付 敏，肖毅海，任 會，高 峰

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，湖南長沙 410008;2.核工業(yè)西北工程建設(shè)總公司，陜西西安 710000)

1 工程概況

巖堆是指巖體經(jīng)過物理風化等作用形成碎塊，經(jīng)以重力為主的力的搬運，在山坡上或坡腳形成的松散堆積體。根據(jù)其組成物質(zhì)的大小劃分為:碎屑、碎石、塊石、大塊石堆［1］。

雅瀘高速馬羅隧道出口端巖堆體所在山體坡頂高程約1 850 m，坡腳南椏河河床高程約1 445 m。屬于典型構(gòu)造剝蝕的中高山地形，山坡上巖堆體范圍內(nèi)植被稀疏，后緣山坡植被多為高大茂盛喬木，上部坡度多小于30°，下部坡度多大于45°，呈上緩下陡型。安寧河斷裂帶的分支－鮮水河斷裂帶從坡腳通過，該斷裂帶為活動斷裂帶。受斷裂帶控制，南椏河沿坡腳穿過，南椏河由南向北流至巖堆體上、下游160 m河段后分別向西、向東大拐彎，南椏河在巖堆體附近呈大“S”型;坡腳處河谷寬約20.0～65.0 m，呈“V”字型;河道寬約20.0 m，右側(cè)河漫灘寬約0～40.0 m，水深約0.5～1.0 m左右，雨季水深約2.0～3.0 m，水流湍急，河流下切作用強烈;馬羅隧道出口巖堆位于南椏河右岸，巖堆體沿線路方向長約135 m，巖堆中部橫向?qū)捈s185.0 m，順山坡縱向長約135 m，巖堆體厚度一般為15～20 m，體積約30×104m3，擬建馬羅隧道出口位于巖堆體中上部。

2 巖堆體結(jié)構(gòu)特征

2.1 平面形態(tài)

巖堆體由兩個次級扇體構(gòu)成(圖1、圖2)，兩扇頂分別對應(yīng)于不同的崩塌(滑)源。堆積體斜坡平均自然坡角約39°，堆積體前部伸入河床約10 m;厚度一般為15～20 m，體積約30×104m3。

其中一級扇體規(guī)模較大，鉆孔揭露最大厚度約26.0 m，其崩塌源較高，主要約在高程1 535～1 570 m之間，為多次崩塌形成，錐體下游側(cè)被二級次級扇體覆蓋，下游側(cè)前緣未被覆蓋部分可見堆積物表面覆蓋有較多的風化土，花崗巖塊石邊長一般30～200 cm，塊石表面風化較強，形成時間較久。

二級扇體覆蓋于一級扇體之上，靠近下游側(cè)，鉆孔揭露最大厚度約26.6 m，塊石成分主要為花崗巖，棱角清晰，雜亂堆積，塊石邊長一般20～50 cm，最大的近5 m，總體由下往上塊度有減小的趨勢，其崩塌物源相對較近，高程1 530～1 545 m。

圖1 馬羅隧道出口平面圖

圖2 A－A剖面圖(單位:m)

2.2 物質(zhì)組成

巖堆體巖性相對均一，為崩塌堆積而成的花崗巖碎、塊石，泥質(zhì)較少，充填粗砂、角礫較多，粒徑多為10～20 cm，含大塊石。結(jié)構(gòu)松散～稍密，孔隙比大，透水性好。堆積體具有前緣塊度大，向上塊度漸小的趨勢，堆積體前緣塊石邊長一般2～3 m，最大可達近5 m，塊石成分單一，為花崗巖。

堆積體密實度從上至下由表及里為:由松至密，淺部以松散為主，厚約5～10 m，碎塊石間架空現(xiàn)象普遍;下部以稍密為主，巖堆體底部局部呈中密狀，厚度一般＜5 m。

2.3 后緣坡體結(jié)構(gòu)及變形特征

后緣邊坡坡頂高程大于1 590 m，坡體基巖為中風化花崗巖，大面積裸露，自然坡角約45°～70°，走向為N10°W，坡向SW，其中1 590 m高程以下，斜坡坡度較大，平均坡度為60°，中風化花崗巖裸露;1 590 m高程以上坡度較小，平均坡度為35°，基巖零星出露。

