李斌輝

（中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東濟(jì)南250002）

0 引言

隨著我國(guó)隧道里程的持續(xù)增加，隧道洞口高陡邊坡的穩(wěn)定性成為大多數(shù)隧道工程關(guān)注的焦點(diǎn)。尤其是在我國(guó)西南山區(qū)以及青藏高原東南部的高山峽谷地區(qū)，受到地形條件的限制，高山峽谷地區(qū)公路建設(shè)多以“橋接隧”的設(shè)計(jì)形式出現(xiàn)。但是，隧道洞口邊坡往往由于地質(zhì)的原因，易出現(xiàn)山頂落石、局部垮塌等地災(zāi)現(xiàn)象（圖1）。為了降低施工中洞口邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，提高施工安全性，減少經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)隧道洞口高陡邊坡失穩(wěn)影響因素進(jìn)行科學(xué)分析，并提出有效的加固治理技術(shù)[1]。

圖1 隧道洞口邊坡塌方圖

1 隧道洞口邊坡失穩(wěn)的影響因素

1.1 地層巖性的影響

隧道洞口邊坡所處的地層巖性是隧道洞口邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，是隧道洞口邊坡是否穩(wěn)定的重要評(píng)判因素。因此，保證隧道洞口邊坡穩(wěn)定性的前提是在隧道工程建設(shè)中選擇巖體良好的地層[2]。

在地層巖體研究中，不僅要考慮巖體的性質(zhì)，還要考慮巖體的結(jié)構(gòu)。邊坡巖體結(jié)構(gòu)由內(nèi)部結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體組成。所謂結(jié)構(gòu)面，是指具有一定面積，可通過(guò)延伸或隱伏連續(xù)或連續(xù)破裂的地質(zhì)界面，包括斷層、節(jié)理、層理、片理和密集剪切帶等。根據(jù)有關(guān)研究，巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性與巖體中結(jié)構(gòu)面貫通程度、節(jié)理裂隙的發(fā)育息息相關(guān)，巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)面是巖體與地下水發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)以及物理力學(xué)參數(shù)變化的主要區(qū)域。

1.2 水的影響

大氣降水后，降水滲入邊坡內(nèi)部地層，邊坡巖體內(nèi)部的親水性成分增多，從而導(dǎo)致巖體的物理力學(xué)參數(shù)變差，增大了隧道洞口邊坡失穩(wěn)的可能。

地下水是指邊坡內(nèi)部巖體中的自由水。與大氣降水不同，地下水不與邊坡內(nèi)部巖石發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，所以它相對(duì)穩(wěn)定。但當(dāng)隧道洞口邊坡巖層結(jié)構(gòu)面上存在親水性土層時(shí)，地下水的存在不僅會(huì)影響邊坡內(nèi)部巖體的地應(yīng)力平衡，還會(huì)影響邊坡巖體的強(qiáng)度，導(dǎo)致邊坡的滑坡、崩塌。由于地下水在重力作用下可以沿巖體孔隙移動(dòng)，因此可以通過(guò)鉆孔排水的方法將地下水排出。在工程實(shí)踐中，當(dāng)隧道洞口邊坡開(kāi)挖位置低于地下水位時(shí)，需要采取一定的手段進(jìn)行排水，以減少地下水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。但當(dāng)隧道洞口邊坡位置高于地下水位時(shí)，地下水對(duì)隧道洞口邊坡的影響程度很小，可以忽略不計(jì)。

1.3 工程施工時(shí)間影響

在隧道洞口邊坡穩(wěn)定性分析中，施工持續(xù)的時(shí)間會(huì)在很大程度上影響邊坡內(nèi)部巖體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。隧道洞口處圍巖內(nèi)部應(yīng)力會(huì)隨著隧道洞口的開(kāi)挖發(fā)生應(yīng)力重分布。隨著隧道施工時(shí)間的推移，隧道洞口邊坡圍巖可能隨時(shí)間發(fā)生蠕動(dòng)變形。其中，巖體蠕變是在巖體變形過(guò)程中恒定應(yīng)力隨時(shí)間推移而逐漸增大的現(xiàn)象，對(duì)隧道洞口邊坡穩(wěn)定性影響較大。在隧道的實(shí)際建設(shè)中，邊坡內(nèi)部巖體的蠕變也與溫度和巖體內(nèi)部應(yīng)力有關(guān)。

