政和至松溪寨嶺隧道洞口高邊坡處冶方案

■紀紅媚

（福建建工集團有限責任公司，福州 353000）

福建省地質條件復雜，山多且地形高差大，坡陡險峻，公路時常穿越崇山峻嶺，隧道大多為淺埋隧道，圍巖等級高，覆蓋層薄，洞口常偏壓嚴重，開挖施工造成的土體擾動，易導致邊坡發生變形，進而產生裂縫、滑坡、坍塌，嚴重影響施工和交通安全；因此，須對隧道洞口高邊坡處治方案進行深入研究。 本文以國道G353 政和至松溪寨嶺隧道A1 標段項目為例，詳細介紹了預應力錨索框架梁對隧道洞口高邊坡的處治方法，該方法對地質條件較差的高邊坡遇到支護破壞后重新修復施工的工程具有重要的借鑒意義。

1 工程概況

1.1 邊坡地形情況

寨嶺隧道全長2023 m，單洞雙向車道，屬長隧道，其中A1 標段施工長度為443 m。 隧道區屬低山丘陵地貌，下緩上陡，地形高差大，山脊（頂）陡峭，進口處地面高程為315～375 m，出口處地面高程為325～375 m，隧道軸線最大海拔標高560 m，自然植被發育良好。 本標段共有4 段路基邊坡防護工程，分別為：①K0+125～K0+160 段；②K0+345～K0+390段； ③K0+420～K0+465 段； ④K0+783.506～K0+863.506 段， 其中K0+783.506～K0+863.506 段屬于高邊坡設計段落，寨嶺隧道洞口實景及高邊坡處治施工過程如圖1、2 所示。

圖1 寨嶺隧道洞口實景

1.2 邊坡地質巖性

K0 +783.506 ～K0 +863.506 段最大坡高約26.0 m，中心挖高約5.0 m，坡體地層主要為石英片，碎塊狀強風化，巖體破碎，結構松散，圍巖級別為V 級。覆蓋層埋深淺，產狀L1：240°∠55°；L2：5°∠75°；L3 片理：130°∠50°，其結構面赤平投影如圖3 所示，可知邊坡巖層片理傾向與坡向呈小角度順傾，為不利結構面，對邊坡穩定性不利。

圖2 寨嶺隧道高邊坡處治實景

圖3 進口坡面與片理、節理裂隙關系赤平投影圖

2 高邊坡設計方案與計算

2.1 邊坡設計思路

根據地質勘查和測繪資料，K0+783.506～K0+863.506 段地質情況自上而下分別為： 坡積粉質粘土、全風化石英片巖、砂質強風化石英片巖，邊坡穩定性較差。 該段高邊坡處于隧道出口處，考慮洞口淺埋偏壓， 隧道開挖施工過程中極易出現坍塌，同時測繪顯示，原省道臨近路段邊坡開挖后由于坡面防護較差，已出現多處溜塌。 綜合考慮以上情況，邊坡施工過程中必須加強坡面防護， 坡頂設截水天溝，坡體設水平排水，做好截、引排水措施。

2.2 邊坡設計方案

根據現場地形、地質條件，邊坡不能按常規方法進行正常刷坡。 邊坡主要采用C20 砼坡腳鑲邊、噴播種子防護、路塹TBS 鍍鋅網植草（灌）防護、路塹TBS 鍍鋅網（錨桿）植草（灌）防護、C20 骨型拱架，其中K0+783.506～K0+863.506 段采用預應力錨索框架梁坡面加固，確保邊坡穩固。 總平面布置如圖4 所示。

圖4 隧道K0+783.506～K0+863.506 段總平面布置圖

2.2.1 邊坡支護方式

邊坡第1 階采用8 m×10 m 預應力錨索框架梁防護，第2 階采用6 m×10 m 預應力錨索框架梁防護。 錨索使用6 束直徑為150 mm 的無粘結預應力鋼絞線，錨索長20～24 m，錨固段長不小于12 m，設計拉力600 kN，坡頂設置截水溝。 處治設計剖面圖如圖5 所示。

