10漿砌片石進行鋪砌，回填體坡腳設置C25混凝土坡腳擋墻，擋墻頂寬1m，擋墻基礎埋深不小于1.5m。

洞口明挖段需回填部分根據實際情況采改良土回填，土回填施工均勻對稱并分層夯實，其兩側回填土面高差不大于0.5m，小型機械夯實每層厚度不大于0.20m[5]。

4.2簾式防護網

洞口天溝外側、垂高45m至仰坡自然山體頂范圍坡面垂高約50m，坡率1：0.4～1：1，無防護，土夾石坡面土體極為松散，仰坡面高陡，危石主要集中在山坡的中部和右側，長期受雨水沖刷易發生溜坍，危及行車安全，經研究決定結合樁頂地形情況及墻頂設增設張口式簾式攔石網防護。

張口式簾式攔石網施工方法：

（1）系統被動防護部分布置宜沿等高線走向，以能最大程度攔截滾石為原則;

（2）鋼柱基座放線時，相鄰鋼柱基座間高度差宜控制在0.5m內;鋼柱安裝遇巖質地基時采用鉆鑿地腳螺栓錨孔安裝基座，遇土質地基時需開挖基坑并澆筑混凝土再安裝基座，基礎采用C20混凝土，鋼柱砼基礎地腳螺栓錨桿孔徑不小于φ45，基礎頂面用薄層C20細石砼抹平;鋼絲繩錨桿孔徑φ50，錨桿深度不小于3m。

（3）安裝工序：錨桿及鋼柱基礎定位及安裝→安裝、調試鋼柱及拉錨繩→安裝、調試支撐繩→張掛及縫合攔截區環形網→張掛及縫合雙絞六邊形網→張掛及縫合覆蓋區環形網→安裝縱向鋼絲繩→安裝橫向固定鋼絲繩[6]。

4.3監控量測

通過施工現場的監控量測，判斷了邊坡及圍巖的穩定性，支護、襯砌的可靠性，二次襯砌施工時間以及修改施工方法，調整了圍巖級別，為變更支護設計參數提供依據，確保了施工安全和質量。

5結論

綜上所述，通過對蓮花山隧道進口的殘坡積土、巖溶、偏壓式洞門處理施工，積累了寶貴的施工經驗，根據專家論證意見及設計要求優化了施工方案，解決了技術難題，保證了隧道順利進洞開挖和建成后的安全運營。為今后同類施工提供了寶貴經驗。

參考文獻

[1]中鐵鐵路總公司.關于《南平至龍巖鐵路擴能工程設計安全評估報告》的函（鑒線函[2012]22號）[M].北京：中鐵鐵路總公司，2012.

[2]國家發改委.《關于福建省南平至龍巖鐵路擴能工程可行性研究報告的批復》（發改基礎[2013]306號）[M].北京：國家發改委，2013.

[3]中鐵鐵路總公司，福建省人民政府.《關于南平至龍巖鐵路擴能改造工程初步設計的批復》（鐵總辦函[2013]487號）[M].北京：中鐵鐵路總公司，2013.

[4]中鐵第四勘察設計院.南平至龍巖鐵路擴能工程修改初步設計文件、施工圖設計文件及變更設計文件[M].北京：中鐵第四勘察設計院，2014.

[5]中鐵鐵路總公司.《鐵路工程施工組織設計指南》（鐵建設[2009]226號）[M].北京：中鐵鐵路總公司，2009.

[6]南昌鐵路局.《營業線施工及安全管理辦法（鐵運【2012】280號文》[M].南昌：南昌鐵路局，2012.

收稿日期：2021-02-05

作者簡介：張強（1982—），男，河南信陽人，本科，工程師，研究方向：土木工程。

Abstract： The upward slope at the entrance of the Lianhuashan Tunnel is relatively steep and biased， and the lower layer of the slope is loose accumulation of soil. The geological conditions are complicated. During the construction of the excavation tunnel， it is easy to slip and collapse in case of rain. There are hidden safety hazards in the construction and operation. The lower part of the tunnel foundation is now gray. Rock and karst; reinforcement by bolt grouting， consolidation and reinforcement by anchor cable frame measures， open tunnel backfilling and double-row anti-slide pile reinforcement measures to eliminate the influence of bias， and double-wall tunneling technology to ensure tunnel entry Safety： The operation safety is ensured by extending the open tunnel， using pile foundation reinforcement measures for the base， and adopting open curtain protection nets for the side slope.

Keywords： Eccentric pressure; residual soil; karst; backfill with back pressure; anti-slide pile; bolt grouting