圖3 后緣坡體節(jié)理裂隙發(fā)育情況

該處主要發(fā)育3組控制性結(jié)構(gòu)面(圖3)，①組順坡向傾向坡外結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀為235°～260°∠40°～75°，局部傾角較小，約為35°，延伸長度大于5 m，間距約1～2 m;在一、二級扇體交匯處附近裂隙間壓致拉裂隙變形明顯，裂隙間巖體呈壓碎巖狀，碎裂結(jié)構(gòu)，裂隙間距一般為20～80 cm不等;②組與坡面近正交近直立結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀為320°～350°∠70°～85°，延伸長度大于2 m，間距1～2 m;③組傾坡內(nèi)結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀為傾向 78°～110°，傾角 17°～82°不等，大多為 45°～80°，局部傾角較小，約為 17°;延伸長度一般為2～5 m，間距1～3 m左右。三裂隙均較平整。

斜坡的破壞方式主要為受①組順坡傾坡外裂隙控制的滑移拉裂型，此外，淺溝溝壁可見傾倒拉裂破壞。其中，①組裂隙構(gòu)成(旋轉(zhuǎn))滑移面，③組陡傾坡內(nèi)裂隙構(gòu)成后緣拉裂面，②組與坡近正交的陡傾角裂隙構(gòu)成旋轉(zhuǎn)拉裂面或側(cè)向割裂面，形成的破壞空腔規(guī)模最大長可達10 m，寬可達5 m，深度一般為2 m。

調(diào)查顯示，一級扇體后緣目前斜坡中存在一定量的大規(guī)模危巖體。二級扇體后緣陡坎近期崩滑現(xiàn)象尤其明顯，二級扇體坡面上可見樹木大多往坡下傾斜，并樹干靠山內(nèi)側(cè)多有被塊石沖擊過的痕跡。

3 穩(wěn)定性分析

巖堆體穩(wěn)定性分析較為復(fù)雜，目前尚未有公認定量的分析方法。定量分析之所以困難，其根本原因有以下幾點:①變形面位置的可變性;②滑面(帶)物理力學參數(shù)不精確性;③工程因素影響重大。

體積巨大的堆積體其結(jié)構(gòu)特點有:密實度由表及里、由堆積體坡腳至坡頂結(jié)構(gòu)逐漸增大;崩塌物分選性好;相鄰階段的崩塌面較為明顯等。受其結(jié)構(gòu)特點影響，堆積體的穩(wěn)定性一般主要表現(xiàn)為淺表和坡腳易滑、深部和頂部相對穩(wěn)定。故無論是淺挖還是深切，堆積體表層的失穩(wěn)是工程中面臨的主要問題，隨著開挖深度的增加，坡體的變形深度、范圍也隨之增大。

堆積體的不均勻性，也決定了其變形面物理力學參數(shù)的不一致，密實度、填充物、成分粒徑等均會對變形面參數(shù)的選取帶來影響。因此，現(xiàn)場試驗結(jié)果僅能代表類似部位的參數(shù)，而很難體現(xiàn)整個變形面的力學參數(shù)。

構(gòu)筑物施工的順序、方法以及采用施工機械等因素，也不同程度的影響堆積體的穩(wěn)定狀態(tài)。

對馬羅隧道巖堆體的穩(wěn)定性分析主要是在定性分析的基礎(chǔ)上進行。

3.1 定性分析

巖堆體的巖土特征是產(chǎn)生變形的內(nèi)因。巖堆體內(nèi)巖土相對均一，為后緣危巖崩塌堆積成因的碎、塊石層，松散或稍密，結(jié)構(gòu)松散，孔隙比大，透水性好;花崗巖裂隙較發(fā)育，但裂隙多短小，部分為泥質(zhì)充填，透水性相對較差，為相對的隔水層。

半月環(huán)形山體的山坡下部，該段堆積體后狀山坡呈半月環(huán)狀，往堆積體處傾斜，這種地形使地表水往滑坡處匯聚，坡體內(nèi)松散的堆積層為地表水的入滲提供了有利的條件。巖堆體下伏多為中風化花崗巖，為相對隔水層，連續(xù)暴雨使地下水在花崗巖巖面匯集。地下水的賦積對堆積體的形成帶來三個方面的直接影響，即坡體巖土強度降低，土體重度增大，堆積坡內(nèi)靜水壓力增大。

