隧道洞口邊坡孤石群治理方案

付浪喜

（上海隧道工程有限公司廣東分公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

1.1 總體概況

該隧道所在區段長約2.2km，采用左右線分離行車的雙向6車道結構形式，隧道范圍內中線高程介于19.3～327.1m，山體自然坡度為30～45°，局部大于60°，山體表層植被較發育。隧道采用新奧法施工。

1.2 地質情況

根據鉆探結果，地層按自上而下的順序依次為人工填土層、第四系坡積層及殘積層，下伏基巖為燕山期花崗巖。其中，勘察揭露的花崗巖，根據風化程度不同可分為全風化、強風化、中風化和微風化花崗巖。

1.3 孤石（群）分布情況

根據勘察報告顯示，在該出進口以上至標高80m之間區域孤石分布范圍廣，數量多、方量大，普遍埋深較淺，且多分布于山頂或山腰的高地，與坡腳高差大，部分呈群狀層疊分布。

2 孤石群治理方案設計原則

孤石群治理設計應以清除地質災害隱患為根本原則，同時兼顧技術上可行、經濟上合理、功能上優化的原則。

（1）治理范圍內穩定性差、危害程度大，對相鄰孤石（群）影響范圍較小的孤石采取靜態爆破清除，以徹底消除安全隱患，保證安全。

（2）對清理難度大且通過工程措施加固可達到穩定性要求的孤石實施加固工程。

（3）為確保安全，在隧道口上方設置兩道SNS被動防護網，大范圍攔截滾落的孤石。

3 治理方案

3.1 靜態爆破

孤石采取靜態爆破清除，從孤石頂往基底垂直布孔，用風鉆鉆1～2排密集空孔，排距為40cm，孔徑為40mm，孔距為45cm，孔深為計劃破碎高度的1.05倍，取破碎劑水灰比為1∶0.28。其中，地質環境修復在靜態爆破后進行，以因地制宜保持斜坡地形為原則，輔以擋土堤覆土形成平緩坡面，在坡面上噴播草籽綠化。

3.2 孤石加固支撐設計

（1）加固擋墻結構。加固擋墻采用鋼筋混凝土結構。擋墻高度分別為2m、3m，擋墻混凝土強度等級為C30，擋墻斷面呈矩形，根據現狀孤石的形態，在孤石下方呈圓弧狀托住孤石，高度為孤石高度的1/2（地面算起），厚度為0.4m。擋墻內側填充漿砌塊石至孤石，支撐孤石。在擋墻上設置2排灌漿錨桿，錨固擋墻，根據場地巖土體地質特征，灌漿錨桿按長度8m控制，或進入中、微風化基巖不小于4m。通過擋墻計算軟件按結構尺寸（墻身高3m、墻頂寬0.8m、面坡傾斜坡度1∶0.25、背坡傾斜坡度1∶0）的最不利組合進行鋼筋混凝土擋土墻結構驗算，各項驗算結果均滿足規范要求。

（2）加固擋墻基礎。適用情況：當擋墻基底為堅實的中風化花崗巖基巖，基礎坐落于整平的基巖面上；當擋墻基底主要為殘積土或全、強風化巖時，基礎埋深為0.5～1m。

3.3 被動柔性防護網設計

（1）被動防護網。根據實際情況，采用Rock Fall軟件對邊坡落石速度、彈起高度和落點等運動特征進行模擬分析計算，并自動計算其統計學規律，確定攔截系統的位置和高度。該模擬計算分析基于以下假定：①由于失穩前的位移長期積累，落石的初速度一般很小，以初速度為零做自由落體運動，模擬計算時不考慮隨機因素的影響；②不考慮落石可能摔碎、破裂的情況；③假設落石重量對落石的路徑和拋射距離無影響。坡面為裸露的基巖，落石模擬的初始狀態參數：落石數量為50；初始水平線速度為0.5m/s，初始垂直線速度為0.5m/s，初始角速度為0～0.5rad/s；落石塊為球形、彈性體。以邊坡中典型斷面5-5′剖面為例，模擬分析結果（見圖1）。分析圖1可知，從斜坡面落下的孤石受土層摩擦和植被限制，上部孤石動能快速衰減，運移路程有限，孤石在坡面上的彈跳高度一般約2m，能量最大值約26kJ。

圖1 落石彈射高度及能量軌跡分布圖

針對該防護區坡面特點，該工程設計滾石攔截方案時，在隧道口上方標高約48m和80m的位置設置兩道SNS被動防護網，在大范圍內對滾落的孤石進行攔截，且考慮一定的富余量。因此，采用RX-050型被動防護系統，高度為3m，該系統可攔截撞擊能為500kJ的落石。