圖5 K0+783.506～K0+863.506 段高邊坡設計支護剖面圖

2.2.2 邊坡排泄水系統

閩北地區季節性降雨時間長，頻繁降雨易出現沖溝和滑坡坍塌。 該邊坡排泄水系統采用坡頂設置C20 砼截水溝、邊坡平臺設置C20 砼溝渠，并在邊坡部分區域設置支護盲溝、邊坡滲水溝及關鍵部位導流排水溝，增加邊坡排泄水能力。

2.3 邊坡設計方案計算

本項目為二級公路路塹邊坡，為了驗證方案可行性，設計計算采用專業軟件Slope/W，選用較為嚴格的剛體極限平衡方法——Morgensten&Price 法[1]。根據地勘報告確定巖土參數條件，考慮邊坡加固工程實施之后發揮作用的狀態，進行穩定性定量分析與評價，計算參數選取如表1 所示。 計算結果顯示，邊坡開挖后，未加固時邊坡穩定性系數為1.012（圖6），不滿足規范要求；加固后，正常工況下邊坡穩定性系數為1.152（圖7），滿足規范要求，說明該邊坡處治方案有效，可確保邊坡穩定性。

圖6 邊坡未加固穩定性系數

圖7 邊坡加固后正常工況穩定性系數

表1 邊坡巖土力學指標

3 施工過程控制

施工過程是設計方案落實的重要環節，是施工質量的重要保證。 著重從以下幾點對寨嶺隧道A1標段施工質量進行把控。

3.1 石質路塹施工

開挖前，應先根據現場實際地面高程及邊坡坡率計算出邊坡坡頂開口位置（開挖邊界）。 由于閩北山區降水頻繁且短時降水量大，路塹坡頂截水溝需優先完成，及時引排泄水，確保邊坡穩定。 采用潛孔鉆+液壓鎬方式對邊坡進行開挖破碎， 具體操作如下：（1）根據放樣位置及深度進行鉆孔，邊坡及平臺位置加密鉆孔并注意鉆探深度，嚴禁超鉆，鉆孔分層鉆孔，每次鉆孔深度不大于2 m；（2）采用液壓鎬對孔位巖石進行沖擊破碎或剝離，邊坡附近應及時修整；（3）先將路塹一級施工平臺破碎到位并對坡面修整后，再進行下一級邊坡的破碎和修整施工。 為防止截水溝基坑被雨水沖刷，基坑開挖后應立即用片石鋪砌，保證石質邊坡坡面平整，并及時清除坡面危石。 同時，修整過程中應控制液壓鎬的抗壓強度，避免坡度損失或坡度過大。

3.2 錨索框架梁施工

預應力錨索框架施工是本工程的重難點，工期長，施工工序及工藝多，施工期間若遇持續降雨，雨水滲入坡體，易出現坍塌，大大增加施工難度，處理不當還會出現大范圍坍塌。 因此，應注意以下控制要點：（1）坡面修整。 按規范要求自上而下使用人工分層修整，每一層開挖高度和錨索上下橫梁的間距相等，開挖至下級平臺后再開挖格梁基礎，土質邊坡要及時用土工布等養護材料全坡面覆蓋，防止邊坡被雨水和地表水沖刷出沖溝；（2）施工錨孔。 根據地質勘探報告及現場實際情況，對于地質松軟飽水等容易造成錨索施工中塌縮孔及卡鉆頭的巖層進行破碎，錨索施工采用跟管鉆進技術，為保證錨索孔壁的粘結性，且施工時不惡化邊坡巖體的工程地質條件，錨索鉆孔采用干式鉆孔成孔工藝；（3）錨固注漿。 一般地層進行一次性注漿，即自由張拉段和錨固段同步注砂漿，采用孔底返漿法，壓力為0.5～0.8 MPa， 注漿持續到孔口出現溢漿且持續時間不低于5 min[2]，注漿結束砂漿凝固收縮后及時補漿注滿，通過試驗，可以在漿液中加入適量的早強劑、減水劑，提高早期強度和和易性；（4）鋼筋混凝土框架梁施工。框架梁的坡度為45°，采用C30 現澆混凝土整體澆注。 格梁混凝土澆筑前先處理邊坡平臺縱梁基礎，格梁基礎從下挖不小于50 cm，置于完整的巖石基礎上[3]，在完成坡面修整和格構梁基礎溝槽開挖后，在基礎斜面上鋪設2 cm 砂漿找平層，再進行鋼筋制作和安裝。 混凝土澆筑前，對錨孔周邊涉及到鋼筋密集的地方，做好施工前自檢，施工期間注意振搗，梁澆筑施作完成后折模養護7 d；（5）錨索張拉。 本項目采用壓力分散型錨索，整體張拉錨索前，先補償張拉各單元間的差異荷，再分5 級按有關規范或規定施加錨索的預應力，分別為設計值的25%、50%、75%、100%和110%[4]。每級荷載施加后，觀測不小于10 min，張拉鎖定后經檢驗切除錨索多余的長度。 張拉質量控制采用“雙控法”。

