高原峡谷区高陡边坡滑塌综合治理技术

2014-05-04肖冰

铁道建筑 2014年10期

肖冰

(中铁二十一局集团第三工程有限公司，陕西咸阳 712000)

1 工程概况

由中铁二十一局集团三公司独立承建的拉萨至日喀则铁路盆因拉隧道全长10 410 m，起讫里程DK134+763—DK145+173，为全线最长单线隧道，也是全线关键控制性工程，于2011年3月正式开工。该隧道进口洞口位于尼木县高山区，地形陡峻，自然边坡45°～60°，出露岩性为闪长岩，坡面基岩裸露，植被稀疏。由于岩体受构造及物理风化作用影响，节理裂隙发育，局部基岩凸起、悬空，危岩落石遍布。

隧道进口段有一V形泥石流沟谷，洞口位于半坡中间，洞口与谷底高差约60 m，边坡顶部与谷底高差约110 m。坡面陡峻，基岩裸露，几乎无植被覆盖，山体表面节理裂隙密布，岩石风化严重，有危岩落石分布。在对洞口施工时，洞顶危岩随时可能滑塌。2012年8月，经建设、设计、监理及施工单位联合现场勘察，决定对该部位进行治理。该地区气候条件恶劣，常年不定时有大风天气，风力最高可达8级。尤其是施工部位处于风口位置，较其它地方风力更大。6月—8月为雨季，天气变化无常。如此高度、如此破碎坡面，加之恶劣的气候条件，给工程施工带来很大困难，因此要采取工程治理措施，防止发生滑塌事故。

2 边坡稳定性分析

隧道进口线路的走向近EW，根据既有隧道进口边坡坍塌现状，结合岩体节理裂隙发育情况，隧道进口边坡的稳定性自沟底至山脊纵向可分为4段进行评价。

2.1 沟底至高程3 769 m(洞口下方残留卵石土上界)附近

该段发育有2～3组节理，岩体多切割成块状、巨块状，岩体完整性好。主节理走向总体为NE向，倾向N，与线路大角度相交，在纵断面中反映为倾向山里的一组节理。自然边坡近似直立，为沟内水流对冲面，岩体新鲜、完整。本段边坡稳定性好，无需防护。

2.2 高程3 769 m附近至隧道基底(高程3 798 m)

该段岩体发育4组节理，其中J2，J4为顺坡向节理，是不利结构面。隧道基底下方是长大节理J3。在桥台开挖后，线路右侧基岩山体较薄，在爆破、机械振动、附加荷载等综合因素的影响下，节理J3易延伸、扩张，导致其上方右侧岩体失稳，同时对桥台、隧道基础的稳定性造成严重威胁。因此，本段坡面岩体在3组不利结构面的共同影响下，对隧道基底、桥台基础均构成严重威胁。

2.3 隧道基底至洞顶凸起基岩上方(高程3 820 m附近)

本段为塌方段落，塌方导致洞顶以上约7 m处(高程3 812 m)为一负地形，其上方岩体凸起、悬空。该塌方体受J1，J2，J4节理面控制，形成一个菱形砌体，在机械扰动作用下坠落。塌方后形成的基岩在自重、雨水、机械扰动等影响下易坠落，为危岩体，对下部的隧道口、桥台施工及已建桥墩的安全造成严重威胁。

2.4 洞顶凸起基岩上方至山脊

本段施工中已采取了主动防护网的处理措施，但受塌方体及对其前端悬空岩体的爆破清除、刷方的影响，原本处于稳定状态的坡面在4组节理面、岩体自重、雨水等的共同作用下，形成新的危石。

3 工程防治措施

为确保施工、运营安全，对盆因拉隧道进口段洞口采取刷坡，设置锚索、防护网等综合防护措施防止隧道洞口附近岩体失稳。对洞口3 769 m高程以上(不含隧道洞身部分)边坡进行加固处理。加固范围及措施如下:

1)洞口以上部分设主动防护网。

2)高程3 769 m～3 848 m范围内，清除坡面危石，并对洞口上方及右侧部分不稳定体进行挖方。

3)边坡设置预应力锚索加固，隧道洞身及桥台外轮廓线以内不布设。

4 施工方案

施工顺序:施工准备→桥墩防护→洞口刷方→搭设支架→锚索施工→主动网防护→现场清理→施工完毕。

4.1 高陡边坡控制爆破

隧道小里程接中铁十二局承建施工的泽朗曲大桥，为两跨连续梁结构，目前已完成主墩墩身及6#段混凝土浇筑。为保证施工安全，除对桥墩进行必要的防护之外，在洞口危石及削坡爆破作业中，采用控制爆破措施。

