艱險山區隧道高陡邊坡綜合整治設計

袁 溢

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043）

隨著我國鐵路和公路的不斷發展，特別是高速鐵路的發展，為改善交通線形、縮短里程，橋梁、隧道工程比例越來越高，由此帶來的艱險山區橋隧工程的增加。受地形的限制，線路在崇山峻嶺中穿行，不可避免地會碰到V形溝谷，許多隧道進出口的邊、仰坡高陡，地質條件惡劣。在雨水及地震等自然災害的作用下，形成危巖、落石、崩塌等，對隧道及相鄰的橋梁等結構及線路造成危害，影響運營。如汶川大地震中，寶成線109隧道就是由于邊坡崩塌及落石，破壞了隧道洞口結構，損失慘重。因此，研究如何對高陡邊坡隧道洞口坡面防護及危巖落石防護工程，保證結構安全及列車正常運行尤為重要。

1 工程概況

羅家河隧道位于安康轄區漢江右岸低山區，工程位于大嶺鋪至安康直通線。隧道地表自然坡度40°～ 60°，分布V形侵蝕谷，多為西北走向。洞身主溝內兩側基巖裸露，部分溝內山體斜坡卸荷節理、裂隙發育。山頂平坦處大多辟為耕地，植被茂密。隧道起訖里程為XDK231+841～XDK232+800，長959 m，雙線隧道，隧道最大埋深127 m。

羅家河隧道進口位于安康市早陽鄉神灘河右岸，屬秦嶺南麓低山區。進口自然坡度40°～ 60°，局部山體直立，坡面高陡，相對高差約190 m。其中小里程端神灘河大橋高約60 m，路肩高程至坡頂高差約130 m。考慮到施工場地條件，羅家河隧道施工組織采用出口單口掘進。

2 洞口坡面地形地質條件

2.1 洞口地形條件及存在的風險

羅家河隧道進口尚未施工時由于當地居民在隧道進口坡腳底部進行搶建搶搭，對坡腳進行了大面積切坡開挖，開挖高度5～8 m，設置了預制板廠，造成了山坡坡腳臨空。在連日降雨作用下，導致隧道坡腳附近出現滑塌，滑塌體主要物質為碎石類土，黏土含量較大，滑塌體長30 m，寬約20 m，厚2～5 m。滑塌體前緣致使緊鄰其邊緣的一處板房破壞，現場進行了補充地質調繪，發現除既有滑塌體外，隧道洞頂高程320～360 m直立基巖陡坎受J1節理N62°W/80°N控制，形成一寬約60 m、高約40 m、厚約5 m的突出巖體，其兩側因受地方采石、雨水侵襲、物理風化作用等影響，均出現不同程度的新鮮剝落面。J1節理面在基巖裂隙水浸潤、物理化學風化作用、巖體自重等的影響下有發展趨勢，致使該突出巖體在外力作用下存在失穩風險，施工、運營存在安全隱患。

2.2 斜坡地質分區

將該段斜坡按高程分成3段區域進行評價。Ⅰ區：坡底238～320 m基巖陡坎底面；Ⅱ區：320 m基巖陡坎底面～360 m基巖陡坎頂面；Ⅲ區：360 m基巖陡坎頂面～坡頂。

該段坡面危巖、落石發育，尤其是在風化剝蝕、順坡向節理影響下，巖體切割成塊狀，易與母巖脫離滾落，對隧道洞口、橋梁墩臺等工程造成影響。

3 主要風險點及坡面防護計算

通過對羅家河隧道所在斜坡坡面地形地質條件進行分析，隧道洞口下方至仰坡緩坡段區域（Ⅰ區）主要為碎石類土及風化破碎基巖，需要采取清表及防護進行處理。隧道上方陡坎（Ⅱ區）存在不利節理，地形陡峻，處于不穩定狀態，需要采取刷坡及重型防護。洞口上方陡坎頂面至坡頂（Ⅲ區）主要存在危巖落石風險，特別是較大孤石，對施工及運營存在威脅，需要進行清理危石，設置防護網。

本坡面工程難點在于Ⅱ區高陡節理發育不穩定區域，結合地形地質條件，最合理的方式是對節理發育區域采取削坡清除后，對陡峭坡面采取錨索框架梁防護，通過采用理正邊坡軟件對Ⅱ區削坡后進行計算，得出錨索設置參數[1]。

采取極限平衡法，對坡面采取錨索防護進行滑動穩定性安全系數進行檢算。邊坡高度41.2 m，結構面傾角49°，結構面內摩擦角45.0°，張裂隙離坡頂點17 m，坡段傾角66.9°，容重23 kN/m3，錨桿和巖石黏結強度600 kPa。

Ⅱ區錨索框架梁計算如圖1所示。

圖1 Ⅱ區錨索框架梁計算

計算設置10道錨索，錨索水平間距3 m，豎向間距4 m，角度20°，錨固段長度8 m，單根錨索抗力274.4 kN，結構面總下滑力5 529.1 kN，總抗滑力7 807.3 kN，安全系數1.412，滿足要求。