3.3 噴播植草施工

噴播草種依據政和當地地溫、氣溫、降雨量、風向、風速等條件選擇春季施工。 施工順序為：邊坡坡面清理改良→施噴殺蟲菌劑→機械液壓噴播草籽→覆蓋無紡布→種植地表灌木→噴水養護→揭膜。 草種、灌木種先進行預處理，保證草籽發芽率；在幼苗生長的后期， 注意定期給幼苗澆水和施肥；成坪后加強養護工作，針對性地噴灑農藥，鋤草施肥，病蟲害以防為主，防治結合。

4 邊坡安全監測

K0+783.506～K0+863.506 標段邊坡在施工期間遭遇連續強降雨，雨水滲入邊坡土體，易造成滑坡、崩塌等不良地質現象，降水期間需做好時實監測和預報工作，實時掌握邊坡穩定性狀態。 本工程采用深孔位移和錨固應力2 種監測方式對邊坡穩定性進行評價。

4.1 安全監測點位布設

根據邊坡坡度、高度以及巖層土體情況布設1～5 個監測斷面， 每個監測斷面布設2～3 個深孔位移監測孔， 監測點的埋設數量根據邊坡實際情況調整； 監測孔深度根據邊坡高度及坡體地質情況確定，深度以15～40 m 為宜，確保監測孔進入穩定地層2～5 m 以上。 監測孔成孔清孔后，立即放進PVC測斜管，鎖定接管螺絲。

4.2 監測結果

2020 年9 月5 日—2021 年5 月28 日期間，X、Y、U 方向的深部位移監測結果（圖8～10）顯示，錨索框架梁深部位移監測曲線逐漸呈“大肚子”型，具有中間大，上下兩端小的特點，表明端部位移受到了約束作用，邊坡位移已逐漸趨于穩定，邊坡加固已取得良好效果。 同時，錨索應力監測結果（圖11）顯示，錨索應力開始急劇變化，變化速率逐漸變小，直至趨于穩定，與深部位移監測結果一致，表明邊坡位移此時已趨于穩定。

圖8 K0+854 段X 方向累計位移—深度曲線

圖9 K0+854 段Y 方向累計位移—深度曲線

圖10 K0+854 段U 方向累計位移-深度曲線

圖11 K0+822～K0+854 段錨索預應力

5 結語

G353 政和至松溪寨嶺隧道于2020 年3 月10日正式開工建設，2021 年7 月15 日完成交工驗收，實際運營效果良好（圖12），可為同類高邊坡工程的設計及施工提供很好的借鑒作用，具有很高的推廣價值，具體如下：（1）工程建設過程中應通過對施工現場地形、地質條件的綜合分析，選用科學合理的邊坡設計施工方案，并采用分析軟件對設計方案進行驗證；（2）施工過程的質量是設計施工方案落實的重要環節，從石質路塹邊坡開挖、錨索框架梁施工、噴播植草施工3 個方面進行質量把控，確保了工程施工質量；（3）監測數據可有效反映邊坡后期運行狀態，通過深孔位移計和錨固應力監測結果分析邊坡的穩定性， 及時反映邊坡內部巖體運行狀態，及時規避風險，確保邊坡安全穩定運營。

圖12 邊坡施工成果