淺談敘畢鐵路孫家塝隧道洞口高邊坡不良地質處置施工措施

摘要 艱險山區隧道建設面臨著高原高寒、地形高差大、地質條件復雜等方面嚴峻挑戰，為保證建設施工中隧道洞口施工安全及今后鐵路運營安全，對隧道洞口高邊坡必須采取相應措施和危巖落石治理。文章以敘畢鐵路孫家塝隧道為依托，采用理論分析，結合現場實際，對隧道洞口高邊坡及危巖落石治理技術進行了探討，以期為同行提供借鑒。

關鍵詞 隧道；危巖；裂隙；治理

中圖分類號 U457 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0127-03

0 引言

隧道地形起伏大、地質構造復雜，存在有毒有害氣體、巖溶、斷層及破碎帶、順層、地應力、瓦斯及天然氣等不良地質，全隧共穿越斷層及破碎帶7處。結合探明的現場地質條件，斑竹林隧道淺埋段綜合考慮水文地質、周邊環境、環保水保、地表構筑物等因素，研究確定科學合理、可操作性強的工程措施，確保斑竹林隧道淺埋段的施工安全、環境安全以及地表構筑物與人員的安全。

1 工程概況

1.1 孫家塝隧道

（1）孫家塝隧道全長999 m，最大埋深約87 m。進口里程DK192+812，出口里程DK193+811，單線隧道，設計為11.3‰、11.7‰的單面上坡。全隧除DK192+812

～DK193+027.309段位于半徑R=1 600 m的左偏曲線上外，其余地段均為直線。

（2）隧道進口接路基工程，出口緊鄰孫家塝大橋。

（3）隧道洞身穿越泥巖、砂巖夾煤線，全隧預測涌水量約1 370 m3/d；地下水環境作用等級為H2。

（4）隧道洞身穿越泥巖、砂質夾煤線，為低瓦斯隧道。

1.2 區域不良地質描述

斜坡上不良地質主要為危巖落石、卸荷裂隙。

1.2.1 危巖落石

從地貌上看該危巖落石屬上方陡崖+斜坡型，陡崖面節理裂隙發育，局部多形成倒懸體，斜坡自然坡度50 °～70 °，坡面上主要以落石為主[1]。

（1）危巖區。對工程影響嚴重的危巖分布于DK193+770～DK193+825段左20 m至右50 m，其中DK193+773～DK193+780和DK193+815～DK193+825兩段左20 m至右50 m范圍內的陡崖地帶危巖最為明顯。陡坡高約90 m，陡坡面植被較發育。地層巖性為三疊系下統須家河組（T3xj）砂巖夾泥巖及煤線，陡坡面以厚層狀為主，主要為弱風化，局部為強風化。受構造影響，巖層較平緩，節理裂隙發育，主要發育3組節理裂隙：①N30 °～45 °W/90 °；②N40 °～50 °E/65 °～70 °NW（該組為卸荷裂隙）；③N40 °E/90 °。

據現場調查，陡坡上零星覆土，植被較發育，陡坡基巖為三疊系下統須家河組（T3xj）砂巖夾泥巖及煤線，節理裂隙發育，各結構面縱橫交錯切割，扭曲變化較快，張開的裂隙里多有灌木生長。

（2）落石區。對工程有影響的落石區分布于DK193+825～DK193+840左側30 m至右60 m斜坡坡面及坡腳，溝底分布少量塊石，斜坡自然坡度為30 °～50 °，相對高差約20 m，植被發育，坡面基巖多裸露，坡面見零星落石堆積體，規模較小，落石呈零星分布，落石塊徑一般1～3 m，最大塊徑達5～10 m，落石大部分裸露，少部分淺埋于斜坡下部薄層土層中。

1.2.2 卸荷裂隙

根據調查測繪，斜坡頂較平緩，覆土較厚，植被發育，未發現卸荷裂隙；僅于孫家塝大橋0#臺DK193+813～DK193+821左8～10 m發育一卸荷裂隙，卸荷裂隙產狀約N40 °～50 °E/65 °～70 °NW，底寬0.15 m，深約1 m，頂寬約0.5 m，深約5～6 m，無充填，對橋臺影響較大。

2 現場補勘主要內容

補勘地質說明：隧區位于云貴高原北部揚子準地臺滇東臺褶帶，褶曲、斷裂均比較發育，地質構造復雜。

2.1 地形地貌

測區屬構造剝蝕低山地貌，地形起伏大，溝谷切割深，地面高程750～880 m，相對高差100～150 m，自然坡度50 °～70 °，植被發育。

孫家塝大橋0#臺與孫家塝隧道出口相接，地形陡峻，斜坡上多見陡崖，孫家塝隧道出口位于陡崖下，孫家塝大橋0#臺位于陡崖上，陡崖下局部為倒懸，危巖落石發育。

2.2 節理裂隙

孫家塝大橋0#臺前（即DK193+815～+820）為陡崖高度約20 m，崖面走向N30 °W→N65 °W，陡崖腳有高約9 m、深約2.5 m的倒懸，對橋臺影響較大；DK193+813～+821左8～10 m發育一卸荷裂隙，卸荷裂隙產狀約N40 °～50 °E/65 °～70 °NW，底寬0.15 m，深約1 m，頂寬約0.5 m，深約5～6 m，無充填，對橋臺影響較大。

