張勇

摘 要：該文以重丘高速鐵路隧道為例，簡要闡述了隧道洞口邊仰坡防護施工方面的應用。針對鐵路隧道洞口邊仰坡防護形式多樣，根據(jù)不同地質(zhì)條件、環(huán)境等因素，因地制宜，選擇在山嶺重丘高速鐵路隧道洞口邊仰坡采取柔性防護措施。結果表明，所采用的措施及相關參數(shù)的合理，保證了隧道洞口邊仰坡防護經(jīng)濟、合理、安全、環(huán)保。

關鍵詞：隧道 洞口邊仰坡防護 施工應用與探討

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（b）-0027-03

新建西安至成都鐵路線路長509.312 km，為西南（川渝）地區(qū)北通路的快速客運通道，是我國高速鐵路網(wǎng)的重要組成部分。其中西安至江油段（陜西境內(nèi)）站前工程XCZQ-2標線路全長34.301 km，起訖里程樁號DgK56+156～DgK90+457，該工程橋隧相連，有隧道5.5座共33.755 5 km、橋梁5座0.665 48 km，隧線比98.4%。路線起于秦嶺北麓低中山區(qū)，地形總體趨勢北陡南緩，隧道洞口地形地貌復雜，施工條件差，受線位限制，洞口基本位于陡坡或山崖，山坡巖石裸露，覆蓋層薄，主要為花崗巖、閃長巖，山坡巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育，強-弱風化，硬質(zhì)巖且整體穩(wěn)定，坡面巖石松動，有滾石和剝落碎石。為了隧道貫徹“早進晚出”的原則，確保施工安全和隧道結構穩(wěn)定，建設綠色環(huán)保工程，必須對洞口邊仰坡采取有效的防護措施。

1 鐵路隧道洞口邊仰坡防護及適用條件分析

1.1 傳統(tǒng)防護形式

鐵路隧道邊仰坡防護措施一般有：骨架護坡、噴錨網(wǎng)、噴混植生、框架錨桿、框架錨索、樁板墻、柔性防護等。

骨架護坡防護：邊仰坡圬工骨架內(nèi)種植草皮。主要適用于穩(wěn)定邊仰坡（坡率為1∶1.25，1∶1.5，1∶1.75），且地質(zhì)為土質(zhì)地段，永久邊仰坡高度小于6 m。

噴混植生防護主要適用于巖質(zhì)邊仰坡（W1、W2）地段，植被無法生長，邊仰坡為永久邊仰坡，坡率為1∶0.75～1∶1。將種植土、有機質(zhì)復合肥、接合劑、保水劑等與植物種子形成混合植生基材，噴射于坡面上，靠自然降水能正常生長發(fā)育，以達到石質(zhì)路塹邊仰坡綠化的目的。

噴錨網(wǎng)防護主要適用于巖性較差、強度較低、易于風化的巖石路塹邊仰坡；雖為堅硬巖層，但風化嚴重、節(jié)理發(fā)育、易受自然應力影響、導致大面積碎落以及局部小型崩塌、落石的巖質(zhì)邊仰坡；隧道洞口W3、W4地層臨時邊仰坡地段（明洞回填線以下）。錨桿、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝共同作用增強邊仰坡的整體穩(wěn)定性。

框架錨桿防護主要適用于土質(zhì)路塹邊仰坡和巖體破碎、風化嚴重、結構面發(fā)育的巖質(zhì)路塹高邊仰坡的坡面防護工程。由框架梁和錨桿組成，框架內(nèi)一般采用基材客土植生綠色防護。邊仰坡巖石破碎、節(jié)理、裂隙發(fā)育時鉆孔卡鉆、塌孔現(xiàn)象頻繁，鉆進難度大。

框架錨索主要適用于構造發(fā)育的巖質(zhì)路塹高邊仰坡、順層及滑坡地段、軟硬質(zhì)巖層路塹高邊仰坡地段等邊仰坡加固工程。由預應力錨索、框架梁共同作用來進行邊仰坡加固。如遇地質(zhì)圍巖破碎或節(jié)理、裂隙發(fā)育易坍孔或卡鉆如清涼山隧道出洞口邊仰坡錨索+十字板加固。