施工放坡、堆截、河床下切和河水的沖刷是堆積體可能產(chǎn)生失穩(wěn)的重要影響因素。施工放坡，在堆積體中上部形成新的臨空面，坡面傾角大于自然休止角，改變坡體應(yīng)力平衡，在受到外力擾動下坡體易產(chǎn)生失穩(wěn);南埡河床下切強烈，在兩岸形成陡峭的山坡，為坡體的失穩(wěn)產(chǎn)生提供了臨空面;南埡河在該段坡陡，水流湍急，河水對坡腳沖刷作用強烈，坡體前緣不斷坍塌，加劇了巖堆體失穩(wěn)的可能。

本區(qū)為地震高發(fā)區(qū)，地震力也是可能引起堆積體失穩(wěn)的另一個直接原因。

3.2 發(fā)展趨勢預(yù)測

目前該巖堆體處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，影響其穩(wěn)定性的主要因素有:施工放坡改變了巖堆體應(yīng)力狀態(tài);南埡河河床下切強烈，為巖堆體變形提供了臨空面，加劇了巖堆體失穩(wěn)的可能;工程運營期間車輛動荷載對巖堆體造成一定的影響;地震作用也是誘發(fā)堆積體變形甚至失穩(wěn)的一個不確定因素。

馬羅隧道洞身開挖及馬羅特大橋左側(cè)邊坡開挖后，在巖堆體的中部將產(chǎn)生最大的邊坡高度約25 m，由于在巖堆體中部開挖邊坡，將產(chǎn)生新的臨空面，在重力及雨水的作用下，開挖后形成的臨空面后方巖堆體將沿巖土交界面在開挖的邊坡坡腳剪出。

4 處治措施

工程建設(shè)中對巖堆體一般采取避繞的原則，無法避繞時則需對巖堆體進行加固處理，類似的工程實例有:云南水麻高速公路［3］、內(nèi)昆鐵路大關(guān)車站［4］、青藏鐵路桑利至拉薩段［5］、溪洛渡水電站［6］、遵崇高速公路大坪巖堆［7］等。

4.1 參數(shù)選取

雖然該巖堆體物質(zhì)成份較為均一，但其空間分布雜亂，物理力學性能表現(xiàn)出很大的各向異性。參數(shù)選取工作較為困難:①難以取到有代表性的原狀試樣;②現(xiàn)場大尺寸試驗難度大。工程應(yīng)用中主要結(jié)合巖堆體的膠結(jié)情況、密實程度、物質(zhì)成分、潛在滑動面(帶)位置及空間形態(tài)、含水量、下伏基巖風化程度等，并結(jié)合巖堆體天然休止角，定性的分析堆積的現(xiàn)狀穩(wěn)定狀態(tài)，確定起始安全系數(shù)Fs，反算潛在變形面參數(shù)，以安全系數(shù)的增量ΔFs進行加固設(shè)計。

4.2 切方邊坡加固

巖堆體物質(zhì)大都為近期堆積，表面坡度接近于天然休止角，其內(nèi)部常具有與天然休止角近似向外傾斜的層理，在施工擾動下，容易發(fā)生表層或?qū)娱g滑動變形。

設(shè)計及施工過程中，貫徹執(zhí)行“盡可能的減少對巖堆體擾動”的思想。經(jīng)過對抗滑樁、樁錨聯(lián)合支護、錨索框格梁以及洞身延長并錨噴等多種方案進行比選，最終采用延長洞身+錨桿噴射混凝土支護的方案進行邊仰坡支護。見圖4。

圖4 切方邊坡加固施工照

4.3 隧道洞身段巖堆體加固

隧道洞身對變形控制要求高，由于洞身位于堆積體內(nèi)，要求堆積體不但穩(wěn)定，而且還要有一定的密實度和“剛度”。由于巖堆體主要為新近崩坡積成因的碎、塊石土組成，結(jié)構(gòu)松散，孔隙比大(孔隙比約為0.3～0.45)，在車輛等動荷載的作用下，碎、塊石土將產(chǎn)生不均勻沉降，故不能直接作為擬建隧道基底持力層，可采用的方法有:固結(jié)注漿、換填、加筋土等處理措施。

本工點不宜對堆積體進行大的擾動，施工中選用固結(jié)注漿進行加固，采用Φ 42×3.5 mm鋼管，注漿孔間距3 m×3 m，梅花形布設(shè)，并將注漿花管作為加固錨桿體使用，為了控制漿液擴散范圍，漿液的配比及注漿壓力通過現(xiàn)場實驗確定。注漿從仰拱向下平均深度為5 m，采用Φ 42(3.5 mm)鋼花管一次注漿，平均注漿量為2.6 m3/m，注漿結(jié)束后保留鋼花管作為埋置式錨桿。

