白登坡隧洞进出口边坡支护设计

刘力鹏

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

1 工程概况

云龙县云华水库工程由枢纽工程和输水工程组成，枢纽工程主要包括拦河坝、溢洪道和输水洞。 输水工程由总干渠和南、北干渠等组成。

白登坡隧洞位于输水工程总干渠渠尾，全长1131.4m，设计纵坡为1/1000，包括进口段、洞身段、出口段。

根据地质勘察成果，白登坡隧洞进口上游左岸存在一古滑坡体（HP3），滑坡体顺滑向长度大于100m，宽度20～50m， 边坡坡角约15°～35°， 估测滑面深度3～10m，边坡较缓，目前处于基本稳定状态，未发现周围有导致滑坡复活的因素。 白登坡隧洞进口段为土岩双层结构，上部为含碎石黏土，厚度6～10m；下部为全风化泥岩，建议开挖边坡：含碎石黏土、全风化泥岩1∶1.25～1∶1.5； 地下水位埋深约2m， 开挖最大深度约13m。 白登坡隧洞出口段亦为土岩双层结构，上部为含碎石黏土，厚度3～5m；下部为强风化泥岩，建议开挖边坡：含碎石黏土1∶1.25～1∶1.5，强风化泥岩1∶1.0～1∶1.25；地下水位埋深约2m，开挖最大深度约11m。

2 开挖设计方案

根据《云南省云龙县云华水库工程初步设计报告》， 输水工程及渠系建筑物级别为5 级。 根据SL386—2007《水利水电工程边坡设计规范》，白登坡隧洞进出口开挖边坡影响输水干渠安全， 边坡失稳后果较严重，其边坡级别确定为5级边坡。

2.1 隧洞进口开挖

根据地质勘察成果， 白登坡隧洞进口开挖为深挖方段，地面以下10m深度内多为含碎石黏土，其下岩石较破碎，围岩为极不稳定的V类围岩区。 进口隧洞围岩多为侏罗系坝注路组（J3b）全风化泥岩，棕红色，硬黏土状，可见地下水。开挖过程中洞顶、洞壁容易发生塌方和掉块，围岩极不稳定。

根据SL386—2007《水利水电工程边坡设计规范》中“土质边坡马道间的高度为5～10m，马道间开挖坡度可陡于1∶0.5”，结合进口山体自然边坡1∶1.5及进口段涵洞和隧洞结构、高程数据确定：进口开挖高度约14m，进口洞脸高4.9m （一级马道）， 洞脸洞顶以下垂直开挖， 洞顶以上马道间的高度为6m， 开挖边坡1∶1.5，其中，一级马道以下边坡为临时边坡，以上为永久边坡。洞脸上游左岸因存在古滑坡体，为避免开挖较大影响其稳定，确定一级马道以下临时开挖边坡1∶1，一级马道以上开挖边坡左岸为1∶1.25，右岸为1∶1.5，马道宽1.5m。

2.2 隧洞出口开挖

根据地质勘察成果，白登坡隧洞出口开挖亦为深挖方段，地面以下5m深度内多为含碎石黏土，其下强风化泥岩岩石较破碎，围岩为极不稳定的V类围岩区。

根据出口山体自然边坡1∶1.25及出口段涵洞和隧洞结构、高程数据确定：出口开挖高度约13m，出口洞脸高6m（一级马道），洞脸洞顶以下垂直开挖，洞顶以上马道间的高度为6m，开挖边坡1∶1.25，马道宽1.5m。

3 支护设计方案

为保障进出口安全成洞，开挖时需支护紧跟或超前支护。 同时考虑山体雨水冲刷破坏，永久边坡需进行坡面防护。 岩质边坡支护措施主要有挂网喷播客土、喷混凝土或纤维混凝土、挂网喷混凝土等；土质边坡支护措施主要有挂网喷播客土、 挂网喷混凝土、锚杆、土钉、抗滑桩、挡土墙、砌石护砌、人工植被等。

根据上游云华水库边坡开挖过程中， 植被破坏后，边坡坍塌后采用挂网喷混凝土和锚杆、土钉支护进行处理，处理结果较好。白登坡隧洞进出口边坡开挖支护措施亦采用挂网喷混凝土进行坡面防护，采用锚杆、土钉进行边坡支护。

3.1 洞脸支护设计

隧洞进出口开挖进洞前， 需对洞脸及其上游边坡进行支护。

3.1.1 隧洞进口

①洞脸锁口支护：土钉长4.18m，钻孔直径10cm，钢筋直径22mm， 间距1.5×0.75m， 呈梅花形布置，喷C25混凝土厚10cm，居中布置6@150钢筋网，沿隧洞顶拱设计开挖轮廓线外侧60，80，100cm处设3排超前注浆小导管，长6m；②沿隧洞顶拱设计开挖轮廓线外侧15cm处设1排超前注浆小导管，长6m，小导管尾端焊接6加劲箍；③临时格栅钢架混凝土护拱支护：在洞脸上游设临时格栅钢架混凝土护拱，混凝土结构，长2.26m，厚30cm，强度等级为C25，护拱内设格栅钢架，与小导管尾端焊接成一体，护拱混凝土达到设计强度75%后，方可开挖进洞；④洞脸上游两侧边坡支护：喷C25混凝土面层厚10cm，开挖后可根据实际地质条件，增设钢筋网和土钉支护。