抗滑樁主要適用于開挖邊仰坡較高，且地層為土質(zhì)、軟巖或存在順層的淺層和中厚層滑坡，有時與框架錨索配合使用，是穿過滑坡體深入于滑床的樁柱，用以支擋滑體的滑動力，起穩(wěn)定邊仰坡的作用。為控制邊仰坡高度，保證施工安全設置。

防護措施的不同應與地質(zhì)條件相適應。以上防護不同程度存在洞口刷坡，刷方量大，對洞口邊仰坡體擾動和破壞洞口綠色環(huán)境。且有些洞口較陡邊仰坡不宜刷坡，懸崖、陡坡施工難度也較大，往往在施工中需搭設腳手架、滑道等輔助施工措施進行施工，同時需要較長施工時間，投入較大，進展慢，安全風險相對高。

1.2 柔性防護形式

柔性防護系統(tǒng)是瑞士布魯克集團1956年研制成功并投入使用，1995年該技術引入中國，已成功地應用于國內(nèi)多座鐵路、公路、水電站、礦山和市政工程邊仰坡，解決了傳統(tǒng)防治措施難以解決的難題。能滿足邊仰坡防治新技術的基本要求，同時將工程對環(huán)境的影響降到最低點，適用于復雜的地形地貌。

柔性防護網(wǎng)按其結構形式、防護功能和作用方式的不同分為主動防護和被動防護兩類，根據(jù)不同的工程水文、地質(zhì)條件及巖土工程特征、周圍環(huán)境、支護結構安全等選用。其使用壽命前者一般可達30～50年，后者可達上百年，因超載而發(fā)生破壞時，一般僅需要更換或修復少量部件即可。

被動防護網(wǎng)是以鋼絲繩網(wǎng)為主的柵欄式柔性攔石網(wǎng)設置于斜坡上相應位置，用于攔截斜坡面巖面崩塌、滾落、爆破飛石等危害，以避免其破壞保護的對象，因此，有時也稱為攔石網(wǎng)。適用于建筑設施旁有緩沖地帶高山峻嶺的大塊落石安全防護。由鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)（需攔截小塊落石時附加1 層鐵絲格柵）、固定系統(tǒng)（錨桿、拉錨繩、基座和支撐繩）、減壓環(huán)和鋼柱4個主要部分構成柔性結構。當落石沖擊攔石網(wǎng)時，所產(chǎn)生的負荷先通過網(wǎng)的緩沖得以部分消散，而網(wǎng)片在受沖擊發(fā)生位移變形時將拉動整個系統(tǒng)參與受力，一部分荷載在該跨度內(nèi)通過縫合繩、支撐繩向鋼柱、拉錨繩進行傳遞和消減，另一部分荷載通過防護網(wǎng)向兩側相鄰的結構逐次傳遞，從而調(diào)動其他跨度消能結構共同參與受力，并最終將全部剩余荷載傳到穩(wěn)定地層，達到防護目的。其防護功能一般為150～2 000 kJ，特殊設計防能高達5 000 kJ。常用的有RX、RXI、AX、AXI、CX、CXI系列型號。

主動防護是以鋼絲繩網(wǎng)為主的各類柔性網(wǎng)覆蓋或包裹在需要的斜坡或巖石上，以限制坡面巖土體的風化剝落或破壞以及危石崩塌（加固作用），或者將落石控制于一定范圍內(nèi)運動（圍護作用）。這種方式常用于邊仰坡面崩塌、危石、落石、風化剝落等地質(zhì)邊仰坡類加固防護。由支撐繩、錨桿、鋼絲繩網(wǎng)、縫合繩等構成柔性防護結構，將危石與母體連成一體，形成整體受力，立體防護。常用的有GAR、GPS、CER、GTC系列型號。

2 柔性防護在隧道洞口邊仰坡中的應用

西成客專XCZQ-2標屬典型的隧道建筑群，根據(jù)洞口的地質(zhì)特征、地形地貌、周邊環(huán)境等特點，為不刷坡或小刷坡進洞施工，保護邊仰坡和洞口自然環(huán)境不被破壞，防止邊仰坡面滾石和對坡面加固，結合新穎的柔性防護系統(tǒng)技術與理念，清涼山、紙坊1#、紙坊2#、大莊坪、秦嶺隧道等15個洞口高邊坡設計采用了RXI-075被動、GPS2主動防護，防護面積分別為6 525 m2、3 222 m2，被動防護按2道或1道設置。

