山嶺隧道洞口高陡邊坡加固治理技術(shù)研究

李斌輝

（中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東濟南250002）

0 引言

隨著我國隧道里程的持續(xù)增加，隧道洞口高陡邊坡的穩(wěn)定性成為大多數(shù)隧道工程關注的焦點。尤其是在我國西南山區(qū)以及青藏高原東南部的高山峽谷地區(qū)，受到地形條件的限制，高山峽谷地區(qū)公路建設多以“橋接隧”的設計形式出現(xiàn)。但是，隧道洞口邊坡往往由于地質(zhì)的原因，易出現(xiàn)山頂落石、局部垮塌等地災現(xiàn)象（圖1）。為了降低施工中洞口邊坡失穩(wěn)的風險，提高施工安全性，減少經(jīng)濟損失，對隧道洞口高陡邊坡失穩(wěn)影響因素進行科學分析，并提出有效的加固治理技術(shù)[1]。

圖1 隧道洞口邊坡塌方圖

1 隧道洞口邊坡失穩(wěn)的影響因素

1.1 地層巖性的影響

隧道洞口邊坡所處的地層巖性是隧道洞口邊坡穩(wěn)定性的基礎，是隧道洞口邊坡是否穩(wěn)定的重要評判因素。因此，保證隧道洞口邊坡穩(wěn)定性的前提是在隧道工程建設中選擇巖體良好的地層[2]。

在地層巖體研究中，不僅要考慮巖體的性質(zhì)，還要考慮巖體的結(jié)構(gòu)。邊坡巖體結(jié)構(gòu)由內(nèi)部結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體組成。所謂結(jié)構(gòu)面，是指具有一定面積，可通過延伸或隱伏連續(xù)或連續(xù)破裂的地質(zhì)界面，包括斷層、節(jié)理、層理、片理和密集剪切帶等。根據(jù)有關研究，巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性與巖體中結(jié)構(gòu)面貫通程度、節(jié)理裂隙的發(fā)育息息相關，巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)面是巖體與地下水發(fā)生物理化學反應以及物理力學參數(shù)變化的主要區(qū)域。

1.2 水的影響

大氣降水后，降水滲入邊坡內(nèi)部地層，邊坡巖體內(nèi)部的親水性成分增多，從而導致巖體的物理力學參數(shù)變差，增大了隧道洞口邊坡失穩(wěn)的可能。

地下水是指邊坡內(nèi)部巖體中的自由水。與大氣降水不同，地下水不與邊坡內(nèi)部巖石發(fā)生物理或化學反應，所以它相對穩(wěn)定。但當隧道洞口邊坡巖層結(jié)構(gòu)面上存在親水性土層時，地下水的存在不僅會影響邊坡內(nèi)部巖體的地應力平衡，還會影響邊坡巖體的強度，導致邊坡的滑坡、崩塌。由于地下水在重力作用下可以沿巖體孔隙移動，因此可以通過鉆孔排水的方法將地下水排出。在工程實踐中，當隧道洞口邊坡開挖位置低于地下水位時，需要采取一定的手段進行排水，以減少地下水對邊坡穩(wěn)定性的影響。但當隧道洞口邊坡位置高于地下水位時，地下水對隧道洞口邊坡的影響程度很小，可以忽略不計。

1.3 工程施工時間影響

在隧道洞口邊坡穩(wěn)定性分析中，施工持續(xù)的時間會在很大程度上影響邊坡內(nèi)部巖體的應力應變關系。隧道洞口處圍巖內(nèi)部應力會隨著隧道洞口的開挖發(fā)生應力重分布。隨著隧道施工時間的推移，隧道洞口邊坡圍巖可能隨時間發(fā)生蠕動變形。其中，巖體蠕變是在巖體變形過程中恒定應力隨時間推移而逐漸增大的現(xiàn)象，對隧道洞口邊坡穩(wěn)定性影響較大。在隧道的實際建設中，邊坡內(nèi)部巖體的蠕變也與溫度和巖體內(nèi)部應力有關。