4.1.1 爆破时应考虑的因素

采用单排浅孔微药量方法进行爆破，既要控制石渣飞溅方向，又要控制爆破威力，使飞溅的石渣远离已施工完成的泽朗曲大桥主墩及梁体。

4.1.2 爆破参数

炮眼方向与隧道线路中心呈30°夹角，布置如图1所示，图中圆圈内数字表示所采用导爆管段位。

图1 爆破平面布置示意

为减小爆破威力，削坡采用多排浅孔爆破方法进行，设计削坡深度为0～10 m。为减小爆破影响，根据实际情况分次进行，每次爆破深度不大于1 m。爆破参数计算结果如下:①炮眼方向垂直于岩面，炮眼间距为0.7 m;②排距为0.7 m;③每循环爆破钻孔6×2个，孔径4.2 cm，孔深1 m;④单孔装药量0.2 kg;⑤每循环计划爆破方量为5 m3。

4.1.3 刷坡露天爆破辅助措施

炮眼打好后起爆前，在爆破点处覆盖钢丝网片以控制爆破时飞溅的石渣，钢丝网网格间距1 cm，覆盖面积5 m×3 m，用φ22锚杆对网片4个角进行固定，锚杆锚固长度1.5 m。

4.1.4 刷坡围岩监控措施

为防止在爆破后对周围岩体产生扰动，造成岩体顺节理面滑塌，在爆破时采取必要监控措施。

对于较大节理，采用在节理两侧岩体绷细绳的方法，当节理有较大形变时，细绳崩断。较小节理采用贴纸条方法，节理有较大变形时，纸条崩裂。此时需停止施工作业，施工人员远离节理位置，并对节理进一步观察，待稳定后再继续施工。

4.2 支架搭设

支架搭设如图2所示。

图2 支架搭设示意

考虑到盆因拉隧道洞口位置较高，经过方案比选后决定采用半坡支架。这种支架搭设优点是不需要从底面开始，从坡面任意位置即可开始搭设。因此，只需要在施工锚索位置搭设支架即可，不但大大节约了材料、人工、时间，而且支架搭设更加灵活、方便，经济效益明显。

支架结构计算考虑的主要荷载:①脚手架自重(恒载);②施工人员、机具、材料重量(恒载);③风力(活载);④钻孔时机器反作用力(活载)。

任取某一层作为施工平台进行计算，经过支架结构计算后，认为使用如下参数，既可满足支架结构稳定性要求，又能满足施工需要。①架管使用内径32 mm，壁厚3.5 mm普通架管。②水平杆间距1.3 m，立杆间距1.0 m。③扫地杆顺坡方向布置，距离坡面30 cm左右，除了与立杆、水平杆使用扣件有效连接，还使用锁脚锚杆对扫地杆进行固定。④锁脚锚杆使用φ22砂浆锚杆垂直于坡面设置，锚固长度2 m，间距2 m左右，保证每个立杆根部都有锁脚锚杆固定。⑤工人作业时，在脚手架上搭设架板作为作业平台，架板选用厚度＞5 cm木板，两端和支架固定牢固。

4.3 锚索施工

1)造孔。清理、平整坡面，清除坡面浮石等，以利于框架梁等与坡面自然契合，由测量人员准确定出孔位，用方向架定出锚索(杆)方向，据之调整钻机位置。钻孔时钻具的斜度与定位器定出的斜度一致，在钻孔过程中经常校正钻孔方向(每5 m一次，用测斜仪校验，误差:倾角 ±0.5°，方位角 ±1°)，钻孔完毕后用高压风清孔。锚孔位放线，各方向允许误差±1 cm。

2)锚索组装。先调直，截取钢绞线，其长度L=L1+L2+L3，其中，L1为钻孔深度(自垫板承压面到孔底)，m;L2为钢绞线伸出垫墩承力面外长度(千斤顶安装张拉所需的预留长度)，取1 500 mm;L3为孔底预留深度，取300 mm。截取钢绞线宜用无齿锯，尽量避免用气割。锚固段钢绞线应做除锈处理，间隔1 m安装扩张环和紧箍环使之成节状，以增强与砂浆体的结合力，锚固段端头装导向尖锥，以利下锚。自由段锚索每1.5 m扎一道铁丝，形成直线形状，自由段采用除锈、防腐、涂黄油、穿套聚乙烯管，最后在锚索端头套上导向帽，制作完毕后按孔号编号挂标签存放。将组装好的锚索抬至孔位处，清孔，将锚索缓缓插入孔底，注浆管与锚索一起装入，管口与孔底要保持15～30 cm的距离。张拉段钢绞线应涂防腐剂。

3)锚索安放。孔内再用高压风清孔一次，然后放入锚索，锚索外套上定位片使锚索居中，应防止锚索扭压、弯曲。注浆管应随锚索一同入孔，注浆管头部距孔底5～10 cm。锚索定位止浆环到达孔口时，停止推送，再检查一遍排气管是否畅通。

