西南艰险地区隧道洞口高边坡危岩体整治施工技术

冯栋梁

（中铁三局集团有限公司，山西 太原030001）

科技与经济的发展促使工程建设寻求变革与创新，铁路隧道、公路隧道、引水隧洞、跨海隧道等地下工程逐步向断裂破碎带和活动断裂带等“隧道修建禁区”发起挑战[1-2]。

成兰铁路是在活动断裂带上修建而成的，属汶川地震灾后重建项目，所处位置地形切割强烈、构造条件复杂活跃、岩性条件软弱破碎[3]，被专家比喻为在“烂豆腐”上修铁路。

新民隧道处于强烈地震带上，线路平行于岷江活动断裂带，新民隧道洞口位于泥石流堆积区，洞口地表地质灾害强烈发育，边仰坡危岩落石、崩塌及地震触发的次生地质灾害时有发生，威胁隧道洞口施工及隧道运营安全。同时，隧道沿线分布自然保护区、风景名胜区，全部施工区域紧临保护区的实验区，环境复杂。为避免隧道洞口高边坡危岩体造成生命和财产安全隐患，在隧道进洞前需对隧道口高边坡危岩体整治方案及施工技术加以充分研究，确保隧道施工和运营安全。

1 工程概况

新民隧道出口具有西南艰险山区典型的高山峡谷地貌特征，如图1所示，测区位于板块边缘构造带，区域性大断裂、活动断裂发育，地震活动较为频繁，施工期间汶川地震余震频发[4]。通过无人机扫描勘察，工程区山体有17条显著的裂缝及裂隙，裂缝均沿贯通性节理排列，主要为N50°W/90°NE、N70°W/75°NE两组节理。

图1 高山峡谷地貌

靠近隧道出口方向的边坡裂缝走向大部分近似平行于等高线，局部与等高线斜交，靠近国道G213线方向的边坡裂缝走向大部分垂直于等高线，局部平行于等高线。

裂缝相互切割形成的贯通裂缝局部已形成倒悬孤石，在区域地震动荷载反复作用和诱发下，局部孤石随时都可能崩滑，存在安全隐患，需综合研究整治加固方案，彻底整治洞口高边坡危岩体[5-6]。

整治山体正下方为崖脚岩堆整治已完工程和解放村双线大桥桩基工程，左侧布置有生活营区及农田，右侧布置有新民隧道斜井洞口及施工生产设施等，如图2所示。

图2 隧道口高边坡正面全貌概略

整治山体背侧呈断块式陡崖且局部倒悬，山体岩块处于临界稳定状态，背侧崖脚是通往九寨沟风景名胜区的国道G213线，国道G213两侧属于居民住宅区和旅游商业区，且毗邻靖夷堡古遗址省级文物保护区，施工边缘距该省级文物保护区距离仅130m，如图3所示。

图3 隧道口高边坡背面复杂环境

2 整治方案及施工技术

2.1 整治总体方案

综合考虑隧道口所处工程地质条件和周边复杂环境，结合已有的工程实践和现场试验情况，最终确定的新民隧道隧道口高边坡危岩体整治总体方案如下：①对裂缝发育危岩体进行分级清方。清方范围从线路左侧19m至线路左侧167m，全长约148m。清方坡率为1∶0.3，分2～7级控制，分级高度20m，两级之间设置2m宽平台，最下一级平台宽度不小于3m。②自上而下第二级平台以上部分采用人工清除，其余采用控爆清除。临近开挖坡面附近采用光面爆破。③清方后坡面采用喷锚网+大锚杆防护。④最下一级平台以下自然坡面采用喷锚网+大锚杆防护。⑤山体背侧坡脚，由下至上设2道被动柔性防护网，防护高度7m。靠山侧被动网后设置落石槽，沿山体背侧G213国道上方陡坎边设一道桩板墙。整治施工顺序如图4所示。

图4 整治施工顺序

2.2 关键施工技术

2.2.1 山体背后防护技术研究

2.2.1.1 被动网施工技术研究

山体背侧坡脚，由下至上设2道被动柔性防护网，防护长度分别为580m、690m，防护高度为7m；靠山侧被动网后设置落石槽。施工时应根据现场地形适当调整防护网的位置。被动防护网采用锚杆、钢柱、支撑绳和拉锚绳等方式将缠绕型环形网固定在坡面上，当落石冲击防护系统时，冲击能力主要通过环形网吸收和水能装置消散，残余能量由受力基体吸收，最终截停落石，达到拦截落石的作用[7]。

2.2.1.2 落石槽施工技术研究

高边坡危岩体开挖清方整治施工时，在靠山侧被动防护网内侧设置一道落石槽。落石槽断面采用上口宽、下口窄的梯形，靠近崖脚侧做成1∶1斜坡，落石槽底宽2m、深3.5m，如图5所示，采用人工开挖的方式。

