西南艱險地區隧道洞口高邊坡危巖體整治施工技術

馮棟梁

（中鐵三局集團有限公司，山西 太原030001）

科技與經濟的發展促使工程建設尋求變革與創新，鐵路隧道、公路隧道、引水隧洞、跨海隧道等地下工程逐步向斷裂破碎帶和活動斷裂帶等“隧道修建禁區”發起挑戰[1-2]。

成蘭鐵路是在活動斷裂帶上修建而成的，屬汶川地震災后重建項目，所處位置地形切割強烈、構造條件復雜活躍、巖性條件軟弱破碎[3]，被專家比喻為在“爛豆腐”上修鐵路。

新民隧道處于強烈地震帶上，線路平行于岷江活動斷裂帶，新民隧道洞口位于泥石流堆積區，洞口地表地質災害強烈發育，邊仰坡危巖落石、崩塌及地震觸發的次生地質災害時有發生，威脅隧道洞口施工及隧道運營安全。同時，隧道沿線分布自然保護區、風景名勝區，全部施工區域緊臨保護區的實驗區，環境復雜。為避免隧道洞口高邊坡危巖體造成生命和財產安全隱患，在隧道進洞前需對隧道口高邊坡危巖體整治方案及施工技術加以充分研究，確保隧道施工和運營安全。

1 工程概況

新民隧道出口具有西南艱險山區典型的高山峽谷地貌特征，如圖1所示，測區位于板塊邊緣構造帶，區域性大斷裂、活動斷裂發育，地震活動較為頻繁，施工期間汶川地震余震頻發[4]。通過無人機掃描勘察，工程區山體有17條顯著的裂縫及裂隙，裂縫均沿貫通性節理排列，主要為N50°W/90°NE、N70°W/75°NE兩組節理。

圖1 高山峽谷地貌

靠近隧道出口方向的邊坡裂縫走向大部分近似平行于等高線，局部與等高線斜交，靠近國道G213線方向的邊坡裂縫走向大部分垂直于等高線，局部平行于等高線。

裂縫相互切割形成的貫通裂縫局部已形成倒懸孤石，在區域地震動荷載反復作用和誘發下，局部孤石隨時都可能崩滑，存在安全隱患，需綜合研究整治加固方案，徹底整治洞口高邊坡危巖體[5-6]。

整治山體正下方為崖腳巖堆整治已完工程和解放村雙線大橋樁基工程，左側布置有生活營區及農田，右側布置有新民隧道斜井洞口及施工生產設施等，如圖2所示。

圖2 隧道口高邊坡正面全貌概略

整治山體背側呈斷塊式陡崖且局部倒懸，山體巖塊處于臨界穩定狀態，背側崖腳是通往九寨溝風景名勝區的國道G213線，國道G213兩側屬于居民住宅區和旅游商業區，且毗鄰靖夷堡古遺址省級文物保護區，施工邊緣距該省級文物保護區距離僅130m，如圖3所示。

圖3 隧道口高邊坡背面復雜環境

2 整治方案及施工技術

2.1 整治總體方案

綜合考慮隧道口所處工程地質條件和周邊復雜環境，結合已有的工程實踐和現場試驗情況，最終確定的新民隧道隧道口高邊坡危巖體整治總體方案如下：①對裂縫發育危巖體進行分級清方。清方范圍從線路左側19m至線路左側167m，全長約148m。清方坡率為1∶0.3，分2～7級控制，分級高度20m，兩級之間設置2m寬平臺，最下一級平臺寬度不小于3m。②自上而下第二級平臺以上部分采用人工清除，其余采用控爆清除。臨近開挖坡面附近采用光面爆破。③清方后坡面采用噴錨網+大錨桿防護。④最下一級平臺以下自然坡面采用噴錨網+大錨桿防護。⑤山體背側坡腳，由下至上設2道被動柔性防護網，防護高度7m?？可絺缺粍泳W后設置落石槽，沿山體背側G213國道上方陡坎邊設一道樁板墻。整治施工順序如圖4所示。

圖4 整治施工順序

2.2 關鍵施工技術

2.2.1 山體背后防護技術研究

2.2.1.1 被動網施工技術研究

山體背側坡腳，由下至上設2道被動柔性防護網，防護長度分別為580m、690m，防護高度為7m；靠山側被動網后設置落石槽。施工時應根據現場地形適當調整防護網的位置。被動防護網采用錨桿、鋼柱、支撐繩和拉錨繩等方式將纏繞型環形網固定在坡面上，當落石沖擊防護系統時，沖擊能力主要通過環形網吸收和水能裝置消散，殘余能量由受力基體吸收，最終截停落石，達到攔截落石的作用[7]。

2.2.1.2 落石槽施工技術研究

高邊坡危巖體開挖清方整治施工時，在靠山側被動防護網內側設置一道落石槽。落石槽斷面采用上口寬、下口窄的梯形，靠近崖腳側做成1∶1斜坡，落石槽底寬2m、深3.5m，如圖5所示，采用人工開挖的方式。

圖5 落石槽布置示意圖

2.2.1.3 樁板墻施工技術研究

沿山體背側G213國道上方陡坎邊設一道樁板墻，樁板墻全長350m，共設59根鉆孔樁，樁間距為6m，樁徑2m，地面上為方樁，樁截面為2m×2m。采用C35鋼筋混凝土澆筑。樁間內置6m高擋土板，板均采用C35鋼筋砼現澆制作。墻頂設置4m高被動柔性格柵。樁板墻大樣圖如圖6所示。