其中，被動防護網構件的主要技術指標要求如下：①采用工廠生產的DO/08/200型鋼繩網，高度3m；工廠定型生產的SO/2.2/50/45°型格柵網。②鋼柱根據被動系統的5m高度采用20號工字鋼加工而成。③基座為鋼結構件，尺寸為長×寬=600mm×250mm，通過4根φ28mm地腳螺栓錨桿將鋼柱固定在基座上，橫向間距為400mm，縱向間距為150mm，錨桿由φ28mm螺紋鋼筋加工制作，總長1.1m，錨入巖層深度為1m，地面出露10cm，頂端絲口M27×100mm，并配相應墊片和螺母，鉆孔注漿錨桿采用M20水泥砂漿或純水泥漿，輔以必要的添加劑。④減壓環采用GS-8001，每跨平均減壓環數6個。⑤上下支撐繩宜采用不小于φ16mm鋼絲繩，每跨每根各1個減壓環。⑥鋼絲繩錨桿采用雙股形式的不小于φ16mm鋼絲繩錨桿，上拉錨桿長度6.0m或進入完整中～微風化花崗巖時不少于4m，入射角度≥18°，抗拉設計值不小于60kN；側拉錨桿長6.0m，入射角度≥18°，抗拉設計值不小于60kN。⑦落石防護網架設于基礎上，水平距離為3～4m，防護系統高度為3m。

（2）主動防護網。主動防護系統采用GPS2型斜坡穩定防護系統（見圖2）。其中，構件的主要技術指標要求如下：①鋼絲繩錨桿應為直徑≥16mm的鋼絲繩彎折后成雙股用繩卡或鋁合金緊固套管固定而成，并在固定后的環套內嵌套雞心環，錨桿長度為2～3m；拉錨繩應在一端用相應規格的繩卡或鋁合金緊固套管固定并制作掛環。坡頂沿線錨桿長度為3m，入射角度為30°，抗拉設計值≥60kN，其余錨桿長度為2m，入射角度為18°，抗拉設計值≥50kN。②橫向支撐繩和縱向支撐繩均采用φ16mm鋼絲繩，支撐繩縱橫交錯呈4.5m×4.5m正方形（邊沿位置根據需要有時按4.5m×2.5m）布置，與錨桿相聯結并進行預張拉。③采用工廠生產的DO/08/300/4.0×4.0型鋼繩網，邊長均為4.0m（根據地形情況局部可能為2.0m×4.0m），即DO/08/300/4.0×4.0（表示由直徑為8mm的鋼絲繩編制、網孔菱形的邊長為300mm、網塊形狀為正方形、邊長均為4.0m的菱形鋼絲繩網）。④縫合繩采用不小于φ8mm鋼絲繩。⑤采用工廠定型生產的SO/2.2/50型格柵網，由直徑≥2.2mm的熱鍍鋅鋼絲編制而成，網孔為50mm×50mm。

圖2 GPS2斜坡穩定性系統示意圖

3.4 邊坡監測設計

邊坡監測由三部分組成，即監測樁監測、地面調查、錨桿結構應力監測。

（1）監測樁監測。孤石頂部布設了12個監測樁，如發現變形連續增加時應加密。

（2）地面調查。邊坡支護過程中應對坡面及坡頂外約20m范圍內進行定期調查，主要調查坡頂地表土體有無裂縫和坡面巖土體有無變形或破壞。邊坡支護完成后也應對邊坡定期觀測調查，坡頂調查內容同上。坡面調查主要觀測支護結構有無變形或破壞，當發現支護結構有變形或破壞跡象時應記錄其發生的時間、位置、范圍、影響嚴重程度等，若情況嚴重時應及時通知有關單位并采取應急措施。

（3）錨桿結構應力監測。錨桿結構應力監測應選擇應力最大處，監測數量不宜少于同類型總數的5%，且不應少于3根（處）。監測時間：邊坡治理工程監測包括施工全過程和竣工后不少于2年，下暴雨時應加密監測。

4 治理流程

孤石下方均為斜坡，工作面狹窄，陡坡下方即為隧道口施工區域，人員活動密集，治理期間應采取有效的安全措施，確保施工人員、居民及財產安全；同時，清理工作面及基底時應避免擾動上方孤石。治理流程：（1）被動防護網及孤石加固范圍放線；（2）清理工作面、布置施工安全防護及隔離措施；（3）SNS被動防護網施工；（4）孤石支擋加固體施工；（5）SNS主動防護網施工；（6）靜態爆破清理孤石；（7）地質環境修復；（8）清理現場等收尾工作。

5 結果分析

該工程通過采用上述處理孤石的方法，成功通過靜態爆破治理了隧道洞口51處孤石（群），“鋼筋混凝土加固+巖石錨桿”技術治理了6處孤石。施工過程中的風險可控，施工效果良好，有效避免了將潛在的滾石風險帶至隧道運營期，極大程度上保證了隧道結構及行車安全。

6 結語

對于山嶺隧道，在隧道運營前，應對洞口邊坡的孤石進行勘察與處理，降低滾石風險。文章針對具體工程，通過現場踏勘及模擬計算后，決定采用多種治理孤石群的技術方案，施工效果良好，可為類似地質條件下的山嶺隧道修建提供參考。