图5 落石槽布置示意图

2.2.1.3 桩板墙施工技术研究

沿山体背侧G213国道上方陡坎边设一道桩板墙，桩板墙全长350m，共设59根钻孔桩，桩间距为6m，桩径2m，地面上为方桩，桩截面为2m×2m。采用C35钢筋混凝土浇筑。桩间内置6m高挡土板，板均采用C35钢筋砼现浇制作。墙顶设置4m高被动柔性格栅。桩板墙大样图如图6所示。

图6 桩板墙大样图（单位：cm）

2.2.2 山体正面防护技术研究

2.2.2.1 落石槽施工技术研究

以与等高线平行为原则，在崖脚设置落石槽，其断面采用上口宽、下口窄的直角梯形，靠近崖脚侧做成1∶1斜坡，落石槽底宽3m、深2m，并在直角边顶端设置型钢栅栏临时防护。

2.2.2.2 型钢栅栏施工技术研究

在落石槽顶端或地面设置型钢栅栏临时防护，用于拦截山体滚石。型钢栅栏临时防护主要由型钢基础、型钢钢柱、支撑绳、拉锚系统、缝合绳、减压环等组成，同时靠山侧设置钢丝格栅网和钢筋网片。

2.2.3 索道运输技术研究

对现场进行多次详细的实地调查，并结合现场实际地形分区域设施两条索道进行土石方及材料运输，索道长度分别为1号索道405m，2号索道242m，索道布置示意如图7所示。由于索道运输线路经过新民隧道斜井临时驻地，为保障人员安全，采用索道运输前，新民隧道斜井临时驻地进行搬迁。

图7 索道布置示意图

索道型式采用单支点单索往复式架空索道，跨距为300～600m，高差角在30°左右，最大不超过45°，最大运载能力5t，运行最大速度为2m/s。承载索采用Φ17.5普通钢丝绳，支撑架采用360mm×360mm角钢抱杆，牵引索为Φ12普通钢丝绳。

2.2.4 坡面防护技术研究

2.2.4.1 坡面防护总体方案

坡面防护陡崖高差140m，坡面坡率1∶0.3，每级平台高20m，防护坡面面积较大，自上而下1～4平台，每清方一个平台及时支护，5～7平台整体清方完成后统一支护。危岩清方完成后，在2m宽度平台上搭设附着式脚手架作为喷锚网施工操作平台，材料运输主要通过索道运输，小型机具通过人工抗抬运输。

2.2.4.2 坡面脚手架搭设技术研究

坡面脚手架搭设单元高度保持与坡面高度一致，即20m。垂直方向单元间不连接，脚手架的基础为2m宽的平台，采用双排架，脚手架采用与清方边坡紧密附着，采用直径25mmHRB400螺纹钢作为岩面附着连接件，连接件按照2m×2m间距布置，单根连接锚杆锚入稳定岩体至少4m，外露杆体与脚手架钢管采用焊接连接。

脚手架是边坡支护的重要载体，安全问题尤为重要，为确保安全，需采用设置剪刀撑措施加强脚手架来维持整体稳定性[8]。

2.2.4.3 喷锚网防护工程施工

清方后坡面采用喷锚网+大锚杆防护，喷射C25混凝土厚10cm，分2次机械喷射，小锚杆矩形布置，节点间距4m，采用Φ25HRB400钢筋制作，长4.3m，锚孔采用Φ49钻孔。大锚杆呈矩形布置，节点间距4.0m，按与水平面成15°下倾角施工，每孔锚杆采用单根Φ25HRB400螺纹钢制作，各排锚杆长度均为12.0m。大锚杆沿杆身间隔1.5m设置支架，支架与锚杆以及2根锚杆间采用焊接连接，锚杆固定时均需露出岩面20cm。锚孔直径为110mm，注浆材料采用M35水泥砂浆或水泥浆。喷锚网小锚杆与大锚杆交错布置。坡面每间隔3m设置一个泄水孔，安置泄水孔时需注意上下错开排列，内设长1.0mΦ42PVC花管。

2.2.4.4 12m深锚杆施工技术研究

深锚杆施工前需先清除坡面覆土及全风化层，并对坡面局部凹腔进行嵌补。嵌补前清除凹腔内浮石，嵌补体与既有坡面采用锚杆连接，锚杆采用Φ25HRB400钢筋制作，锚杆梅花形布置间距不大于1.5m，锚杆锚固于基岩内的长度不小于2m。

3 结语

成兰铁路新民隧道洞口山体裂隙、危岩体发育，岩体破碎，周边环境复杂，施工风险系数较大，施工前须对洞口山体危岩体进行全面整治。本文本着“一次根治，不留后患”的原则，通过多次调研和分析，提出了成兰铁路新民隧道口高边坡危岩体整治施工方案，避免了隧道施工及运营过程中出现施工安全问题，降低了施工安全风险系数，保障了周边居民及施工工人的生命和财产安全。

整治技术经过应用，刷新了铁路领域隧道洞口高陡边坡建造周期，赢得了社会一致好评，社会效益、经济效益可观。随着国家对基础设施建设投资力度的加大，特别是对铁路基本建设的重点投入，隧道工程建设在可预见的将来会越来越普遍，该整治施工技术对处于类似复杂地质环境中的隧道修建有重要的借鉴和参考意义，具有广泛的应用前景。