■江清慧

(三明市交通建設集團有限公司，三明 365000)

1 前言

近年來，公路行業(yè)迅猛發(fā)展，高速公路建設已成為我國公路建設的主方向。然而，在地形高差較大的地區(qū)建設高速公路，既要克服高差影響，又要滿足高速公路的指標要求， 往往很多隧道受地形條件和路線整體指標的控制和制約，隧道洞口處于地形嚴重偏壓段落，而隧道洞口段多為淺埋段，圍巖級別低，覆蓋層薄，隧道洞口的地質條件及邊坡穩(wěn)定性對隧道施工與運營安全造成不利影響，因此， 合理有效地處置隧道洞口影響范圍內的邊坡穩(wěn)定，在設計與施工中就顯得尤其重要。

本文結合廈門至沙縣高速公路秀村隧道出口段，介紹隧道偏壓洞口段工程地質條件及特征， 通過邊坡穩(wěn)定性分析與評價，綜合考慮邊坡的穩(wěn)定性及隧道進洞安全，提出采用削方減載+預應力框架錨索的方式對隧道影響范圍內邊坡進行處治，有效保障隧道施工與運營安全。

圖1 秀村隧道出口段地形地貌

2 工程地質概況

2.1 地形地貌

廈門至沙縣高速公路秀村隧道受地形及平面線形制約，隧道洞口位于山間凹地(圖1)，隧道洞口地形起伏較大，洞口左側地面橫度約40°左右，洞口左側偏壓嚴重，邊坡最大高度約48m。

2.2 地層巖性

據區(qū)域地質資料、 地質測繪及鉆探揭示的巖土體特征，上覆地層殘坡積土(Q4el+dl)，下為花崗巖風化層(γm3)。

區(qū)內巖體風化現象嚴重， 砂土狀強風化花崗巖遇水易軟化的特性， 尤其局部夾雜的灰白色長石風化物相對隔水， 在地下水的浸泡下容易對該邊坡穩(wěn)定性產生不利影響，繼而對坡腳的隧道出口段產生安全威脅。隧道出洞口段地質斷面見圖2。

圖2 秀村隧道出口地質橫斷面圖

2.3 地質構造

隧道進口區(qū)未見區(qū)域構造，地質構造相對簡單。

2.4 水文地質

邊坡上部自然山坡未發(fā)現地表水系， 僅降雨期間沖溝出現季節(jié)性流水，山坡坡度較緩，地表徑流條件較差，地表水容易下滲補給地下水。

區(qū)內地下水主要有賦存于第四系孔隙水及基巖裂隙水，地下水補給主要為大氣降水，測區(qū)處于山區(qū)，地下水徑流主要沿山坡坡腳排泄。

勘察期間圍巖地下穩(wěn)定水位高于洞頂， 雨季開挖時地下水多呈淋雨狀出水。 風化層較厚， 地質較差，自穩(wěn)能力差，易坍塌，處理不當會出現大坍塌。

3 隧道出口段邊坡設計

3.1 邊坡設計思路

處理路塹高邊坡的常規(guī)做法是按一定坡率正常刷坡，結合實際地質情況，采用預應力框架錨索對路塹邊坡進行加固，確保路塹邊坡穩(wěn)定。但秀村隧道出口位于山體坡腳臺地， 地形偏壓嚴重， 邊坡處治需綜合考慮路塹邊坡的自身穩(wěn)定及隧道掘進的施工安全，因此，隧道偏壓洞口段的邊坡處治需重點考慮以下幾個因素：

(1)山體地層由粗?；◢弾r風化而成的砂性土組成，砂性土本身粘聚力較小， 坡體穩(wěn)定主要依賴土體的內摩擦角， 但本處山體地下水位高， 砂性土在地下水的浸泡下，土體內摩擦角將大幅降低，開挖后坡體自穩(wěn)能力差。

(2)山體覆蓋層厚，公路設計高程之上基本是由坡積、殘積粘性土及砂土狀強風化花崗巖組成的地層， 預應力錨索錨固效果一般，不適宜施加大噸位的預應力。

(3)隧道洞口段位于山體坡腳的坡積臺地，且圍巖自穩(wěn)能力較差，在左側山體偏載作用下，隧道開挖過程可能出現坍塌，進而牽引山體形成山體滑坡。

3.2 邊坡方案設計

綜合考慮以上各種因素，根據實際地形條件、工程地質及水文地質條件， 擬采用消方減載+ 預應力框架錨索的方式進行邊坡處治(圖3)。

圖3 路塹邊坡處治方案橫斷面圖

(1)刷方減載

第一階采用1∶0.5 坡率放坡，邊坡高度15m，通過加高第一階邊坡高度，盡量降低隧道左側仰坡高度；第二階采用1:0.75 坡率放坡，邊坡高度7m；第二階平臺結合改路設置15m 寬大平臺，刷方減載分解高邊坡；第三階、第四階及第五階采用1∶1.25 坡率放坡。

(2)防護工程

第一階采用采用4 排預應力框架錨索進行加固，預應力錨索孔徑φ130mm，4 束鋼絞線， 錨索長度20m，錨索錨固段進入全風化-砂土狀強風化花崗巖不小于12m，錨索設計拉力500kN。

第二階采用采用2 排預應力框架錨索進行加固，預應力錨索孔徑φ130mm，4 束鋼絞線， 錨索長度20m，錨索錨固段進入全風化-砂土狀強風化花崗巖不小于12m，錨索設計拉力500kN。

