白登坡隧洞進出口邊坡支護設計

劉力鵬

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津300250）

1 工程概況

云龍縣云華水庫工程由樞紐工程和輸水工程組成，樞紐工程主要包括攔河壩、溢洪道和輸水洞。 輸水工程由總干渠和南、北干渠等組成。

白登坡隧洞位于輸水工程總干渠渠尾，全長1131.4m，設計縱坡為1/1000，包括進口段、洞身段、出口段。

根據地質勘察成果，白登坡隧洞進口上游左岸存在一古滑坡體（HP3），滑坡體順滑向長度大于100m，寬度20～50m， 邊坡坡角約15°～35°， 估測滑面深度3～10m，邊坡較緩，目前處于基本穩定狀態，未發現周圍有導致滑坡復活的因素。 白登坡隧洞進口段為土巖雙層結構，上部為含碎石黏土，厚度6～10m；下部為全風化泥巖，建議開挖邊坡：含碎石黏土、全風化泥巖1∶1.25～1∶1.5； 地下水位埋深約2m， 開挖最大深度約13m。 白登坡隧洞出口段亦為土巖雙層結構，上部為含碎石黏土，厚度3～5m；下部為強風化泥巖，建議開挖邊坡：含碎石黏土1∶1.25～1∶1.5，強風化泥巖1∶1.0～1∶1.25；地下水位埋深約2m，開挖最大深度約11m。

2 開挖設計方案

根據《云南省云龍縣云華水庫工程初步設計報告》， 輸水工程及渠系建筑物級別為5 級。 根據SL386—2007《水利水電工程邊坡設計規范》，白登坡隧洞進出口開挖邊坡影響輸水干渠安全， 邊坡失穩后果較嚴重，其邊坡級別確定為5級邊坡。

2.1 隧洞進口開挖

根據地質勘察成果， 白登坡隧洞進口開挖為深挖方段，地面以下10m深度內多為含碎石黏土，其下巖石較破碎，圍巖為極不穩定的V類圍巖區。 進口隧洞圍巖多為侏羅系壩注路組（J3b）全風化泥巖，棕紅色，硬黏土狀，可見地下水。開挖過程中洞頂、洞壁容易發生塌方和掉塊，圍巖極不穩定。

根據SL386—2007《水利水電工程邊坡設計規范》中“土質邊坡馬道間的高度為5～10m，馬道間開挖坡度可陡于1∶0.5”，結合進口山體自然邊坡1∶1.5及進口段涵洞和隧洞結構、高程數據確定：進口開挖高度約14m，進口洞臉高4.9m （一級馬道）， 洞臉洞頂以下垂直開挖， 洞頂以上馬道間的高度為6m， 開挖邊坡1∶1.5，其中，一級馬道以下邊坡為臨時邊坡，以上為永久邊坡。洞臉上游左岸因存在古滑坡體，為避免開挖較大影響其穩定，確定一級馬道以下臨時開挖邊坡1∶1，一級馬道以上開挖邊坡左岸為1∶1.25，右岸為1∶1.5，馬道寬1.5m。

2.2 隧洞出口開挖

根據地質勘察成果，白登坡隧洞出口開挖亦為深挖方段，地面以下5m深度內多為含碎石黏土，其下強風化泥巖巖石較破碎，圍巖為極不穩定的V類圍巖區。

根據出口山體自然邊坡1∶1.25及出口段涵洞和隧洞結構、高程數據確定：出口開挖高度約13m，出口洞臉高6m（一級馬道），洞臉洞頂以下垂直開挖，洞頂以上馬道間的高度為6m，開挖邊坡1∶1.25，馬道寬1.5m。

3 支護設計方案

為保障進出口安全成洞，開挖時需支護緊跟或超前支護。 同時考慮山體雨水沖刷破壞，永久邊坡需進行坡面防護。 巖質邊坡支護措施主要有掛網噴播客土、噴混凝土或纖維混凝土、掛網噴混凝土等；土質邊坡支護措施主要有掛網噴播客土、 掛網噴混凝土、錨桿、土釘、抗滑樁、擋土墻、砌石護砌、人工植被等。

根據上游云華水庫邊坡開挖過程中， 植被破壞后，邊坡坍塌后采用掛網噴混凝土和錨桿、土釘支護進行處理，處理結果較好。白登坡隧洞進出口邊坡開挖支護措施亦采用掛網噴混凝土進行坡面防護，采用錨桿、土釘進行邊坡支護。

3.1 洞臉支護設計

隧洞進出口開挖進洞前， 需對洞臉及其上游邊坡進行支護。

3.1.1 隧洞進口

①洞臉鎖口支護：土釘長4.18m，鉆孔直徑10cm，鋼筋直徑22mm， 間距1.5×0.75m， 呈梅花形布置，噴C25混凝土厚10cm，居中布置6@150鋼筋網，沿隧洞頂拱設計開挖輪廓線外側60，80，100cm處設3排超前注漿小導管，長6m；②沿隧洞頂拱設計開挖輪廓線外側15cm處設1排超前注漿小導管，長6m，小導管尾端焊接6加勁箍；③臨時格柵鋼架混凝土護拱支護：在洞臉上游設臨時格柵鋼架混凝土護拱，混凝土結構，長2.26m，厚30cm，強度等級為C25，護拱內設格柵鋼架，與小導管尾端焊接成一體，護拱混凝土達到設計強度75%后，方可開挖進洞；④洞臉上游兩側邊坡支護：噴C25混凝土面層厚10cm，開挖后可根據實際地質條件，增設鋼筋網和土釘支護。