2 隧道洞口邊坡破壞模式

受到隧道洞口邊坡巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復雜性和多樣性的影響，常見的隧道洞口高陡邊坡的破壞模式有：平面破壞、楔體破壞。

3 隧道洞口邊坡處置技術(shù)

3.1 注漿

注漿是通過向邊坡內(nèi)部注入水泥漿液，提高隧道洞口邊坡松散巖石的穩(wěn)定性和抗剪強度的一種加固方法。隧道洞口邊坡的巖石受到自然環(huán)境的作用風化較為嚴重，松散易崩塌。邊坡深部巖體在側(cè)向壓力作用下容易變形，造成滑坡。因此，隧道施工建設過程中，為了提高邊坡內(nèi)部巖體的抗剪強度，保證隧道質(zhì)量，宜在隧道洞口邊坡上采用深孔注漿加固。同時，在對邊坡進行注漿作業(yè)時，應當做好相應的防水排水措施。

3.2 錨桿錨固技術(shù)

錨桿錨固技術(shù)在邊坡工程、隧道支護、采礦工程等地下硐室施工中的應用非常廣泛。錨桿錨固技術(shù)是指在破碎巖體表面預先鉆好的孔中，放入金屬或其他材料制成的錨固桿件，利用錨頭、桿體等結(jié)構(gòu)，并結(jié)合混凝土砂漿，將外部破碎巖體與內(nèi)部穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起的一種巖體處理技術(shù)。錨桿錨固技術(shù)通過提高錨桿桿體的強度，大大改善了巖體的抗拉能力差的問題，也提高了巖體間滑動層面的摩擦力，對于節(jié)理裂隙發(fā)育的邊坡具有很好的加固效果。

3.3 錨索框架梁加固技術(shù)

錨索框架梁加固技術(shù)是指將現(xiàn)澆鋼筋混凝土或者漿砌塊石與錨桿或錨索結(jié)合形成的新型邊坡加固技術(shù)。對于坡度較陡、結(jié)理裂隙發(fā)育、破面松散、有落石頭、小型崩塌風險巖質(zhì)邊坡，可采用錨索框架梁加固技術(shù)進行加固。錨索框架梁加固技術(shù)通過錨索將隧道洞口邊坡下滑力、邊坡巖體松動力分散傳遞到邊坡內(nèi)部穩(wěn)定巖體，能夠充分發(fā)揮邊坡內(nèi)部穩(wěn)定巖體的作用。另外，采用錨索框架梁防護對隧道洞口邊坡進行防護，可在框架梁之間種植植物使得隧道洞口邊坡景觀得到改善。

3.4 隧道洞口進洞段及時封閉

隧道洞口處圍巖應力由于隧道洞口開挖發(fā)生重新分布。隨著隧道施工時間的推移，隧道洞口邊坡可能發(fā)生隨時間變化的蠕動變形。在隧道施工過程中，應當保證隧道進洞段在短時間內(nèi)封閉，這一點對隧道洞口邊坡穩(wěn)定性十分重要。在常見的巖質(zhì)隧道中，由于圍巖的獨特結(jié)構(gòu)，并且具有一定的自穩(wěn)能力，通常不需要外部結(jié)構(gòu)輔助隧道封閉成環(huán)。但對于軟弱圍巖隧道洞口段的施工，由于其圍巖等級較差且圍巖自穩(wěn)能力較弱，必須采取相應的進洞預支護措施。