為高效安全地完成施工，施工中安排了4個作業(yè)班組，單口作業(yè)面平均需7～10 d，難度最大的清涼山出口被動防護網(wǎng)施工15 d，18個工作面45 d內(nèi)相繼完成。施工主要投入有如下方面。

施工人員單洞口作業(yè)面8人，共投入32人；機具、設備單洞口內(nèi)燃空壓機1臺、YT28手持風鉆2臺、注漿泵1臺、電焊機1臺、搗固棒1臺，以及1臺20 kW柴油發(fā)電機自發(fā)電施工。

經(jīng)工程實踐，隧道洞口坡體未破壞與未改變坡面原有地貌形態(tài)和坡面植被與植被生長條件，為綠色植物在其開放的空間自由生長，從而抑制坡面破壞和水土流失，保持了洞口自然綠色環(huán)境，滿足了建設綠色通道高速鐵路要求。同時保護了邊坡穩(wěn)定，防護加固效果明顯，并比預計提前2～3個月安全進洞施工，大大縮短了洞口處理時間，勞動力、機具設備、資金投入少，經(jīng)估算比傳統(tǒng)防護節(jié)約投資可達550萬元以上。柔性防護在該工程中應用取得較好效果，實現(xiàn)了洞口最佳邊仰坡防護和環(huán)境保護目的。

施工技術要求有以下幾點。

（1）由于山高坡陡，作業(yè)條件差，施工安全尤為重要。作業(yè)人員需佩戴好安全防護用品，拴好安全繩；雷雨天、大風環(huán)境不得作業(yè)；施工前應清除坡面危石，以防落石傷害。

（2）被動防護網(wǎng)錨桿和鋼柱基礎是影響防護效果的關鍵。施工中須按照設計圖紙要求認真施作，錨桿錨固深度視地質(zhì)情況可適當加深，嚴格注漿錨固，并將地腳螺栓錨桿與基座連接鋼板焊接牢固；巖質(zhì)混凝土基礎表面風化、松動部分用風鎬鑿出新鮮巖面并保持平整，基礎斷面不小于長0.8 m×寬0.6 m×深1 m，土質(zhì)混凝土基礎應清除表層覆蓋層或松土，基礎斷面不小于長3 m×寬2.5 m×深0.5 m，當覆蓋層小于混凝土基層深度時，覆蓋層部分可用混凝土置換，下部直接鉆錨桿孔，形成符合基礎；混凝土基礎應避開天溝位置，鋼柱基礎長軸方向與該基礎中心和其左右基礎中心連線夾角的平分線方向一致；鋼柱基礎外露超過30 cm時，需采用C35鋼筋混凝土（鋼筋Ф16），地面以下埋入式為C30混凝土；安裝鋼柱時，用上拉繩調(diào)整鋼柱角度（與坡面80°～100°），鋼柱傾角誤差控制在±5°，不滿足時重新調(diào)整或增設下拉錨繩。

（3）主洞防護網(wǎng)錨桿需根據(jù)網(wǎng)格大小進行設置，現(xiàn)場坡面起伏較大時可加密設置，便于鋼絲繩（網(wǎng)）貼近巖面覆蓋或包裹；鋼絲繩網(wǎng)（外網(wǎng)）搭接不小于10 cm，其搭接處應牢固固定，每個環(huán)應與周邊4個環(huán)相扣，并作防腐處理；格柵網(wǎng)（內(nèi)網(wǎng)）搭接不小于5 cm；支撐繩與或縫合繩末端用3個繩卡卡扣牢固；十字口、鋼絲繩交叉點處的抗錯動拉力不小于5 kN，抗脫落拉力不小于10 kN；支撐繩與錨桿相聯(lián)接并進行張拉，每張網(wǎng)與四周支撐繩縫合聯(lián)接并拉緊，該項張拉工藝能使系統(tǒng)對坡面施以一定的法向預緊壓力，在外網(wǎng)下鋪設內(nèi)網(wǎng)，從而提高表層巖土的穩(wěn)定性，防止小尺寸巖塊塌落，阻止崩塌落石的發(fā)生。

