马罗隧道出口端岩堆工程特征分析及加固措施

付 敏，肖毅海，任 会，高 峰

(1.湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙 410008;2.核工业西北工程建设总公司，陕西西安 710000)

1 工程概况

岩堆是指岩体经过物理风化等作用形成碎块，经以重力为主的力的搬运，在山坡上或坡脚形成的松散堆积体。根据其组成物质的大小划分为:碎屑、碎石、块石、大块石堆［1］。

雅泸高速马罗隧道出口端岩堆体所在山体坡顶高程约1 850 m，坡脚南桠河河床高程约1 445 m。属于典型构造剥蚀的中高山地形，山坡上岩堆体范围内植被稀疏，后缘山坡植被多为高大茂盛乔木，上部坡度多小于30°，下部坡度多大于45°，呈上缓下陡型。安宁河断裂带的分支－鲜水河断裂带从坡脚通过，该断裂带为活动断裂带。受断裂带控制，南桠河沿坡脚穿过，南桠河由南向北流至岩堆体上、下游160 m河段后分别向西、向东大拐弯，南桠河在岩堆体附近呈大“S”型;坡脚处河谷宽约20.0～65.0 m，呈“V”字型;河道宽约20.0 m，右侧河漫滩宽约0～40.0 m，水深约0.5～1.0 m左右，雨季水深约2.0～3.0 m，水流湍急，河流下切作用强烈;马罗隧道出口岩堆位于南桠河右岸，岩堆体沿线路方向长约135 m，岩堆中部横向宽约185.0 m，顺山坡纵向长约135 m，岩堆体厚度一般为15～20 m，体积约30×104m3，拟建马罗隧道出口位于岩堆体中上部。

2 岩堆体结构特征

2.1 平面形态

岩堆体由两个次级扇体构成(图1、图2)，两扇顶分别对应于不同的崩塌(滑)源。堆积体斜坡平均自然坡角约39°，堆积体前部伸入河床约10 m;厚度一般为15～20 m，体积约30×104m3。

其中一级扇体规模较大，钻孔揭露最大厚度约26.0 m，其崩塌源较高，主要约在高程1 535～1 570 m之间，为多次崩塌形成，锥体下游侧被二级次级扇体覆盖，下游侧前缘未被覆盖部分可见堆积物表面覆盖有较多的风化土，花岗岩块石边长一般30～200 cm，块石表面风化较强，形成时间较久。

二级扇体覆盖于一级扇体之上，靠近下游侧，钻孔揭露最大厚度约26.6 m，块石成分主要为花岗岩，棱角清晰，杂乱堆积，块石边长一般20～50 cm，最大的近5 m，总体由下往上块度有减小的趋势，其崩塌物源相对较近，高程1 530～1 545 m。

图1 马罗隧道出口平面图

图2 A－A剖面图(单位:m)

2.2 物质组成

岩堆体岩性相对均一，为崩塌堆积而成的花岗岩碎、块石，泥质较少，充填粗砂、角砾较多，粒径多为10～20 cm，含大块石。结构松散～稍密，孔隙比大，透水性好。堆积体具有前缘块度大，向上块度渐小的趋势，堆积体前缘块石边长一般2～3 m，最大可达近5 m，块石成分单一，为花岗岩。

堆积体密实度从上至下由表及里为:由松至密，浅部以松散为主，厚约5～10 m，碎块石间架空现象普遍;下部以稍密为主，岩堆体底部局部呈中密状，厚度一般＜5 m。

2.3 后缘坡体结构及变形特征

后缘边坡坡顶高程大于1 590 m，坡体基岩为中风化花岗岩，大面积裸露，自然坡角约45°～70°，走向为N10°W，坡向SW，其中1 590 m高程以下，斜坡坡度较大，平均坡度为60°，中风化花岗岩裸露;1 590 m高程以上坡度较小，平均坡度为35°，基岩零星出露。

图3 后缘坡体节理裂隙发育情况

该处主要发育3组控制性结构面(图3)，①组顺坡向倾向坡外结构面，产状为235°～260°∠40°～75°，局部倾角较小，约为35°，延伸长度大于5 m，间距约1～2 m;在一、二级扇体交汇处附近裂隙间压致拉裂隙变形明显，裂隙间岩体呈压碎岩状，碎裂结构，裂隙间距一般为20～80 cm不等;②组与坡面近正交近直立结构面，产状为320°～350°∠70°～85°，延伸长度大于2 m，间距1～2 m;③组倾坡内结构面，产状为倾向 78°～110°，倾角 17°～82°不等，大多为 45°～80°，局部倾角较小，约为 17°;延伸长度一般为2～5 m，间距1～3 m左右。三裂隙均较平整。

斜坡的破坏方式主要为受①组顺坡倾坡外裂隙控制的滑移拉裂型，此外，浅沟沟壁可见倾倒拉裂破坏。其中，①组裂隙构成(旋转)滑移面，③组陡倾坡内裂隙构成后缘拉裂面，②组与坡近正交的陡倾角裂隙构成旋转拉裂面或侧向割裂面，形成的破坏空腔规模最大长可达10 m，宽可达5 m，深度一般为2 m。

调查显示，一级扇体后缘目前斜坡中存在一定量的大规模危岩体。二级扇体后缘陡坎近期崩滑现象尤其明显，二级扇体坡面上可见树木大多往坡下倾斜，并树干靠山内侧多有被块石冲击过的痕迹。

3 稳定性分析

岩堆体稳定性分析较为复杂，目前尚未有公认定量的分析方法。定量分析之所以困难，其根本原因有以下几点:①变形面位置的可变性;②滑面(带)物理力学参数不精确性;③工程因素影响重大。