4)锚固段注浆:用砂浆搅拌机和注浆泵，采用排气有压注浆，砂浆由孔底注入，空气由锚索孔排出。注浆压力不小于0.6～0.8 MPa。砂浆必须用M40砂浆，中砂过筛，加早强剂，砂浆用搅拌机搅拌均匀，浆液在初凝之前用完，不得混入杂物。注浆到锚固段注满后即停止，砂浆灌注必须饱满密实。

5)锚墩。垫墩采用C30钢筋混凝土预制。锚墩面板的关键是必须保证其上表面与锚索垂直。锚墩制作各方向允许偏差均为±3 cm。先安放好孔口定位钢管，以保证锚墩与锚孔垂直。

6)张拉锚索。在外锚墩垫混凝土、锚孔内灌注砂浆达到70%强度后可进行锚索初张拉。张拉一般分为预张拉、第1次二级张拉、第2次多级张拉、第3次多级张拉。①预张拉的目的是为了将钢绞线由自然状态转入调直、绷紧状态。预张拉应力为控制张拉应力值的5%，一般采用小千斤顶张拉。②第1次张拉应力值为施加预应力的70%，一般分2次逐级进行，每级稳定时间不少于10 min。③第2次张拉在第1次张拉后3～5 d进行，一般分为三级进行，最后一级张拉应超张拉15%。④超张拉完成后，立即用自锁式夹片将锚索锁定于锚具上。锚头部分涂防腐剂再用C30混凝土封锚，保护层厚度不宜小于5 cm。

7)自由段注浆、封口。张拉完成后，通过预留注浆管(管口距原砂浆面30 cm)进行封孔注浆，孔中的空气由设在定位止浆环处的排气管排出，要求孔中注满浆液，然后从锚具起留5 cm钢绞线，用錾截子截去多余部分，锚头部分涂防腐剂再用C30混凝土封锚。

8)在锚固工程施工初期，应进行锚杆、预应力锚索锚固试验。锚索试验数量按工作锚索的3%控制。锚固试验的平均拉拔力不应小于预应力锚索的超张拉力。当平均拉拔力低于此值时，应再按3%的比例补充锚索试验的数量。

4.4 主动防护网施工

主动防护网材料采用GSP2型(钢丝绳+钢丝格栅网)，结构配置为钢丝绳锚杆+支撑绳+缝合绳+钢丝格栅网。

施工方法如下:

1)对坡面防护区域的浮土及浮石进行清除。

2)放线测量确定锚杆孔位(根据地形条件孔间距可有0.3 m的调整量)，并在每一孔位处一定深度凿不小于锚杆外露环套长度的凹坑，一般口径20 cm。

3)按设计深度钻凿锚杆孔并清孔，孔深应比设计长度长5 cm以上，孔径≥49 mm;当受凿岩设备限制时，构成每根锚杆的两股钢丝绳可分别锚入两个孔径≥35 mm的锚孔内，形成人字锚杆，两股钢丝绳间夹角为15°～30°，以达到同样的锚固效果。

4)注浆并插入锚杆(锚杆外露环套顶端不能高出地表，且环套段不能注浆，以确保支撑绳张拉后尽可能紧贴地表)，一般环境下采用M25水泥砂浆。应确保孔内浆液饱满，在进行下一道工序前注浆体养护不少于3 d。

5)安装纵横向张拉绳，张拉紧后两端各用2～4个(张拉绳长度＜15 m时为2个，＞30 m时为4个，其余为3个)绳卡与锚杆外露环套固定连接。

6)从上向下铺挂钢丝格栅，格栅间重叠宽度不小于5 cm，两张钢丝格栅间的缝合以及与张拉绳间用φ1.2铁丝按1 m间距进行扎结。

7)从上向下铺设钢丝绳网并缝合，缝合绳为φ8钢丝绳，每张钢丝绳网均用一根长约30 m(或27 m)的缝合绳与四周支撑绳进行缝合并预张拉，缝合绳两端各用两个绳卡与锚杆外露环套进行固定联结。

8)边坡岩层破碎、松散时，钢丝绳锚杆可加长。

5 施工安全管理措施

在高陡边坡控制爆破施工中:①要注重施工人员自身安全，施工人员要佩戴必需的防护用品;②对周边既有建筑物、设施、线路要进行可靠的防护;③爆破设计要经过精确计算、方案要经过严格审核;④在首次爆破中，应尽量减少炸药使用量，爆破参数在随后爆破过程中动态调整;⑤爆破作业前，对危险区域进行安全警戒;⑥对山体、周围建筑严密监控，随时关注爆破前后变化，制定相应的应对措施。