（4）防護網(wǎng)應分批次進行落石沖擊試驗，并出具正式試驗報告，以確保其質(zhì)量和工程安全。

（5）對于仰角大于45°的陡坡，利用鋼繩結合現(xiàn)場地形條件，搭設簡易索道運送工器具、材料。

3 防護網(wǎng)網(wǎng)型探討

根據(jù)意大利博洛尼亞大學對雙絞六邊形網(wǎng)和單絞格柵網(wǎng)進行的一系列對比試驗研究，包括事先無損害的試驗模型和事先剪斷一根鋼絲的試驗模型，試驗模型盡可能的模擬了主動防護網(wǎng)完工后的情況，抗拉試驗結果表明如下。

（1）以導致鋼絲斷裂的拉力作為格柵網(wǎng)的極限抗拉強度，雙絞網(wǎng)的極限抗拉強度是單絞網(wǎng)的2倍多。

（2）不論試驗模型事先是否有鋼絲破斷，雙絞網(wǎng)的拉力試驗結果變化不大，而兩種試驗條件下單絞網(wǎng)的試驗結果有明顯區(qū)別，事先有鋼絲破斷的情況下，抗拉強度明顯降低。

環(huán)形網(wǎng)采用雙絞六邊形網(wǎng)，其技術優(yōu)勢，與單絞的編制方式相比較，雙絞的編制方式在一根鋼絲突然斷裂時節(jié)點位置可以避免格柵網(wǎng)散開，其抵抗力更高，使用壽命更長，尤其是在主動防護系統(tǒng)中，雙絞六邊形網(wǎng)可更有效地避免落石突然掉落，減少落石危害。因此，雙絞六邊形網(wǎng)在今后的邊坡柔性防護應用中值得推廣。

4 采用柔性防護的優(yōu)越性

與傳統(tǒng)圬工防護相比，柔性防護具有以下優(yōu)越性。

（1）安全、可靠，能有效防止洞口邊仰坡落石和邊仰坡加固作用，保證施工及運營安全。

（2）減少了洞口邊仰坡開挖，避免對坡體擾動和環(huán)境的破壞，確保了洞口坡體穩(wěn)定，有利環(huán)保。

（3）系統(tǒng)的開放性，地下水可以自由排泄，避免了由于地下水壓力升高而引起邊仰坡失穩(wěn)問題，同時其開放特征，也為今后實施人工坡面綠化保留了必要的條件。

（4）部件輕型化、生產(chǎn)工廠化和積木式部件安裝，簡單的機具、較短的工期和很少的勞動力即可實現(xiàn)施工安裝和維護，加快了洞口防護施工進度，可滿足快速進洞的要求，對工期有利。

（5）節(jié)約工程投資，降低了施工成本。

（6）現(xiàn)場施工布置靈活，工藝簡單易操作。

（7）對先進材料、先進技術的應用起到積極推廣作用。

5 幾點體會和建議

（1）在高陡邊仰坡條件下和坡體表面松動巖石較多的地段，建議對高陡坡增加防護道數(shù)，至少設置2道被動防護，以做安全儲備。

（2）洞口土質(zhì)較厚的邊仰坡時，對防護網(wǎng)錨桿的錨固不利，從而影響防護效果，個人認為仍然考慮傳統(tǒng)方式防護相對安全。

（3）對洞口陡坡既有滾石，又有風化剝落、碎落的仰坡，建議采取主、被動相結合防護措施。

（4）對植被差、基巖出露洞口邊仰坡，建議在洞頂回填后種植綠色爬藤植物，以利改善洞口生態(tài)、環(huán)境。

6 結語

在實際的施工與設計過程中，應根據(jù)具體工程的水文、地質(zhì)條件、巖土特征及環(huán)境等，有針對性的進行洞口邊仰坡防護，以保證隧道洞口邊仰坡防護經(jīng)濟、合理、安全、環(huán)保。

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