4 工程實例

4.1 工程地質(zhì)條件

本文依托某隧道工程，工程地處于青藏高原東南邊緣的高山區(qū)，屬構(gòu)造剝蝕高山峽谷地貌，河流侵蝕堆積地形，僅沿河谷底呈帶狀分布。隧道洞口部分山體為重力變形體呈倒懸狀，圍巖主要由絹云石英千枚巖、含炭質(zhì)千枚巖夾石英脈組成，且該地區(qū)松散堆積層孔隙富水性較強，年平均降雨量較高。對該隧道洞口邊坡巖體結(jié)構(gòu)進行地質(zhì)調(diào)查分析，該邊坡為重力變形體，但是保持了較為完整的似層狀結(jié)構(gòu)，片理面清晰，邊坡巖體整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是，該邊坡巖性軟弱，坡面受風化剝蝕、地表水沖蝕等因素影響，形成多條溝槽，地表巖體被切割成零散塊狀，地形極為凌亂。在隧道施工擾動和降雨入滲的影響下，隧道洞口高陡邊坡極有可能發(fā)生滑坡失穩(wěn)，影響工程進度，引發(fā)工程事故。

4.2 工程處治措施

通過對該隧道洞口邊坡工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的分析，相關研究人員討論了隧道洞口的加固治理方案。最終確定了“隧道洞口邊坡綜合處治＋隧道洞口施工技術(shù)的優(yōu)化”設計方案。

4.2.1 隧道洞口邊坡綜合處治

通過對洞口邊坡進行綜合加固處治，基本消除了隧道洞口以及橋隧連接段的安全隱患，大大提高了工程建設的安全性。對邊坡的綜合加固主要采取了以下幾種方法：清理邊坡碎石：通過人工除石的方法對邊坡上威脅隧道洞口施工、行車安全的坡面松動巖石進行了清理，針對開裂的山體巖體的節(jié)理發(fā)育情況進行了部分清危。掛網(wǎng)噴射混凝土：經(jīng)過人工對邊坡表面進行清危后，在隧道洞口邊坡坡面上掛網(wǎng)。同時施作3m短錨桿，噴射C25 混凝土8cm 對坡面進行首次封閉。墊墩錨索：在邊坡表面布置墊墩錨索，墊墩錨索的水平間距4m，垂直間距3m。本工程采用跟管作業(yè)的方法，克服了由于坡面巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎程度大，在鉆孔安裝墊墩錨索過程中，漏風嚴重，不易成孔的問題。掛網(wǎng)復噴混凝土：在對邊坡表面施作墊墩錨索后，采用Φ8mm 鋼筋編制網(wǎng)眼間距為20cm×20cm 的鋼筋網(wǎng)，并按2m×2m 間距布置Φ18mm 加強筋，利用掛網(wǎng)錨桿將鋼筋網(wǎng)與加強筋錨固于坡面，并復噴C25 混凝土8cm 對坡面進行二次封閉。

4.2.2 隧道洞口施工技術(shù)的優(yōu)化

該隧道進口段采用CD 法開挖。該方法具有施工風險低、施工程序復雜、施工機械小型化、工作面穩(wěn)定性好等特點。但是考慮到隧道洞口邊坡地質(zhì)條件復雜，對原施工方案進行分析結(jié)果表明，原施工方案存在一定的不合理性，存在較大的風險，有必要對原施工工藝進行優(yōu)化。對隧道洞口施工技術(shù)的優(yōu)化包括以下幾個方面：優(yōu)化隧道洞口高陡邊坡穩(wěn)定性的相關參數(shù)；選取超前管棚支護作為隧道洞口進洞預加固手段；用三臺階七步法代替原進洞段掘進方法。

5 結(jié)語

在隧道建設過程中，有很大一部分的工程事故發(fā)生在隧道洞口高陡邊坡處。因此，隧道施工建設過程中遇到的隧道進口邊坡的穩(wěn)定性問題以及相關的加固處治技術(shù)在工程中變得尤為重要。本文針對影響隧道洞口高陡邊坡高穩(wěn)定性的因素以及加固治理技術(shù)進行了研究。結(jié)合實際工程，對隧道洞口高陡邊坡實行了“隧道洞口邊坡綜合處治＋隧道洞口施工技術(shù)的優(yōu)化”處理，增強了隧道洞口邊坡的穩(wěn)定性，保證了隧道工程的進度與施工安全。