隧道進口邊坡災害治理優化及施工技術

摘要：橋涵隧洞的建設是高速公路建設的重要組成部分，隧道洞口邊坡的穩定性影響著隧道的施工安全。結合實際工程項目，從工程的建設實踐出發，對該項目隧道進口邊坡失穩的因素、支護措施等進行探討，并對邊坡穩定的優化措施進行總結，為相關類似研究提供參考。

關鍵詞：道橋工程;邊坡災害治理;施工技術

0" "引言

近年來，我國高速公路規模發展迅速。據國家統計局數據到2020年底，全國高速公路總里程達到15.5萬km，較2019年同期新增高速公路0.54萬km，總里程位居全球第一[1]，且越來越多的高速公路延伸到山區。

在山區道路的修建過程中，需要配合修建諸多隧道工程。邊坡失穩是隧道修建過程中常發性的一類災害[2]。隧道出入口邊坡的穩定性，與隧道整體的穩定性和工程質量有密切的關系[3-4]，邊坡的支護效果及支護穩定性的施工與治理研究，對于高速公路建設具有長遠現實意義。本文以實際工程建設項目為基礎，對該類地質條件下的隧道進口邊坡災害優化及施工技術進行總結和研究，為相關研究提供參考。

1" "工程概況

蘭州至?？趪腋咚俟罚℅75）建設標準為雙向四車道高速公路標準建設，設計速度80km/h，整體式路基寬度24.5m，分離式路基寬度12.25m。橋涵設計荷載采用公路Ⅰ級。擬建路段縱貫甘肅省南部，該項目段地處溫和氣候帶，所建設路段多為高中山區，年降水量在7～9月達到最大，容易形成山洪、滑坡等自然地質災害，這一點對于公路建設是不利的。

蘭州至?？趪腋咚俟肺荚粗廖涠糤W16合同段起止于YK334+400～YK345+800，全長11.4km。鄧橋2#隧道進口布設于宕昌縣官亭鄉寧家村西南處岷江對岸，出口布設于宕昌縣官亭鄉寧家村下游的上水里溝。該路段布設于岷江相對狹窄段，多以隧道通過山體，山體構造屬構造侵蝕高中山地貌。隧道進出口多分布坡積碎石，該地區處于褶皺和斷層發育區，巖體完整性差，存在崩塌落石、泥石流、軟弱圍巖大變形等不良地質[5]。特殊巖土不發育，主要為松軟土和軟土。沿線地下水類型按其賦存條件和含水層性質，可分為基巖裂隙水、風化—構造裂隙水、松散巖類孔隙水三大類型[6]。

2" "邊坡失穩因素分析

隧道進口邊坡災害主要是指邊坡發生破壞，出現失穩的過程和現象。當邊坡應力變化超過自身承載力水平時，容易發生邊坡失穩，給施工過程帶來極大危險和隱患。邊坡失穩的成因是復雜多樣的，主要體現在以下幾方面。

2.1" "巖體結構

巖體結構包括了結構面和結構體兩個要素，結構面是影響巖體整體強度的主要因素，是巖體不連續性、發生變形的主要原因[7]。結構體是由結構面構成的單元。在工程建設中，邊坡主要由自然土體、巖體等構成，所以邊坡是多種結構的集合體而非整塊巖體。這種條件下，邊坡的穩定性會受到多樣結構的影響[8]。本項目隧道進口分布大量坡積碎石，巖體完整性較差，坡面開挖后易崩塌、掉塊。

2.2" "地層巖性組合

影響邊坡穩定性的一個主要因素是邊坡自身的巖性，即邊坡自身屬性，其包括構成邊坡巖石、土壤的類型，以及主要結構等。邊坡巖性不同其失穩機理、失穩表象等也不相同[9]。不同巖性的邊坡穩定性顯示出一定差異，本項目路段布設于岷江右岸高階地，地層巖性上覆碎石層，骨架以板巖碎屑為主，黏性土充填，揭示厚度11.8～29m;夾粉質黏土薄層;下伏基巖為三疊系板巖，屬較軟巖，巖體較破碎。板巖的巖性較弱且易風化，自身穩定性差，邊坡表面部分較易出現蠕動變形。風化程度嚴重時，容易出現順層滑坡現象。

