隧道洞口高陡仰坡防护措施

胡哲钏， 张志强

(西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室， 四川成都 610031)

复杂山区隧道洞口段边坡最易受到自然灾害影响，也是最易发生滑坡等事故的位置。隧道洞口地形复杂，边仰坡陡峭，大量洞口洞顶存在危岩落石。

王晋雄[1]介绍了稳定边仰坡的锚喷加固方法和洞口段的施工经验；朱合华等[2]采用强度折减法分析了隧道在施工过程中边坡的稳定情况；侯俊敏[3]采用BP神经网络对山岭隧道洞口段围岩变形进行预测，总结了山岭隧道洞口段围岩变形控制技术；王永进[4]利用刚体极限平衡法计算边坡的安全系数随土力学参数的变化情况，研究稳定隧道洞口长大边坡的加固方案；刘陆毅[5]介绍了常用的边坡防护技术，对不同地质灾害和防护要求提出了相应建议。本文结合艰险山区洞口特点，给出了几种典型的坡面防护措施。

1 艰险山区高陡坡面失稳破坏及工程影响

虽然隧道洞口条件差异性大，但大部分风险较为类同，主要以洞口失稳、危岩落石以及其他不良地质影响为主，主要有几类。

1.1 坡面失稳

艰险山区坡面失稳风险较普通地区更为突出且难以处理。坡面失稳将可能引起滑坡复活或坡面出现整体稳定性问题等连锁反应，可能导致基础不均匀沉降、结构开裂破坏、坍塌物掩埋洞口等。

1.2 危岩落石

危岩落石是洞口最大的风险之一，艰险山区的危岩落石存在发育区域广，偏移范围大，清除或防护难度大的特点。可能造成洞口段或相邻结构破坏(图1)。

图1 滑坡平面图和三维实体效果图

1.3 强降雨引发的山洪、泥石流

艰险山区一般地质灾害多发，即使临近区域发育的不良地质对洞口也有非常大影响。

2 坡面防护措施

2.1 高陡仰坡防护

一般艰险山区洞口，洞顶仰坡高陡，高达上百米，防护面积大。分析不良地质形成原因、风险，建立“分区、分类、分级”综合防护设计理念。

(1)分区：根据仰坡范围内不良地质对洞口的影响程度，分成不同的防护区域。

(2)分类：对仰坡范围内存在的不良地质进行分类，并对其可能产生的地质灾害进行判别。

(3)分级：结合仰坡不良地质分区分类及严重程度分级，分级采取针对性防护措施。

如图2所示的茂县隧道出口，自然边坡30°～50°。I区以危石为主，采用清除、嵌补、支顶措施并设置被动网防护；II区存在坡面溜坍，采用锚网喷防护；III区为缓坡段，表层为松散堆积土，采用“锚网喷支护+预加固桩”。

图2 茂县隧道出口仰坡分区分级处理

2.2 危岩落石防护

艰险山区洞口另一重大风险就是危岩落石。明(棚)洞结构对危岩落石的防护能力有限，地形高差大，部分地段落石冲击力可能超过明(棚)的设计防护能力时，采取主动措施控制下坠落石的体积和冲击能减少明(棚)洞的防护负担(图3～图5)。

图3 消能拦挡设计

图4 多层拦挡系统

图5 落石分导示意

2.2.1 主动防护措施

对坡面存在危岩落石的情况，在可行的情况下，首先应考虑对危岩落石采取清除、嵌补、支顶、直接加固、设置主动防护网等措施。

2.2.2 被动防护措施

被动防护措施主要包括拦石墙、被动防护网、落石槽、设置明(棚)结构进行防护等。

2.2.3 综合防护体系

对艰险山区隧道洞口，结合落石轨迹模拟分析，构建“关键点分导、消能、拦挡等多层分功能”的综合防护体系。

3 不稳定坡面的加固措施

不稳定坡面安全风险极大，对大型不稳定坡面线路需进行绕避；小规模的在绕避代价过大时，应尽量与主轴小角度相交，并采用工程措施进行处理。按不良地质的特点主要分几种处理类型(图6)。

图6 茂县隧道出口不稳定坡面加固

3.1 直接加固防护型

当隧道洞口位于不良地质体，且基岩面较浅时，可采用先对不稳定体进行加固后再开挖并施工洞口结构，如茂县隧道出口处，因岩层经风化、暴雨作用，逐渐剥落垮塌，垮塌岩体堆积于右线下方，形成岩堆体，坡面松散物质在雨季易形成坡面碎屑流，浅表层溜坍，冲刷边坡，掩埋坡脚，因此采用直接对不稳定体进行加固的方式进行处理：

(1)预加固桩锚固：为保证坡面整体稳定，结合隧道洞身情况采用预加固桩加固不良地质体。

(2)地表加固：对开挖影响范围采用地表注浆加固不良地质体，防止隧道开挖时发生塌方。

(3)坡面防护：对隧顶坡面局部存在的可能溜坍的不良地质体，采用锚网喷防护。

(4)洞口接长明洞：洞口接长明洞结构避免局部溜坍影响线路，为防止结构不均匀沉降，对隧底采用换填或者注浆等手段加固处理。

3.2 清方减载+加固防护型

隧道在不良地质体中部穿越，结构长段位于松散体内，不良地质体基岩面较深，这时可采用“清方减载+加固防护型”的处理方式，如图7、图8所示成兰铁路新民隧道出口，线路从岩堆体中穿越，岩堆呈扇形，局部深度达70 m以上，岩堆体为崩坡积碎石土及块石土为主，主要处理措施：

图7 洞口坡面处理方案示意

图8 洞口浅埋段松散体固结

(1)上部减载及加固:对隧道上方不良地质体进行清方减载，减少滑坡、岩堆后缘荷载，降低隧道洞顶覆土松散荷载。并对减载后的坡面采取防护措施以防止冲刷溜坍。

(2)中部固结及挡护:对松散的坡面进行注浆固结，同时采用预加固桩加固、土钉墙等加强坡面防护；必要时隧底采用桩筏结构或注浆加固处理。

(3)坡脚锚固:可采用圆弧法等分析不良地质体滑移面，在不良地质体坡脚采用预加固桩、高压旋喷桩等加固处理，锚固坡脚以保证不良地质体整体稳定。

(4)洞口松散体固结:为保证进洞安全和洞口浅埋段稳定性，对洞口浅埋段松散体进行钢花管注浆固结，见图7。

4 结论

本文针对艰险山区隧道洞口边坡岩体破碎极易失稳落石等特性，总结提出了边坡坡面防护措施以及不稳定边坡加固措施，总结：

(1)高陡仰坡按“分区、分类、分级”的综合防护设计理念，对坡面不同影响程度、不同类别、不同严重程度的不良地质采取针对性防护措施。

(2)危岩落石防护采取主动防护措施和被动防护措施相结合的措施，并建立围岩落石监控系统实时监控危岩落石发展。

(3)不稳定坡面尽可能采取绕避，无法绕避时按不良地质的特点不同采取直接加固防护和清方减载+加固防护两大类方法进行坡面处理。