浅析残坡积土、岩溶、偏压隧道洞口处理技术

摘  要：莲花山隧道进口边仰坡较陡且偏压，坡面低层为松散堆积土，地质条件复杂，开挖洞口施工中如遇雨水容易发生溜塌，施工运营存在安全隐患，隧道基础下部为灰岩及岩溶;通过锚杆注浆加固，锚索框架措施进行固结加固，采用明洞反压回填及双排抗滑桩加固措施消除偏压影响同时采用双侧壁进洞工艺保证了进洞安全;通过对明洞进行延长、基底采用桩基加固措施、边仰坡采用张口式帘式防护网措施，保证了运营安全。

关键词：偏压;残积土;岩溶;反压回填;抗滑桩;锚杆注浆

中圖分类号：U452  文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）03-0000-00

0引言

南龙铁路位于福建省中北部的南平、三明市和龙岩市境内，新建正线长度246.546km（右线绕行2处7.786km）。莲花山隧道位于三明三元区境内，隧道全长2927m，隧道进出口有简易土路通往附近的村庄，交通较不便利[1]。

1工程概况

莲花山隧道位于三明市三元区和梅列区境内，原设计起讫里程为DK87+238～DK90+165，全长2927m，设计为双线隧道，设计时速为200km/h。隧道进口至洞身DK88+050段设计坡度为3.8‰的上坡，洞身DK88+050至出口段设计坡度为3‰的下坡。隧道最大埋深273m，该隧道所处发育3条断层带，1处为节理较密集带，断层带内围岩胶结比较差，导水性及富水性好，极易引起涌水、涌泥等地质灾害。

隧道进出口进洞均为Ⅴ级围岩，开挖方法均为双侧壁导坑发;进口洞门采用单压式洞门[2]。

2施工方案

2.1总体加固措施

莲花山隧道进口仰坡防护原设计为对DK87+248～+259段进行地表砂浆锚杆加固，以改善围岩物理力学性能。加固宽度为隧道中线左右两侧外15m。洞口左侧边坡设置3根锚固桩，低山侧采用反压回填采用反压回填提前进洞，右侧边坡设置2根锚固桩，桩长均为24 m，锚固桩截面2.25 m×2.5 m。

根据调查，洞口上方边坡风化严重，围岩破碎，极不稳定，对边坡进行喷锚网支护后，仍有遛塌现象，根据实际情况，此处变更增加边坡防护，主要措施如下：

（1）DK87+233～+260段洞口高山侧截水天沟范围内的陡坎采用框架锚索进行防护，锚索孔径130mm，锚索采用3根公称直径15.24mm钢绞线制作，孔内灌注M40水泥砂浆，锚索张拉力为150KN。

（2）DK87+233～+238段隧道中线左侧7.5m～16.5m范围、DK87+238～+260段隧道中线左右两侧各15m范围，采用直径50mm钢花管对松散堆积体进行注浆加固处理，加固深度为地表至强风化岩石面以下不小于2m（隧道开挖范围内为地表至隧道开挖轮廓线），钢花管间距1.5m×1.5m，梅花形布置，注浆浆液采用1：1水泥浆液，注浆前采用10cm厚C25网喷混凝土（钢筋网，¢6，网格20cm×20cm）对地表松散体进行封闭。

（3）隧道洞口左侧边坡设置3根锚固桩，低山侧采用反压回填提前进洞，右侧边坡设置5根锚固桩。桩长为24m，锚固桩截面均为2.25m×2.5m，桩中心间距5.0m。

（4）隧道明洞段采用化学改良土回填（掺入3%水泥），采用小型机械夯填，层厚不得大于0.2m。

（5）为保证端墙稳定，锚固桩与端墙采用^22钢筋连接，共设置两排，锚入端墙和锚固桩均不小于0.5m，间距0.3m。

（6）明洞延长5m，采用筏板基础，针对溶洞情况，筏板下采用7根钻孔桩基础加固，Ф1.25m间距4.6m梅花型布置，桩长21m，穿过岩溶区，进入基岩;DK87+233.24～+264段隧道仰拱下采用Ф50钢花管对仰拱下岩溶进行注浆加固处理，加固深度至弱风化灰岩面以下不小于1m，钢管纵向间距1.5m，钢管孔口横向间距为0.675m，孔底横向间距为3m;注浆浆液采用1：1水泥浆液;注浆压力2～3MPa（可根据现场注浆试验确定，注浆压力应能确保注浆加固效果），岩溶填充物填充系数按5%考虑。

（7）结合地形情况，桩顶及墙顶设张口式帘式拦石网，坡面设置张口型帘式防护网，防护等级为3000kJ。结构配置：钢柱+支撑绳+拉锚+减压环+环形网+双绞六边形网，具体防护位置见横断面设计图。陡壁上部有危石来源区采用张口型帘式网防护，帘式网坡脚顺接原设计桩板式拦石墙[4]。

2.2施工现场准备

（1）组织复测地形，土体、水体采样检测;征拆、修建便道、场地规划整理等;