3.1.2 隧洞出口

①洞臉鎖口支護：土釘長4.18m，鉆孔直徑10cm，鋼筋直徑22mm， 間距1.5×0.75m， 呈梅花形布置，噴C25混凝土厚10cm，掛6@150鋼筋網；②臨時格柵鋼架混凝土護拱支護：結構與進口相同，開挖后根據實際地質情況判斷是否增加臨時格柵鋼架混凝土護拱支護；③洞臉下游兩側邊坡支護：土釘長4.18m，矩形布置，間距2 m×1.5m，噴C25混凝土面層厚12cm，居中布置6@150鋼筋網，設水平和豎向加強筋。

圖1 隧洞進口支護示意圖

圖2 隧洞出口支護示意圖

3.2 洞臉頂以上邊坡支護

根據邊坡支護位置的不同，邊坡支護分為馬道、邊坡和開挖輪廓線鎖口3個區。

（1）區馬道支護：土釘長2.25m，鉆孔直徑10cm，鋼筋直徑22mm，間距2m，垂直平臺布設，開挖面噴C25混凝土面層厚12cm，居中布置6@150鋼筋網。

（2）區邊坡支護：土釘長6.18m，鉆孔直徑10cm，鋼筋直徑22mm，間距2m×2m，呈矩形布置，噴C25混凝土面層厚12cm，居中布置6@150鋼筋網。

（3）區開挖輪廓線鎖口區支護：土釘長4.18m，垂直坡面，第一排土釘距開挖輪廓線1.5m，順鎖口方向間距2.0m，垂直鎖口方向間距1.5m，坡頂垂直鎖口方向間距1.0m，開挖輪廓線與截水溝之間地面噴C25混凝土面層厚12cm，居中布置 6@150鋼筋網，順鎖口方向設通長加強筋，垂直鎖口方向設短加強筋。

圖3 邊坡支護示意圖

4 排水設計方案

根據地質勘察成果， 白登坡隧洞進出口地下水位埋深約2m，進出口隧洞穿越巖層均具中等透水性。為保證邊坡安全，邊坡設排水系統。排水系統由坡外截水溝、馬道排水溝和邊坡排水花管組成。邊坡開挖上口線外雨水由截水溝排至邊坡以外渠道或山谷溝；邊坡坡面雨水通過坡面襯砌排至馬道排水溝，邊坡巖土體地下水通過排水花管排至馬道排水溝，再由馬道排水溝排至坡外截水溝， 最后由截水溝排至邊坡以外渠道或山谷溝，形成一個閉合的排水系統。

（1）坡外截水溝為漿砌石結構，底寬0.5m，邊坡1∶0.5，漿砌石厚0.3m，采用M10水泥砂漿砌筑，M12.5水泥砂漿勾平縫。

（2）馬道排水溝為預制混凝土結構，凈尺寸（寬×深）為0.3m×0.2m，每節長0.3m，縫寬2cm，填縫材料為聚乙烯閉孔泡沫板，混凝土等級C25。

（3） 邊坡豎向和底部橫向排水花管為 80mm PVC-U管，豎向排水花管間距4m，其上連接上傾角5°排水花管60mm PVC-U管，入土0.5m， 60mm排水花管豎向間距2m，管外均包裹300g/m2土工布。

5 安全監測設計方案

由于在邊坡開挖過程中，地應力釋放，影響邊坡安全，且考慮進口上游左岸存在古滑坡體，運行期間可能存在邊坡變形，需設置安全監測設施。根據邊坡等級為5級邊坡，確定本工程邊坡監測項目為表面位移變形監測，包括邊坡表面的水平和垂直位移。

根據設計開挖方案， 在邊坡坡腳以外總干渠渠邊交通路側布設3個工作基點，分別在馬道區、鎖口區及開挖輪廓線外布設監測測點， 工作基點和監測測點組成3個監測斷面。

表面水平位移監測宜采用視準線法、交會法；表面垂直位移監測宜采用精密水準法、三角高程法。采用三角高程法時，宜與邊角網結合組成三維網。

6 結語

通過工程實例， 對該工程的特點、 邊坡支護設計、排水設計和監測設計進行詳細的闡述，提出隧洞進出口邊坡設計中的幾點注意事項：

（1）詳細的地質勘測資料是保證工程設計方案合理的關鍵，設計階段是控制工程功能和施工安全的重要環節，因此，必須重視和加強前期設計的質量管理。

（2）若在破碎、易失穩的不良地層中進行開挖施工，應從設計角度減少工程安全隱患，提前預判、增設安全措施。 本工程中在洞臉上游設臨時格柵鋼架混凝土護拱，進一步增加了進洞施工人員的安全，對開挖邊坡失穩、坍塌等應急時刻，增加進洞施工人員撤離的安全度。