4 綜合整治設計

4.1 Ⅰ區坡面清方，采取錨桿框架梁防護。

沿基巖面清除隧道兩側及洞頂以上Ⅰ區范圍內坡面堆積體，對清除后的坡面設置錨桿框架梁進行防護。

（1）隧道洞頂以上設置9排橫梁、21列縱梁（以左線為基準，左側10列、右側11列），隧道洞頂以下左側設置3排橫梁、4～9列縱梁，右側設置5排橫梁、7～9列縱梁。

（2）框架縱、橫梁交叉節點處設置錨桿，錨桿長度為1 000 mm，錨桿與水平面下夾角為30°（靠近隧道洞頂一排，為防止錨桿與襯砌相互影響，夾角可調整為20°）。錨桿采用2根Φ22 mmHRB400螺紋鋼制作。

（3）設置錨桿框架梁范圍內的坡面沿基巖面清除地表坡積層。

（4）錨桿鉆孔孔徑110 mm，采用M40水泥砂漿灌注，隧道洞頂上方錨桿為避免與隧道工程干擾，適當旋轉角度。

（5）錨桿框架下緣處邊坡平臺采用M7.5漿砌片石砌筑，厚400 mm。

（6）為確保施工安全，框架梁內邊坡采用噴錨網防護，噴射混凝土厚80 mm，鋪設Φ8 mm鋼筋網，鋼筋網間距@250 mm×250 mm，錨桿采用Φ22 mm鋼筋制作，長2 000 mm，錨桿采用正方形布置，間距2 000 mm×1 400 mm。

（7）于洞門仰坡附近設置一道80 m長的被動防護網。

4.2 Ⅱ區刷方減載，采用錨索框架梁防護

對Ⅱ區不穩定的突出巖體采用刷方處理，刷方面自突出巖體坡腳按基巖產狀傾（約66°）斜面清除開挖，刷方范圍約70 m（以左線為基準，左側32 m、右側37 m），刷方線詳見縱斷面圖及平面布置圖，刷方坡面逐漸與兩端原自然坡面順齊，為確保刷方后陡坎的穩定，采用錨索框架梁對其進行防護。

（1）錨索框架梁沿高度方向設置11排橫梁，自上而下為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11排；平行線路方向共設置23列縱梁，以左線為基準，左側10列，右側13列。

（2）框架梁豎向為4.0m、橫向間距為3.0 m，豎梁及橫梁采用C35鋼筋混凝土澆筑，截面尺寸均為0.4 m×0.4 m的矩形梁。

（3）錨索設置于橫梁和豎梁交點處，錨索錨固段長8.0 m，自由段長4～15 m，與水平面下夾角為20°，錨索鉆孔直徑150 mm。錨索采用5根Φ15.2 mm高強度、低松弛鋼絞線制作，鋼絞線強度等級為1 860 MPa，錨索施加初始預應力60 kN，設計錨固力628 kN；錨具采用OVM-5型。

（4）1排錨索長23 m，自由段長15 m，錨固段8 m；2排錨索長22 m，自由段長14 m，錨固段8 m；3、4、5排錨索長20 m，自由段長12 m，錨固段8 m；6排錨索長17 m，自由段長8 m，錨固段9 m；7、8排錨索長15 m，自由段長7 m，錨固段8 m；9、10、11排錨索長12 m，自由段長4 m，錨固段8 m。

（5）為確保施工安全，框架梁內邊坡采用噴錨網防護，噴射混凝土厚80 mm，鋪設Φ8 mm的鋼筋網，鋼筋網間距@250 mm×250 mm，錨桿采用Φ22 mm鋼筋制作，長2 000 mm，錨桿采用正方形布置，間距2 000 mm×1 400 mm。

4.3 Ⅲ區清理孤石、危巖落石，設置被動防護網

對Ⅲ區360 m高程以上坡頂K231+910右側15 m分布的一塊徑6 m左右的孤石、K231+910左側10 m分布的一塊徑8 m左右的孤石進行控制爆破解小清除；對Ⅲ區360 m高程以上坡面的零星分布塊徑多為1.0 m左右落石的進行解小清除。于360 m高程的平臺上距清除面4 m處設置一道120 m長RXI-100型（H=5 m）被動防護網。

4.4 洞口接長明洞

清方防護到位后隧道明暗分界里程調整為DK231+847，洞口里程調整為DK231+841，隧道接長6 m明洞，洞門采用端墻式明洞門，明洞上方回填2 m厚土及隔水層。

4.5 施工工藝及流程

（1）橋梁1號墩靠大里程側設置草袋圍堰進行防護。

（2）進行Ⅲ區360 m高程以上坡頂K231+910右側孤石、K231+910左側孤石及坡頂零星落石的清除。

（3）于360 m高程平臺上距清除面4 m處設置一道120 m長RXI-100型被動防護網。

（4）采用小炮爆破沿基巖產狀斜面清除Ⅱ區不穩定的突出巖體，搭建腳手架作業平臺，對Ⅱ區清除斜面進行錨索框架梁工程施工。

（5）清除隧道洞口以上坡面堆積體（高程292～322 m范圍）搭建腳手架作業平臺，對清除坡面進行錨桿框架梁工程施工。

（6）接長明洞工程。

5 結語

（1）山嶺隧道高陡邊坡應根據地形、地質條件，分別針對危石、活石方面及針對坡面失穩滑塌方面進行分區定性，根據不同的區域采取不同的手段進行處理。

（2）對于山嶺隧道高陡邊坡，采取接長明洞，清理危石，刷方清除不穩定體，設置錨桿、錨索框架梁及設置被動防護網等多種措施進行綜合治理，確保施工及運營安全。

（3）風化層較薄石質地層可采取錨桿框架梁進行處理，風化層較厚、坡度較陡的地層應采取錨索框架梁進行處理，且錨固端應位于穩定的基巖中。