（2）布设洞顶沉降观测基点。

（3）人员进场培训，针对风险源、质量通病、工序要求做针对性性培训。

（4）材料进场验收，设备进场检查调试。

2.3施工工序

隧道开挖进洞施工工序：截水天沟施工→地表注浆加固处理→洞口陡坎范围内的框架锚索施工→锚固桩施工（含桥台防护锚固桩）→护拱施工→导向墙及管棚施工→洞口明洞及洞门施工（含回填）→反压回填施工→暗洞施工→帘式防护网施工。

3坡积土固结及锁定

3.1坡面整理及设置封闭层

清理坡面植被，施工截水天沟，整个坡面分为四个台阶，采用C25砼封闭（采用喷射砼）并增设锚杆固定，防止注浆时地表隆起。

喷射作业应分段、分片由下而上顺序进行，每段长度不宜超过5m～8m，喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护。

锚杆施工：钢筋网挂设时，应与地面有3～5cm的距离，钢筋网焊接于锚杆上;钻孔时孔要与坡面大致垂直，孔内砂浆要饱满

3.2 地表注浆固结坡积土

采用传统注浆固结技术，对坡积土土体进行改良，提高其力学性能，为下一步锚杆框架工艺对土体锁定提供条件

施工操作要领

（1）在配置浆液时，根据吸浆量调整浆液浓度。

（2）注浆顺序用从周边向中间经行。

（3）根据坡积土较松散，孔隙率较大，吸浆量较大的特点，采用分段后退式注浆。

（4）注浆过程中要对泵压及泵量变化进行记录，根据注浆标准要求进行终孔。

（5）压浆施工中出现周边地表冒浆、孔内漏浆及灌浆因故中断等现象，根据具体情况采用间歇注浆、调整浆液浓度、掺加粉煤灰等技术措施进行处理，必要时从新钻孔注浆。

4 锚索框架施工锁定坡积土

地表注浆完毕后，将设计锚杆框架加固范围边坡开挖至设计坡度，施做预应力锚索。

锚索框架梁格可以用于改变边坡滑坡状态，这种物理结构不同于传统的被动力传导模式，可以利用框架梁格结构实现边坡由于不均匀受力或者高差受力带来的压力转移，也就是将边坡外推动力传导到滑坡稳定围岩部分，通过力的传导来降低边坡变形坍塌的风险。

进行锚头布局时，需要选择合适的布局点。一般来说，可以将锚头布局在框架梁格横梁及纵梁的交叉点上。一般锚头布局可以遵循以下原则：（1）框架梁锚索间距3m×3m，纵梁厚度d=0.5m，宽度0.6m，横梁尺寸0.4×0.4m，交叉点设置0.3×0.3m连接角，上下设置镶边。（2）纵梁及横梁采用C30钢筋混凝土，纵梁上下设置M7.5浆砌片石平台，每隔5d设置坡面吊钩一条，上面连接坡顶镶边，下部连接平台截水沟。

进行钻孔施工时，需要确保钻头钻进过程中不会引发二次滑坡现象。水冲钻钻进时冲击力会变化不连续，容易出现突变现象，同时冲击力一般较大，往往会造成不稳定边坡出现滑坡现象，最终影响到结构稳定性。风动能钻头冲击力较小且连续变化，因此经常被用于不稳定边坡钻孔施工过程中，采用风动能钻头钻孔时，需要结合当地的工程地质条件和岩土黏结参数确定钻头冲击力。同时，需要依据坡积土破碎特点，避免施工过程出现塌孔卡钻，必要时在特殊施工工序段采用套管跟进钻孔措施。

锚索安设及注浆加固可以参照下图的流程进行。

进行锚索张拉时必须要控制好张拉力的大小，一般需要对张拉力进行现场测量并根据实测值与理论值进行比对，尽量将张拉力控制在理论值额定范围内。可以分多次进行张拉，经常分为两次进行张拉：第一次张拉时将张拉力控制在额定张拉力的70%范围内，然后待框架梁砼凝固到额定强度后进行张拉力的持续增加，一直增加到额定值为止。

4.1明洞延长及反压回填

4.1.1 明洞浇筑及衔接

明洞接长14.76m，洞口里程调整至DK86+223.24，其中DK86+223.24～+233.24段采用门型框架结构，下部采用筏板基础，采用满堂支架方案进行浇筑;DK86+233.24～+238段明洞按照隧道衬砌结构土施工，采用衬砌台车浇筑。两种明洞架构采用封堵墙浇筑成整体，墙内钢筋应与明洞内钢筋焊接成整体，并与明洞同时浇筑成型。

4.1.2 明洞下岩溶处理

（1）DK87+233.24～+238明洞段基础采用7根Ф1.25m的钻孔桩进行加固处理，桩长21m（隧底补充勘探前现场已经施工），采用钻孔桩施工

（2）DK87+233.24～+264段隧道仰拱下采用Ф50钢花管对仰拱下岩溶进行注浆加固处理，加固深度至弱风化灰岩面以下不小于1m，钢管纵向间距1.5m，钢管孔口横向间距为0.675m，孔底横向间距为3m;注浆浆液采用1：1水泥浆液;注浆压力2～3MPa（可根据现场注浆试验确定，注浆压力应能确保注浆加固效果），岩溶填充物填充系数按5%考虑。