2.3" "地形地貌與地質構造

邊坡所在地區不同的地形地貌和地質構造因素，是決定穩定性的重要因素，較陡峭的邊坡，其穩定性與較緩邊坡相比更差。處于褶皺和斷裂發育地區的邊坡，其巖層的傾斜程度更大，較容易出現斷層等地貌，為崩塌、滑動等現象提供了有利條件。

邊坡的傾斜角以及其巖性，決定了邊坡在發生失穩破壞時的嚴重程度和范圍。從地質構造的角度來看，邊坡坡向與巖層之間的角度關系，控制著邊坡的穩定性。其角度越小、越平緩，穩定性越好。本項目路段處于褶皺和斷層發育區，巖體完整性差，較易發生失穩現象。

2.4" "水

水對于巖土的變形影響是多方面的，多數巖土對于水有較大的敏感性。在很多情況下，水體的存在也會誘發巖體發生變形和破壞，間接導致邊坡發生失穩現象。從土力學的角度來看，水對于巖土的作用分為三類，即物理作用、化學作用和力學效應。水對于巖土的這三類作用，綜合影響巖土的有效應力，降低巖土的強度。綜上，巖土受到水作用的過程是復雜的。

2.5" "工程施工

邊坡巖體在自然狀態下，處于內部和外部平衡的穩定狀態。在隧道的建設過程中，工程施工會打破這種平衡狀態，在外力疊加的情況下，邊坡的受力情況變得極為復雜。邊坡開挖之后，在坡底、坡肩、坡腳等位置會出現巖體應力的釋放和應力集中現象，這兩種情況都會對邊坡的穩定性造成較大影響[10]。

3" "邊坡失穩破壞形式

3.1" "塌方、落石

塌方及崩塌破壞是一種比較嚴重的失穩破壞形式，一般發生在巖性條件比較好的邊坡中，主要表現為大量碎石下滑、崩落。

3.2" "邊坡滑動

在進行隧道施工的過程中，邊坡巖體內部的平衡在外部作用下被打破，在形成新的穩定態的過程中，圍巖軟弱結構面出現相對滑動，導致邊坡滑動。

3.3" "局部塌陷

該類失穩破壞在巖體風化程度嚴重時更易發生，隧道開挖若造成內部臨空，會使得臨空面失去平衡，發生局部坍塌。在洞口段，該類破壞更容易發生。隧道施工的過程是一個動態、長期的過程，巖體的結構和內部狀態也隨之不斷發生變化，隧道開挖初期，不穩定情況較為常見。

3.4" "巖體相對位移

巖體相對位移也稱為楔形破壞，此類破壞在巖體穩定條件比較好的情況下較為常見。

3.5" "堆積

隨著隧道的開挖施工，巖體表面風化程度較深的表層巖體發生剝落后，順著坡體落下，坡腳處會堆積大量碎石。

4" "支護與優化施工

4.1" "支護與優化的必要性

本段路基位置山勢陡峭高差大，巖層穩定性差，軟弱圍巖的基本地質條件，邊坡滑動更易發生。山體局部地段孤石、危石較多，開挖時山體易發生崩塌、掉塊。隧道進口段巖體碎裂，施工過程中容易出現碎石堆積。所以，該隧道在施工過程中難度大、風險大。

在隧道施工的開挖階段，邊坡的穩定狀態被打破，失穩現象的出現幾乎是必然的，只是在范圍和程度上有所差別。所以，在隧道開挖工作開始之前，進行必要的支護加固是非常必要的[11]。

