隧道洞口高陡仰坡防護措施

胡哲釧， 張志強

(西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室， 四川成都 610031)

復雜山區隧道洞口段邊坡最易受到自然災害影響，也是最易發生滑坡等事故的位置。隧道洞口地形復雜，邊仰坡陡峭，大量洞口洞頂存在危巖落石。

王晉雄[1]介紹了穩定邊仰坡的錨噴加固方法和洞口段的施工經驗；朱合華等[2]采用強度折減法分析了隧道在施工過程中邊坡的穩定情況；侯俊敏[3]采用BP神經網絡對山嶺隧道洞口段圍巖變形進行預測，總結了山嶺隧道洞口段圍巖變形控制技術；王永進[4]利用剛體極限平衡法計算邊坡的安全系數隨土力學參數的變化情況，研究穩定隧道洞口長大邊坡的加固方案；劉陸毅[5]介紹了常用的邊坡防護技術，對不同地質災害和防護要求提出了相應建議。本文結合艱險山區洞口特點，給出了幾種典型的坡面防護措施。

1 艱險山區高陡坡面失穩破壞及工程影響

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

1.1 坡面失穩

艱險山區坡面失穩風險較普通地區更為突出且難以處理。坡面失穩將可能引起滑坡復活或坡面出現整體穩定性問題等連鎖反應，可能導致基礎不均勻沉降、結構開裂破壞、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險之一，艱險山區的危巖落石存在發育區域廣，偏移范圍大，清除或防護難度大的特點?？赡茉斐啥纯诙位蛳噜徑Y構破壞(圖1)。

圖1 滑坡平面圖和三維實體效果圖

1.3 強降雨引發的山洪、泥石流

艱險山區一般地質災害多發，即使臨近區域發育的不良地質對洞口也有非常大影響。

2 坡面防護措施

2.1 高陡仰坡防護

一般艱險山區洞口，洞頂仰坡高陡，高達上百米，防護面積大。分析不良地質形成原因、風險，建立“分區、分類、分級”綜合防護設計理念。

(1)分區：根據仰坡范圍內不良地質對洞口的影響程度，分成不同的防護區域。

(2)分類：對仰坡范圍內存在的不良地質進行分類，并對其可能產生的地質災害進行判別。

(3)分級：結合仰坡不良地質分區分類及嚴重程度分級，分級采取針對性防護措施。

如圖2所示的茂縣隧道出口，自然邊坡30°～50°。I區以危石為主，采用清除、嵌補、支頂措施并設置被動網防護；II區存在坡面溜坍，采用錨網噴防護；III區為緩坡段，表層為松散堆積土，采用“錨網噴支護+預加固樁”。

圖2 茂縣隧道出口仰坡分區分級處理

2.2 危巖落石防護

艱險山區洞口另一重大風險就是危巖落石。明(棚)洞結構對危巖落石的防護能力有限，地形高差大，部分地段落石沖擊力可能超過明(棚)的設計防護能力時，采取主動措施控制下墜落石的體積和沖擊能減少明(棚)洞的防護負擔(圖3～圖5)。

圖3 消能攔擋設計

圖4 多層攔擋系統

圖5 落石分導示意

2.2.1 主動防護措施

對坡面存在危巖落石的情況，在可行的情況下，首先應考慮對危巖落石采取清除、嵌補、支頂、直接加固、設置主動防護網等措施。

2.2.2 被動防護措施

被動防護措施主要包括攔石墻、被動防護網、落石槽、設置明(棚)結構進行防護等。

2.2.3 綜合防護體系

對艱險山區隧道洞口，結合落石軌跡模擬分析，構建“關鍵點分導、消能、攔擋等多層分功能”的綜合防護體系。

3 不穩定坡面的加固措施

不穩定坡面安全風險極大，對大型不穩定坡面線路需進行繞避；小規模的在繞避代價過大時，應盡量與主軸小角度相交，并采用工程措施進行處理。按不良地質的特點主要分幾種處理類型(圖6)。

圖6 茂縣隧道出口不穩定坡面加固

3.1 直接加固防護型

當隧道洞口位于不良地質體，且基巖面較淺時，可采用先對不穩定體進行加固后再開挖并施工洞口結構，如茂縣隧道出口處，因巖層經風化、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，因此采用直接對不穩定體進行加固的方式進行處理：

(1)預加固樁錨固：為保證坡面整體穩定，結合隧道洞身情況采用預加固樁加固不良地質體。

(2)地表加固：對開挖影響范圍采用地表注漿加固不良地質體，防止隧道開挖時發生塌方。

(3)坡面防護：對隧頂坡面局部存在的可能溜坍的不良地質體，采用錨網噴防護。

(4)洞口接長明洞：洞口接長明洞結構避免局部溜坍影響線路，為防止結構不均勻沉降，對隧底采用換填或者注漿等手段加固處理。

3.2 清方減載+加固防護型

隧道在不良地質體中部穿越，結構長段位于松散體內，不良地質體基巖面較深，這時可采用“清方減載+加固防護型”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

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

(2)中部固結及擋護:對松散的坡面進行注漿固結，同時采用預加固樁加固、土釘墻等加強坡面防護；必要時隧底采用樁筏結構或注漿加固處理。

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

(4)洞口松散體固結:為保證進洞安全和洞口淺埋段穩定性，對洞口淺埋段松散體進行鋼花管注漿固結，見圖7。

4 結論

本文針對艱險山區隧道洞口邊坡巖體破碎極易失穩落石等特性，總結提出了邊坡坡面防護措施以及不穩定邊坡加固措施，總結：

(1)高陡仰坡按“分區、分類、分級”的綜合防護設計理念，對坡面不同影響程度、不同類別、不同嚴重程度的不良地質采取針對性防護措施。

(2)危巖落石防護采取主動防護措施和被動防護措施相結合的措施，并建立圍巖落石監控系統實時監控危巖落石發展。

(3)不穩定坡面盡可能采取繞避，無法繞避時按不良地質的特點不同采取直接加固防護和清方減載+加固防護兩大類方法進行坡面處理。