2.3 不良地質及特殊巖土

斜坡上不良地質主要為危巖落石、卸荷裂隙。從地貌上看該危巖落石屬上方陡崖+斜坡型，陡崖面節理裂隙發育，局部多形成倒懸體，斜坡自然坡度50 °～70 °，坡面上主要以落石為主。

2.4 特殊巖土

（1）石膏及鹽巖：淺埋段巖性為桐梓組+紅花園組灰巖、白云巖，婁山關群白云巖及斷層破碎帶。婁山關群白云巖，局部含石膏、氯鹽假晶；斷層破碎帶內局部地段有斷層泥，富含黃鐵礦。

（2）軟塑狀粉質黏土：淺埋段敘威公路溝槽坡洪積覆土較厚，表層1～4 m 為軟塑狀粉質黏土，其下為3～15 m厚的碎石土，參數見表1。

2.5 水文地質條件

2.5.1 地下水類型

（1）孔隙水：淺埋段主要地下水類型。孔隙水賦存于地表粉質黏土、碎石土中，接受大氣降水和地表水補給，孔隙水補給差，徑流排泄條件好，粉質黏土中含水量弱。D2K230+910～D2K231+185淺埋段溝谷內的碎石土含水量豐富。

（2）裂隙水：賦存并運移于基巖各類結構面、破碎帶內，主要接受大氣降水的補給。測區豐富的降雨為裂隙水提供了良好的補給條件。因受構造影響程度及巖性不同，導致裂隙發育程度不同，富水條件差異較大。

（3）巖溶水：主要賦存于可溶巖的溶孔、溶蝕裂隙中，主要由大氣降水補給，局部通過洼地匯集大氣降水的補給。

2.5.2 含水巖組劃分及巖層的富水性

（1）孔隙含水層：第四系粉質黏土、角礫土、碎石土孔隙含水層；為弱含水層，受大氣降水的補給其富水性和透水性中等。裂隙含水層：三疊系的泥巖、砂巖，為弱含水層，富水性弱。

（2）巖溶裂隙含水層：奧陶系下統桐梓組+紅花園組灰巖、白云巖，寒武系上－中統婁山關群白云巖為強含水層，巖溶及溶蝕裂隙較為發育，富水性、透水性強。

（3）水化學特征。根據定測附近井水水質分析，地下水水質類型為：HCO3??Ca2+.Mg2+型水，根據《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》（TB 10005—2010），水對混凝土結構有侵蝕性，環境作用等級為H1。根據區域地質資料，須家河為含煤地層，建議地下水環境作用等級按H2考慮。

（4）分段涌水量。該隧道段結合地形、地貌等地質特征，分別采用地下水徑流模數法、大氣降水入滲法來預測隧道涌水量。

3 孫家塝隧道出口高陡仰坡處置措施方案

為確保孫家塝隧道出口位于岸坡穩定線內，同時孫家塝大橋0#臺樁基礎避開倒懸體，將孫家塝隧道出口里程及孫家塝大橋整體向小里程端平移3 m，整體向小里程端平移后，小里程端孫家塝隧道長度減短3 m，大里程端相應增加3 m長路基。

3.1 孫家塝隧道

3.1.1 孫家塝隧道出口及洞身段調整措施、邊仰坡防護工程

（1）出口里程及明洞段調整。孫家塝大橋橋跨向小里程移動3 m，臺尾里程為DK193+808.15。為降低岸坡穩定線對隧道洞口和橋臺的影響，隧道出口里程調整為DK193+808，明暗分界里程DK193+804，明洞長度4 m。出口明洞采用雙耳墻式明洞襯砌，其中雙耳墻式明洞仰拱基礎施工至DK193+808.13。DK193+804～DK193+808段采用明挖法施工，其余地段根據新奧法原理組織施工，光面爆破，錨噴網初期支護[2]。

3.1.2 暗洞段支護調整

DK193+779～DK193+804段暗洞段超前支護采用一環φ89大管棚，環向間距0.4 m，共計26根，每根長30 m；加強支護采用全環四肢格柵鋼架，間距0.8 m/榀。