經現場勘查，受隧道左線進口施工場地影響，部分路段右側邊坡高陡，邊坡穩定性差，樁板墻無法按原設計進行實施，存在較大安全隱患[12]。原設計在隧道左線進口設置樁板墻進行支擋，共計20根，1#至12#抗滑樁已施工完成，未施工的抗滑樁根據放線將侵占施工便道位置。

由于該段坡體較陡，坡體外側為岷江，施工便道受地形限制無法改移，因此需將抗滑樁樁位向山側偏移?？够瑯妒┕ね瓿珊?，隧道右線進口臺車受場地限制無法進洞。為滿足施工要求，需要拓寬現場便道，將樁前土體挖除。土體挖出后產生抗滑樁懸臂，最高懸臂達14m，存在較大的安全隱患。另外，靠近原設計中右線隧道進口端有一偏壓擋墻，目前擋墻基礎開挖，也存在較大的風險。

綜合以上問題，決定進行鄧橋2#隧道進口邊坡防護變更設計。工程斷面如圖1所示。

4.2" "優化施工方案

4.2.1" "增設抗滑樁

該段坡體巖性差且風化強度極高，為確保右洞開挖不使坡體產生變形，增設1根抗滑樁，即21#抗滑樁。另外，由于該段巖體破碎，為提高工程建設的安全性，將14#至21#抗滑樁的長度調整為24～7m，樁截面尺寸不變。

4.2.2" "設置錨索框架

該段坡體巖性差且風化強度極高，為確保右洞開挖不使坡體產生變形，在右洞上邊坡設置錨索框架進行防護，主要是通過漿砌塊石、現澆鋼筋混凝土等方式，結合錨桿、錨索固定實現加強邊坡穩定性。錨索長28～30m，間距3m，沿坡面方向間距3m，傾角20°。錨索由高強度低松弛的1860級鋼絞線組成，錨固段長10m，鉆孔直徑為130mm。錨索端部設置C30鋼筋混凝土框架?？蚣軝M梁、豎梁的截面均為0.6m×0.6m，C30鋼筋混凝土現場澆筑。

4.2.3" "采用填方反壓

邊坡的坡度較大不利于邊坡穩定，填方反壓（坡率法）就是通過降低坡度提高邊坡的穩定性[13]。為消除樁板墻存在的安全隱患，在13#至21#樁前采用填方反壓，反壓高度約4.5m，坡度為1：1，寬度為7.8～11.7m，坡頂設5%的橫坡，13#至21#樁兩側按1：1放坡。填方應分層填筑、分層碾壓密實，壓實度應不小于85%。填方反壓如圖2所示。

4.2.4" "設置樁基托梁擋土墻

錨桿擋土墻的結構質量比較小，且結構形式靈活，造價低、施工速度快，但是在施工過程中對技術的要求比較高，鋼材的用量與其他加固措施相比也比較高，所以在實踐中的使用頻率較低。

在21#樁至右線洞口端墻之間設置樁基托梁擋土墻，樁的長軸方向為NW13°，樁間距中～中6m。樁截面分別為1.5m×2.0m，樁長10m，共計4根[14]。樁頂設托梁，高1.2m，寬3.0m，采用C25鋼筋混凝土現澆。托梁上部設置C25混凝土擋土墻，墻高8.5m，胸坡坡率為1：0.3，背坡坡率為1：0.2。墻后回填高度6m，回填坡率1：3。

4.2.5" "其他措施

對樁頂至錨索框架間坡面鋪設六棱磚進行坡面防護。在樁后平臺設置一道C20混凝土排水溝，截面尺寸為40cm×40cm，壁厚10cm。

5" "結語

本文以蘭州至?？趪腋咚俟罚℅75）渭源至武都WW16合同段邊坡施工為研究對象，結合邊坡穩定分析的理論因素，從項目的實際的水文地質條件出發，針對不同影響因素進行詳細闡述。通過對邊坡加固和支護措施的詳述，為項目采取具體優化措施提供理論依據，經過實踐驗證，可為類似工程提供了施工經驗。

參考文獻

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