圖6 樁板墻大樣圖（單位：cm）

2.2.2 山體正面防護技術研究

2.2.2.1 落石槽施工技術研究

以與等高線平行為原則，在崖腳設置落石槽，其斷面采用上口寬、下口窄的直角梯形，靠近崖腳側做成1∶1斜坡，落石槽底寬3m、深2m，并在直角邊頂端設置型鋼柵欄臨時防護。

2.2.2.2 型鋼柵欄施工技術研究

在落石槽頂端或地面設置型鋼柵欄臨時防護，用于攔截山體滾石。型鋼柵欄臨時防護主要由型鋼基礎、型鋼鋼柱、支撐繩、拉錨系統、縫合繩、減壓環等組成，同時靠山側設置鋼絲格柵網和鋼筋網片。

2.2.3 索道運輸技術研究

對現場進行多次詳細的實地調查，并結合現場實際地形分區域設施兩條索道進行土石方及材料運輸，索道長度分別為1號索道405m，2號索道242m，索道布置示意如圖7所示。由于索道運輸線路經過新民隧道斜井臨時駐地，為保障人員安全，采用索道運輸前，新民隧道斜井臨時駐地進行搬遷。

圖7 索道布置示意圖

索道型式采用單支點單索往復式架空索道，跨距為300～600m，高差角在30°左右，最大不超過45°，最大運載能力5t，運行最大速度為2m/s。承載索采用Φ17.5普通鋼絲繩，支撐架采用360mm×360mm角鋼抱桿，牽引索為Φ12普通鋼絲繩。

2.2.4 坡面防護技術研究

2.2.4.1 坡面防護總體方案

坡面防護陡崖高差140m，坡面坡率1∶0.3，每級平臺高20m，防護坡面面積較大，自上而下1～4平臺，每清方一個平臺及時支護，5～7平臺整體清方完成后統一支護。危巖清方完成后，在2m寬度平臺上搭設附著式腳手架作為噴錨網施工操作平臺，材料運輸主要通過索道運輸，小型機具通過人工抗抬運輸。

2.2.4.2 坡面腳手架搭設技術研究

坡面腳手架搭設單元高度保持與坡面高度一致，即20m。垂直方向單元間不連接，腳手架的基礎為2m寬的平臺，采用雙排架，腳手架采用與清方邊坡緊密附著，采用直徑25mmHRB400螺紋鋼作為巖面附著連接件，連接件按照2m×2m間距布置，單根連接錨桿錨入穩定巖體至少4m，外露桿體與腳手架鋼管采用焊接連接。

腳手架是邊坡支護的重要載體，安全問題尤為重要，為確保安全，需采用設置剪刀撐措施加強腳手架來維持整體穩定性[8]。

2.2.4.3 噴錨網防護工程施工

清方后坡面采用噴錨網+大錨桿防護，噴射C25混凝土厚10cm，分2次機械噴射，小錨桿矩形布置，節點間距4m，采用Φ25HRB400鋼筋制作，長4.3m，錨孔采用Φ49鉆孔。大錨桿呈矩形布置，節點間距4.0m，按與水平面成15°下傾角施工，每孔錨桿采用單根Φ25HRB400螺紋鋼制作，各排錨桿長度均為12.0m。大錨桿沿桿身間隔1.5m設置支架，支架與錨桿以及2根錨桿間采用焊接連接，錨桿固定時均需露出巖面20cm。錨孔直徑為110mm，注漿材料采用M35水泥砂漿或水泥漿。噴錨網小錨桿與大錨桿交錯布置。坡面每間隔3m設置一個泄水孔，安置泄水孔時需注意上下錯開排列，內設長1.0mΦ42PVC花管。

2.2.4.4 12m深錨桿施工技術研究

深錨桿施工前需先清除坡面覆土及全風化層，并對坡面局部凹腔進行嵌補。嵌補前清除凹腔內浮石，嵌補體與既有坡面采用錨桿連接，錨桿采用Φ25HRB400鋼筋制作，錨桿梅花形布置間距不大于1.5m，錨桿錨固于基巖內的長度不小于2m。

3 結語

成蘭鐵路新民隧道洞口山體裂隙、危巖體發育，巖體破碎，周邊環境復雜，施工風險系數較大，施工前須對洞口山體危巖體進行全面整治。本文本著“一次根治，不留后患”的原則，通過多次調研和分析，提出了成蘭鐵路新民隧道口高邊坡危巖體整治施工方案，避免了隧道施工及運營過程中出現施工安全問題，降低了施工安全風險系數，保障了周邊居民及施工工人的生命和財產安全。

整治技術經過應用，刷新了鐵路領域隧道洞口高陡邊坡建造周期，贏得了社會一致好評，社會效益、經濟效益可觀。隨著國家對基礎設施建設投資力度的加大，特別是對鐵路基本建設的重點投入，隧道工程建設在可預見的將來會越來越普遍，該整治施工技術對處于類似復雜地質環境中的隧道修建有重要的借鑒和參考意義，具有廣泛的應用前景。