4.4 進洞方案［8］

進洞施工方案采用先對巖堆體注漿固結(jié)，再施工長管棚，洞身先開挖施工左側(cè)(下坡方向)洞身，待二襯完成后，再開挖施工右側(cè)洞身。在保證安全的前提下，為了有效控制巖堆體段的過大變形或坍塌，施工采用三臺階七步法開挖。見圖5。

三臺階七步開挖法可分為以下主要步驟:

1)上部弧形導坑環(huán)向開挖，施做拱部初期支護;

圖5 三臺階七步法開挖透視圖

2)中、下臺階左右錯開開挖，施做墻部初期支護;

3)中心預(yù)留核心土開挖、隧底開挖，施做隧底初期支護。每部開挖后均應(yīng)及時支護，隧底初期支護后應(yīng)及時施做仰拱，盡早封閉成環(huán)。

實際施工過程中，由于巖堆體架空較為嚴重，長管棚(40 m)施工較為困難，垮孔、卡鉆現(xiàn)象尤為嚴重，改為自進式錨桿超前支護;同時為了盡可能的減少洞口切方對邊坡穩(wěn)定性的影響，分別將左右洞的暗洞分別加長了4 m和3 m。

4.5 巖堆后緣巖質(zhì)邊坡加固

后緣巖質(zhì)邊坡仍存在大量的危巖體，施工中先人工清除坡面松動危巖體、滾石，再對坡面采用主動柔性防護網(wǎng)防護;為防止落石，在隧道洞口上方設(shè)置4 m高被動防護網(wǎng);巖堆體頂部設(shè)置截水溝，阻止地表水下滲。

4.6 監(jiān)測

為確保巖堆體整治施工的安全，及時掌握巖堆體整治施工整個過程中的邊坡動態(tài)變化，可通過施工監(jiān)測，包括對巖堆體的變形監(jiān)測、隧道洞身變形監(jiān)測以及對加固結(jié)構(gòu)物的應(yīng)變監(jiān)測，及時掌握施工情況，指導施工。見圖6。

圖6 監(jiān)控點布置圖

5 結(jié)論及建議

1)由于巖堆體物質(zhì)成份的特殊，關(guān)鍵的物理力學參數(shù)難以通過取樣試驗獲得，目前對巖堆體穩(wěn)定性的分析多以定性和半定量分析為主，工程實例表明，按照安全系數(shù)的增量△Fs進行加固設(shè)計是可行的方法之一。

2)隧道洞身位于巖堆體中，設(shè)計的關(guān)鍵是既要考慮巖堆體整體穩(wěn)定，還應(yīng)關(guān)注巖堆體變形對隧道洞身的影響。

3)本項目施工單位應(yīng)用“三七法”開挖，即確保施工過程安全，又加快了施工進度，經(jīng)實踐證明，可作為類似工程的成功經(jīng)驗。

4)洞身段巖堆體采用注漿加固技術(shù)，可以有效的控制變形、避免開挖過程中的坍塌及冒頂事故。

5)為控制巖堆體變形對洞身造成的危害，采用注漿固結(jié)是一種切實有效的方法，施工過程中應(yīng)加強檢測手段，檢查加固效果。

6)為確保施工以及運營安全，對巖堆體物源區(qū)采用主、被動防護相結(jié)合方式，可以快速經(jīng)濟有效的達到目的。

［1］TB 10027－2001，鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.

［2］湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院.雅瀘高速第18合同段馬羅隧道出口巖堆處治(第二冊)工程地質(zhì)勘察報告［R］.2008.

［3］薛亞東，等.云南水麻高速公路巖堆體邊坡結(jié)構(gòu)特征研究［J］.地下空間與工程學報，2007，3(7):1295－1299.

［4］馮慧民.大關(guān)站巖堆綜合治理［J］.路基工程，2004(1):65－67.

［5］陳如海.青藏鐵路桑利至拉薩段巖堆路基處理措施［J］.甘肅科技，2004，20(4):110 －112.

［6］張 雷，葉 勇，等.格構(gòu)梁預(yù)應(yīng)力錨索加固巖堆體邊坡數(shù)值模擬［J］.工程勘察，2008(5):5－8.

［7］朱要強，李自友.大坪巖堆固結(jié)灌漿效果綜合評價［J］.山西建筑，2008，34(8):6 －7.

［8］高 峰，等.雅瀘高速公路馬羅隧道穿過巖堆體的處置技術(shù)［Z］.科研報告，2011.