3.1.3 洞外防護調整

（1）永仰坡措施調整。明暗分界里程往小里程方向以上，縱向第一、二、三、四、五級邊坡，設置錨索框架梁護坡，一級邊坡第一排為錨桿。框架梁節點間距4 m，矩形布置，采用C35鋼筋混凝土現場澆筑。錨索均為一孔6束，鎖定應力為600 kN，錨索鉆孔采用φ130 mm，與水平面下傾角均為15 °。錨索均采用6束φ15.2 mm高強度、低松弛鋼絞線制作，其抗拉強度不得低于1 860 MPa，全孔范圍內采用M35水泥砂漿灌注，注漿壓力0.6～0.8 MPa，錨頭采用C35混凝土封閉。

明暗分界里程往小里程方向以上，縱向兩側第一、二、三、四、五、六級邊坡，設置錨桿框架梁護坡，框架梁均采用C35鋼筋混凝土現澆，節點間距4.0 m，矩形布置。錨桿采用單根φ32HRB400螺紋鋼筋制作，長度為10 m。錨孔直徑采用φ110 mm鉆孔，與水平面成25 °下傾角，孔內灌注M35水泥砂漿，注漿壓力不小于0.4 MPa。

框架梁內外設置噴錨網護坡，采用C35混凝土噴射，噴射混凝土厚度為10 cm，分兩次噴射。錨桿采用φ20HRB400鋼筋制作，錨桿長度為2 m，間距為2 m，垂直巖面施作，正三角形布置。

邊坡平臺，采用M7.5漿砌片石砌筑。距坡腳0.4 m設置平臺截水溝，截面尺寸為頂寬0.3 m×高0.4 m，采用M7.5漿砌片石砌筑。平臺截水溝與天溝銜接，形成完善排水系統。

塹頂外側設置天溝，天溝截面尺寸為底寬0.6 m×溝深0.8 m×壁厚0.3 m，采用M7.5漿砌片石砌筑，隧道洞頂設置吊溝接平臺排水和天溝排水。仰坡混凝土采用泵送。

（2）永久邊坡調。明暗分界里程至分界里程范圍內永久邊坡采用骨架護坡。

（3）仰坡開挖方式。孫家塝隧道出口一、二、三、四、五級仰坡，應自上而下逐級分層開挖。

孫家塝隧道出口邊仰坡爆破區域周圍環境狀況相對復雜，對爆破振動及爆破飛石的要求較高。最近距爆破區域約40 m處有一條10 kV高壓輸電線，高度約30 m。沿隧道線路方向在爆破區域后方分布有3處需保護的磚混結構民房建筑物，其中距爆破區域最近的民房約104 m。另外，最近的高壓輸電線的基座距爆破區域約80 m，輸電線距開挖區的最近距離約40 m。爆破區域下方為新建鐵路孫家塝隧道，隧道已貫通，開挖區域地表距隧道拱頂垂直距離約57 m。

3.2 棄渣

該次變更設計增加棄渣53 100 m3（實際），本著節約用地、就近棄渣的原則，變更所增加棄渣優先棄置至附近在建棄渣場，即棄置于孫家塝隧道渣場。該渣場位于DK192+700左側700 m處，該渣場擴容后渣場占地13 066 m2，最大容渣量132 000 m3（該渣場容納孫家塝隧道棄渣49 000 m3，運距1.5 km；容納劉家坪隧道棄渣25 000 m3，運距1.5 km；容納孫家塝隧道出口及孫家塝大橋Ⅱa類變更設計渣量34 000 m3，運距1.5 km）。剩余棄渣19 100 m3棄置要家山隧道出口棄渣場，該渣場位于DK190+500線路前進方向左側800 m處，渣場擴容后占旱地32 101 m2，最大容渣場容量為334 000 m3（該渣場容納要家山隧道棄渣165 800 m3，運距3.5 km；劉家坪隧道90 000 m3，運距0.8 km；可再容納孫家塝隧道出口及孫家塝大橋Ⅱa類變更設計渣量19 100 m3，運距5.1 km）[3]。

3.3 地表監控量測

隧道仰坡采用錨桿（索）框架梁防護區域地表埋設監測點，監測點橫向間距5 m，縱向間距20 m，監測頻率為2次/d。施工期間對監測點進行監測變更，若監測數據異常，須及時撤離人員并通知相關單位，以便處理。

4 結論

在隧道進出洞施工過程中，存在危巖落石、卸荷裂隙等不良地質，由于受人為施工擾動和不同程度的破壞，出現地質結構不穩定、受力不均勻。隧道洞口圍巖在重力作用下形成落石、滑坡、坍塌等危害情況，為保證隧道施工安全，必須采取相應措施對其進行加固治理。

參考文獻

[1]王軍義. 河谷區崩塌帶多期次落石運動過程數值模擬與風險評價研究[D]. 貴陽：貴州大學， 2022.

[2]賈士孔. 基于機器學習的隧道塌方風險評估系統開發及應用[D]. 西安：長安大學， 2023.

[3]孫豐森， 王海亮， 張勇， 等. 膠州灣二隧鉆爆法施工安全風險評價[J]. 山西建筑， 2023（24）： 153-156+160.