3.1.2 隧洞出口

①洞脸锁口支护：土钉长4.18m，钻孔直径10cm，钢筋直径22mm， 间距1.5×0.75m， 呈梅花形布置，喷C25混凝土厚10cm，挂6@150钢筋网；②临时格栅钢架混凝土护拱支护：结构与进口相同，开挖后根据实际地质情况判断是否增加临时格栅钢架混凝土护拱支护；③洞脸下游两侧边坡支护：土钉长4.18m，矩形布置，间距2 m×1.5m，喷C25混凝土面层厚12cm，居中布置6@150钢筋网，设水平和竖向加强筋。

图1 隧洞进口支护示意图

图2 隧洞出口支护示意图

3.2 洞脸顶以上边坡支护

根据边坡支护位置的不同，边坡支护分为马道、边坡和开挖轮廓线锁口3个区。

（1）区马道支护：土钉长2.25m，钻孔直径10cm，钢筋直径22mm，间距2m，垂直平台布设，开挖面喷C25混凝土面层厚12cm，居中布置6@150钢筋网。

（2）区边坡支护：土钉长6.18m，钻孔直径10cm，钢筋直径22mm，间距2m×2m，呈矩形布置，喷C25混凝土面层厚12cm，居中布置6@150钢筋网。

（3）区开挖轮廓线锁口区支护：土钉长4.18m，垂直坡面，第一排土钉距开挖轮廓线1.5m，顺锁口方向间距2.0m，垂直锁口方向间距1.5m，坡顶垂直锁口方向间距1.0m，开挖轮廓线与截水沟之间地面喷C25混凝土面层厚12cm，居中布置 6@150钢筋网，顺锁口方向设通长加强筋，垂直锁口方向设短加强筋。

图3 边坡支护示意图

4 排水设计方案

根据地质勘察成果， 白登坡隧洞进出口地下水位埋深约2m，进出口隧洞穿越岩层均具中等透水性。为保证边坡安全，边坡设排水系统。排水系统由坡外截水沟、马道排水沟和边坡排水花管组成。边坡开挖上口线外雨水由截水沟排至边坡以外渠道或山谷沟；边坡坡面雨水通过坡面衬砌排至马道排水沟，边坡岩土体地下水通过排水花管排至马道排水沟，再由马道排水沟排至坡外截水沟， 最后由截水沟排至边坡以外渠道或山谷沟，形成一个闭合的排水系统。

（1）坡外截水沟为浆砌石结构，底宽0.5m，边坡1∶0.5，浆砌石厚0.3m，采用M10水泥砂浆砌筑，M12.5水泥砂浆勾平缝。

（2）马道排水沟为预制混凝土结构，净尺寸（宽×深）为0.3m×0.2m，每节长0.3m，缝宽2cm，填缝材料为聚乙烯闭孔泡沫板，混凝土等级C25。

（3） 边坡竖向和底部横向排水花管为 80mm PVC-U管，竖向排水花管间距4m，其上连接上倾角5°排水花管60mm PVC-U管，入土0.5m， 60mm排水花管竖向间距2m，管外均包裹300g/m2土工布。

5 安全监测设计方案

由于在边坡开挖过程中，地应力释放，影响边坡安全，且考虑进口上游左岸存在古滑坡体，运行期间可能存在边坡变形，需设置安全监测设施。根据边坡等级为5级边坡，确定本工程边坡监测项目为表面位移变形监测，包括边坡表面的水平和垂直位移。

根据设计开挖方案， 在边坡坡脚以外总干渠渠边交通路侧布设3个工作基点，分别在马道区、锁口区及开挖轮廓线外布设监测测点， 工作基点和监测测点组成3个监测断面。

表面水平位移监测宜采用视准线法、交会法；表面垂直位移监测宜采用精密水准法、三角高程法。采用三角高程法时，宜与边角网结合组成三维网。

6 结语

通过工程实例， 对该工程的特点、 边坡支护设计、排水设计和监测设计进行详细的阐述，提出隧洞进出口边坡设计中的几点注意事项：

（1）详细的地质勘测资料是保证工程设计方案合理的关键，设计阶段是控制工程功能和施工安全的重要环节，因此，必须重视和加强前期设计的质量管理。

（2）若在破碎、易失稳的不良地层中进行开挖施工，应从设计角度减少工程安全隐患，提前预判、增设安全措施。 本工程中在洞脸上游设临时格栅钢架混凝土护拱，进一步增加了进洞施工人员的安全，对开挖边坡失稳、坍塌等应急时刻，增加进洞施工人员撤离的安全度。