第三階、第四階及第五階采用1∶1.25 坡率放坡，采用人字型骨架+客土噴播植草防護。

待邊坡坡腳隧道施工完畢后，對隧道洞頂進行回填，回填高度至第一階平臺高度。

(3)排水工程

各級平臺設置必要的平臺硬化及平臺水溝， 其中第一級平臺、第三級平臺、第四級平臺及第五級平臺采用擋水埂式平臺水溝； 第二級平臺結合道路改移采用下沉式平臺水溝；各級平臺采用厚度10cm 的C20 砼全封閉。

3.3 邊坡穩(wěn)定分析

為了驗證處治方案的可行性， 采用Geoslope 邊坡穩(wěn)定分析軟件對邊坡的穩(wěn)定性進行驗算。 計算參數選取詳見表1 所示，計算結果詳見圖4 所示。 根據計算結果，通過處治后的邊坡穩(wěn)定系數達1.27， 邊坡穩(wěn)定系數滿足要求，說明邊坡處治方案是合理有效的，能滿足邊坡穩(wěn)定及隧道施工安全。

表1 邊坡巖土力學指標一覽表

圖4 路塹邊坡穩(wěn)定計算斷面圖

4 施工過程控制

設計方案的落實、設計理念的實現，施工過程控制是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。施工前，設計單位對參建各方進行了現場技術交底。

施工時，施工單位重點做好了以下幾個控制要點：

(1)刷坡減載前，在塹頂設置了排水系統(tǒng)，對地表水進行截留，引入既有排水系統(tǒng)內。 刷坡減載時，采取了開挖一級防護一級的方法進行施工，確保了山體穩(wěn)定。

(2)錨孔施工，現場采用氣動潛孔鉆機進行鉆孔，并用測角量具檢測了鉆機導軌傾角，將其誤差控制在±1，方位誤差控制在±2 內；鉆孔施工時，每鉆進1m 留取渣樣，并與設計地質圖進行復核，孔深比設計孔深超打0.5m。

(3)錨索下料時，現場制作了臺架，為了下料整齊準確， 在臺架上按照每個單元長度(包括張拉工作長度1.5m)采用紅油漆進行標識；下料采用切割機，并對不同單元進行編號和標識；下料完成后，進行承載體組裝，每1m 安裝一個架線環(huán)， 并在錨孔孔口位置安裝一個架線環(huán)；注漿管由架線環(huán)中間穿過，并用扎絲綁扎牢固，注漿管端部深入導向帽10cm，導向帽采用點焊固定在最前端承載板上，并留有溢漿孔，以保證孔底返漿；錨筋體安裝采用人工平順推進。

(4)錨索采用壓漿機進行注漿，注漿采用孔底返漿法，注漿壓力為2.0MPa ，直至孔口溢出新鮮漿液。

(5)因各單元錨索長度不同，張拉前根據設計荷載和錨索長度計算了差異荷載， 并根據計算的差異荷載進行分單元張拉。 張拉時，采取分級進行，先對錨索進行預應力補足差異荷載張拉，補張后分5 級進行施加，即設計荷載的25%，50%，75%，100%和110%， 張拉到最后一級荷載，持荷穩(wěn)定10min 后進行鎖定。在張拉過程中采取了雙項指標控制， 即由張拉力和伸長量來控制。

5 邊坡安全監(jiān)測

本工程采取深部位移監(jiān)測和錨固工程應力監(jiān)測兩種措施進行坡體穩(wěn)定性監(jiān)測， 通過兩種監(jiān)測結果對坡體穩(wěn)定性進行綜合分析判定。

(1)深部位移監(jiān)測。高邊坡在第二階、第四階設置2 個深部位移監(jiān)測孔，根據高邊坡開挖及時進行安全監(jiān)測，深部位移監(jiān)測表明，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，具體監(jiān)測曲線見圖5、圖6，監(jiān)測結果表明，邊坡穩(wěn)定性較好，邊坡加固效果較好。

(2)錨固工程應力監(jiān)測。高邊坡在第一級坡面、第二級坡面各設置錨索應力監(jiān)測點， 高邊坡錨索框架梁施工時安裝應力監(jiān)測計監(jiān)測，根據錨索應力監(jiān)測數據分析表明，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，具體監(jiān)測曲線見圖7、圖8，監(jiān)測結果表明，邊坡穩(wěn)定性較好，邊坡加固效果較好。

圖5 第二階平臺深部位移監(jiān)測孔

圖6 第四階平臺深部位移監(jiān)測孔

圖7 第一級坡面錨索應力監(jiān)測點

圖8 第二級坡面應力監(jiān)測點

6 結語

秀村隧道于2014 年底開工，并于2017 年年底正式通車， 通過對該隧道洞口段路塹邊坡的穩(wěn)定分析及施工過程的追蹤觀察，得出以下幾點結論：

(1)隧道洞口影響區(qū)內的路塹邊坡處治應綜合考慮實際地形、地質、水文條件，使得處治方案合理有效。

(2)邊坡加固后，經過工后的深孔位移監(jiān)測和錨固工程應力監(jiān)測， 坡體穩(wěn)定性較好， 邊坡加固達到預期的目的。

(3)針對隧道偏壓洞口的邊坡處治，削方減載可以有效解決偏壓隧道洞口淺埋段的施工安全， 可為后續(xù)類似工程的設計、施工提供參考。