2 隧道洞口邊坡破壞模式

受到隧道洞口邊坡巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性的影響，常見(jiàn)的隧道洞口高陡邊坡的破壞模式有：平面破壞、楔體破壞。

3 隧道洞口邊坡處置技術(shù)

3.1 注漿

注漿是通過(guò)向邊坡內(nèi)部注入水泥漿液，提高隧道洞口邊坡松散巖石的穩(wěn)定性和抗剪強(qiáng)度的一種加固方法。隧道洞口邊坡的巖石受到自然環(huán)境的作用風(fēng)化較為嚴(yán)重，松散易崩塌。邊坡深部巖體在側(cè)向壓力作用下容易變形，造成滑坡。因此，隧道施工建設(shè)過(guò)程中，為了提高邊坡內(nèi)部巖體的抗剪強(qiáng)度，保證隧道質(zhì)量，宜在隧道洞口邊坡上采用深孔注漿加固。同時(shí)，在對(duì)邊坡進(jìn)行注漿作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)的防水排水措施。

3.2 錨桿錨固技術(shù)

錨桿錨固技術(shù)在邊坡工程、隧道支護(hù)、采礦工程等地下硐室施工中的應(yīng)用非常廣泛。錨桿錨固技術(shù)是指在破碎巖體表面預(yù)先鉆好的孔中，放入金屬或其他材料制成的錨固桿件，利用錨頭、桿體等結(jié)構(gòu)，并結(jié)合混凝土砂漿，將外部破碎巖體與內(nèi)部穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起的一種巖體處理技術(shù)。錨桿錨固技術(shù)通過(guò)提高錨桿桿體的強(qiáng)度，大大改善了巖體的抗拉能力差的問(wèn)題，也提高了巖體間滑動(dòng)層面的摩擦力，對(duì)于節(jié)理裂隙發(fā)育的邊坡具有很好的加固效果。

3.3 錨索框架梁加固技術(shù)

錨索框架梁加固技術(shù)是指將現(xiàn)澆鋼筋混凝土或者漿砌塊石與錨桿或錨索結(jié)合形成的新型邊坡加固技術(shù)。對(duì)于坡度較陡、結(jié)理裂隙發(fā)育、破面松散、有落石頭、小型崩塌風(fēng)險(xiǎn)巖質(zhì)邊坡，可采用錨索框架梁加固技術(shù)進(jìn)行加固。錨索框架梁加固技術(shù)通過(guò)錨索將隧道洞口邊坡下滑力、邊坡巖體松動(dòng)力分散傳遞到邊坡內(nèi)部穩(wěn)定巖體，能夠充分發(fā)揮邊坡內(nèi)部穩(wěn)定巖體的作用。另外，采用錨索框架梁防護(hù)對(duì)隧道洞口邊坡進(jìn)行防護(hù)，可在框架梁之間種植植物使得隧道洞口邊坡景觀得到改善。

3.4 隧道洞口進(jìn)洞段及時(shí)封閉

隧道洞口處圍巖應(yīng)力由于隧道洞口開(kāi)挖發(fā)生重新分布。隨著隧道施工時(shí)間的推移，隧道洞口邊坡可能發(fā)生隨時(shí)間變化的蠕動(dòng)變形。在隧道施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)保證隧道進(jìn)洞段在短時(shí)間內(nèi)封閉，這一點(diǎn)對(duì)隧道洞口邊坡穩(wěn)定性十分重要。在常見(jiàn)的巖質(zhì)隧道中，由于圍巖的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，并且具有一定的自穩(wěn)能力，通常不需要外部結(jié)構(gòu)輔助隧道封閉成環(huán)。但對(duì)于軟弱圍巖隧道洞口段的施工，由于其圍巖等級(jí)較差且圍巖自穩(wěn)能力較弱，必須采取相應(yīng)的進(jìn)洞預(yù)支護(hù)措施。