（3）DK87+223.24～+238段明洞外墙外9m范围内采用钢花管注浆加固处理，加固深度至弱风化灰岩面以下不小于1m，钢管间距1.5m*1.5m;注浆浆液采用1：1水泥浆液;注浆压力2～3MPa（可根据现场注浆试验确定，注浆压力应能确保注浆加固效果），岩溶填充物填充系数按5%考虑。

4.1.3反压回填

DK87+223.24～+238段采用碎石土进行反压回填，回填坡面采用30cm厚M10浆砌片石进行铺砌，回填体坡脚设置C25混凝土坡脚挡墙，挡墙顶宽1m，挡墙基础埋深不小于1.5m。

洞口明挖段需回填部分根據实际情况采改良土回填，土回填施工均匀对称并分层夯实，其两侧回填土面高差不大于0.5m，小型机械夯实每层厚度不大于0.20m[5]。

4.2帘式防护网

洞口天沟外侧、垂高45m至仰坡自然山体顶范围坡面垂高约50m，坡率1：0.4～1：1，无防护，土夹石坡面土体极为松散，仰坡面高陡，危石主要集中在山坡的中部和右侧，长期受雨水冲刷易发生溜坍，危及行车安全，经研究决定结合桩顶地形情况及墙顶设增设张口式帘式拦石网防护。

张口式帘式拦石网施工方法：

（1）系统被动防护部分布置宜沿等高线走向，以能最大程度拦截滚石为原则;

（2）钢柱基座放线时，相邻钢柱基座间高度差宜控制在0.5m内;钢柱安装遇岩质地基时采用钻凿地脚螺栓锚孔安装基座，遇土质地基时需开挖基坑并浇筑混凝土再安装基座，基础采用C20混凝土，钢柱砼基础地脚螺栓锚杆孔径不小于φ45，基础顶面用薄层C20细石砼抹平;钢丝绳锚杆孔径φ50，锚杆深度不小于3m。

（3）安装工序：锚杆及钢柱基础定位及安装→安装、调试钢柱及拉锚绳→安装、调试支撑绳→张挂及缝合拦截区环形网→张挂及缝合双绞六边形网→张挂及缝合覆盖区环形网→安装纵向钢丝绳→安装横向固定钢丝绳[6]。

4.3监控量测

通过施工现场的监控量测，判断了边坡及围岩的稳定性，支护、衬砌的可靠性，二次衬砌施工时间以及修改施工方法，调整了围岩级别，为变更支护设计参数提供依据，确保了施工安全和质量。

5結论

综上所述，通过对莲花山隧道进口的残坡积土、岩溶、偏压式洞门处理施工，积累了宝贵的施工经验，根据专家论证意见及设计要求优化了施工方案，解决了技术难题，保证了隧道顺利进洞开挖和建成后的安全运营。为今后同类施工提供了宝贵经验。

参考文献

[1]中铁铁路总公司.关于《南平至龙岩铁路扩能工程设计安全评估报告》的函（鉴线函[2012]22号）[M].北京：中铁铁路总公司，2012.

[2]国家发改委.《关于福建省南平至龙岩铁路扩能工程可行性研究报告的批复》（发改基础[2013]306号）[M].北京：国家发改委，2013.

[3]中铁铁路总公司，福建省人民政府.《关于南平至龙岩铁路扩能改造工程初步设计的批复》（铁总办函[2013]487号）[M].北京：中铁铁路总公司，2013.

[4]中铁第四勘察设计院.南平至龙岩铁路扩能工程修改初步设计文件、施工图设计文件及变更设计文件[M].北京：中铁第四勘察设计院，2014.

[5]中铁铁路总公司.《铁路工程施工组织设计指南》（铁建设[2009]226号）[M].北京：中铁铁路总公司，2009.

[6]南昌铁路局.《营业线施工及安全管理办法（铁运【2012】280号文》[M].南昌：南昌铁路局，2012.

收稿日期：2021-02-05

作者简介：张强（1982—），男，河南信阳人，本科，工程师，研究方向：土木工程。

Abstract： The upward slope at the entrance of the Lianhuashan Tunnel is relatively steep and biased， and the lower layer of the slope is loose accumulation of soil. The geological conditions are complicated. During the construction of the excavation tunnel， it is easy to slip and collapse in case of rain. There are hidden safety hazards in the construction and operation. The lower part of the tunnel foundation is now gray. Rock and karst; reinforcement by bolt grouting， consolidation and reinforcement by anchor cable frame measures， open tunnel backfilling and double-row anti-slide pile reinforcement measures to eliminate the influence of bias， and double-wall tunneling technology to ensure tunnel entry Safety： The operation safety is ensured by extending the open tunnel， using pile foundation reinforcement measures for the base， and adopting open curtain protection nets for the side slope.

Keywords： Eccentric pressure; residual soil; karst; backfill with back pressure; anti-slide pile; bolt grouting