4 工程實(shí)例

4.1 工程地質(zhì)條件

本文依托某隧道工程，工程地處于青藏高原東南邊緣的高山區(qū)，屬構(gòu)造剝蝕高山峽谷地貌，河流侵蝕堆積地形，僅沿河谷底呈帶狀分布。隧道洞口部分山體為重力變形體呈倒懸狀，圍巖主要由絹云石英千枚巖、含炭質(zhì)千枚巖夾石英脈組成，且該地區(qū)松散堆積層孔隙富水性較強(qiáng)，年平均降雨量較高。對(duì)該隧道洞口邊坡巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查分析，該邊坡為重力變形體，但是保持了較為完整的似層狀結(jié)構(gòu)，片理面清晰，邊坡巖體整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是，該邊坡巖性軟弱，坡面受風(fēng)化剝蝕、地表水沖蝕等因素影響，形成多條溝槽，地表巖體被切割成零散塊狀，地形極為凌亂。在隧道施工擾動(dòng)和降雨入滲的影響下，隧道洞口高陡邊坡極有可能發(fā)生滑坡失穩(wěn)，影響工程進(jìn)度，引發(fā)工程事故。

4.2 工程處治措施

通過(guò)對(duì)該隧道洞口邊坡工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的分析，相關(guān)研究人員討論了隧道洞口的加固治理方案。最終確定了“隧道洞口邊坡綜合處治＋隧道洞口施工技術(shù)的優(yōu)化”設(shè)計(jì)方案。

4.2.1 隧道洞口邊坡綜合處治

通過(guò)對(duì)洞口邊坡進(jìn)行綜合加固處治，基本消除了隧道洞口以及橋隧連接段的安全隱患，大大提高了工程建設(shè)的安全性。對(duì)邊坡的綜合加固主要采取了以下幾種方法：清理邊坡碎石：通過(guò)人工除石的方法對(duì)邊坡上威脅隧道洞口施工、行車安全的坡面松動(dòng)巖石進(jìn)行了清理，針對(duì)開(kāi)裂的山體巖體的節(jié)理發(fā)育情況進(jìn)行了部分清危。掛網(wǎng)噴射混凝土：經(jīng)過(guò)人工對(duì)邊坡表面進(jìn)行清危后，在隧道洞口邊坡坡面上掛網(wǎng)。同時(shí)施作3m短錨桿，噴射C25 混凝土8cm 對(duì)坡面進(jìn)行首次封閉。墊墩錨索：在邊坡表面布置墊墩錨索，墊墩錨索的水平間距4m，垂直間距3m。本工程采用跟管作業(yè)的方法，克服了由于坡面巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎程度大，在鉆孔安裝墊墩錨索過(guò)程中，漏風(fēng)嚴(yán)重，不易成孔的問(wèn)題。掛網(wǎng)復(fù)噴混凝土：在對(duì)邊坡表面施作墊墩錨索后，采用Φ8mm 鋼筋編制網(wǎng)眼間距為20cm×20cm 的鋼筋網(wǎng)，并按2m×2m 間距布置Φ18mm 加強(qiáng)筋，利用掛網(wǎng)錨桿將鋼筋網(wǎng)與加強(qiáng)筋錨固于坡面，并復(fù)噴C25 混凝土8cm 對(duì)坡面進(jìn)行二次封閉。

4.2.2 隧道洞口施工技術(shù)的優(yōu)化

該隧道進(jìn)口段采用CD 法開(kāi)挖。該方法具有施工風(fēng)險(xiǎn)低、施工程序復(fù)雜、施工機(jī)械小型化、工作面穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。但是考慮到隧道洞口邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)原施工方案進(jìn)行分析結(jié)果表明，原施工方案存在一定的不合理性，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，有必要對(duì)原施工工藝進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)隧道洞口施工技術(shù)的優(yōu)化包括以下幾個(gè)方面：優(yōu)化隧道洞口高陡邊坡穩(wěn)定性的相關(guān)參數(shù)；選取超前管棚支護(hù)作為隧道洞口進(jìn)洞預(yù)加固手段；用三臺(tái)階七步法代替原進(jìn)洞段掘進(jìn)方法。

5 結(jié)語(yǔ)

在隧道建設(shè)過(guò)程中，有很大一部分的工程事故發(fā)生在隧道洞口高陡邊坡處。因此，隧道施工建設(shè)過(guò)程中遇到的隧道進(jìn)口邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題以及相關(guān)的加固處治技術(shù)在工程中變得尤為重要。本文針對(duì)影響隧道洞口高陡邊坡高穩(wěn)定性的因素以及加固治理技術(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)隧道洞口高陡邊坡實(shí)行了“隧道洞口邊坡綜合處治＋隧道洞口施工技術(shù)的優(yōu)化”處理，增強(qiáng)了隧道洞口邊坡的穩(wěn)定性，保證了隧道工程的進(jìn)度與施工安全。