体积巨大的堆积体其结构特点有:密实度由表及里、由堆积体坡脚至坡顶结构逐渐增大;崩塌物分选性好;相邻阶段的崩塌面较为明显等。受其结构特点影响，堆积体的稳定性一般主要表现为浅表和坡脚易滑、深部和顶部相对稳定。故无论是浅挖还是深切，堆积体表层的失稳是工程中面临的主要问题，随着开挖深度的增加，坡体的变形深度、范围也随之增大。

堆积体的不均匀性，也决定了其变形面物理力学参数的不一致，密实度、填充物、成分粒径等均会对变形面参数的选取带来影响。因此，现场试验结果仅能代表类似部位的参数，而很难体现整个变形面的力学参数。

构筑物施工的顺序、方法以及采用施工机械等因素，也不同程度的影响堆积体的稳定状态。

对马罗隧道岩堆体的稳定性分析主要是在定性分析的基础上进行。

3.1 定性分析

岩堆体的岩土特征是产生变形的内因。岩堆体内岩土相对均一，为后缘危岩崩塌堆积成因的碎、块石层，松散或稍密，结构松散，孔隙比大，透水性好;花岗岩裂隙较发育，但裂隙多短小，部分为泥质充填，透水性相对较差，为相对的隔水层。

半月环形山体的山坡下部，该段堆积体后状山坡呈半月环状，往堆积体处倾斜，这种地形使地表水往滑坡处汇聚，坡体内松散的堆积层为地表水的入渗提供了有利的条件。岩堆体下伏多为中风化花岗岩，为相对隔水层，连续暴雨使地下水在花岗岩岩面汇集。地下水的赋积对堆积体的形成带来三个方面的直接影响，即坡体岩土强度降低，土体重度增大，堆积坡内静水压力增大。

施工放坡、堆截、河床下切和河水的冲刷是堆积体可能产生失稳的重要影响因素。施工放坡，在堆积体中上部形成新的临空面，坡面倾角大于自然休止角，改变坡体应力平衡，在受到外力扰动下坡体易产生失稳;南垭河床下切强烈，在两岸形成陡峭的山坡，为坡体的失稳产生提供了临空面;南垭河在该段坡陡，水流湍急，河水对坡脚冲刷作用强烈，坡体前缘不断坍塌，加剧了岩堆体失稳的可能。

本区为地震高发区，地震力也是可能引起堆积体失稳的另一个直接原因。

3.2 发展趋势预测

目前该岩堆体处于相对稳定状态，影响其稳定性的主要因素有:施工放坡改变了岩堆体应力状态;南垭河河床下切强烈，为岩堆体变形提供了临空面，加剧了岩堆体失稳的可能;工程运营期间车辆动荷载对岩堆体造成一定的影响;地震作用也是诱发堆积体变形甚至失稳的一个不确定因素。

马罗隧道洞身开挖及马罗特大桥左侧边坡开挖后，在岩堆体的中部将产生最大的边坡高度约25 m，由于在岩堆体中部开挖边坡，将产生新的临空面，在重力及雨水的作用下，开挖后形成的临空面后方岩堆体将沿岩土交界面在开挖的边坡坡脚剪出。

4 处治措施

工程建设中对岩堆体一般采取避绕的原则，无法避绕时则需对岩堆体进行加固处理，类似的工程实例有:云南水麻高速公路［3］、内昆铁路大关车站［4］、青藏铁路桑利至拉萨段［5］、溪洛渡水电站［6］、遵崇高速公路大坪岩堆［7］等。

4.1 参数选取

虽然该岩堆体物质成份较为均一，但其空间分布杂乱，物理力学性能表现出很大的各向异性。参数选取工作较为困难:①难以取到有代表性的原状试样;②现场大尺寸试验难度大。工程应用中主要结合岩堆体的胶结情况、密实程度、物质成分、潜在滑动面(带)位置及空间形态、含水量、下伏基岩风化程度等，并结合岩堆体天然休止角，定性的分析堆积的现状稳定状态，确定起始安全系数Fs，反算潜在变形面参数，以安全系数的增量ΔFs进行加固设计。

4.2 切方边坡加固

岩堆体物质大都为近期堆积，表面坡度接近于天然休止角，其内部常具有与天然休止角近似向外倾斜的层理，在施工扰动下，容易发生表层或层间滑动变形。

设计及施工过程中，贯彻执行“尽可能的减少对岩堆体扰动”的思想。经过对抗滑桩、桩锚联合支护、锚索框格梁以及洞身延长并锚喷等多种方案进行比选，最终采用延长洞身+锚杆喷射混凝土支护的方案进行边仰坡支护。见图4。

图4 切方边坡加固施工照

4.3 隧道洞身段岩堆体加固

隧道洞身对变形控制要求高，由于洞身位于堆积体内，要求堆积体不但稳定，而且还要有一定的密实度和“刚度”。由于岩堆体主要为新近崩坡积成因的碎、块石土组成，结构松散，孔隙比大(孔隙比约为0.3～0.45)，在车辆等动荷载的作用下，碎、块石土将产生不均匀沉降，故不能直接作为拟建隧道基底持力层，可采用的方法有:固结注浆、换填、加筋土等处理措施。

本工点不宜对堆积体进行大的扰动，施工中选用固结注浆进行加固，采用Φ 42×3.5 mm钢管，注浆孔间距3 m×3 m，梅花形布设，并将注浆花管作为加固锚杆体使用，为了控制浆液扩散范围，浆液的配比及注浆压力通过现场实验确定。注浆从仰拱向下平均深度为5 m，采用Φ 42(3.5 mm)钢花管一次注浆，平均注浆量为2.6 m3/m，注浆结束后保留钢花管作为埋置式锚杆。

4.4 进洞方案［8］

进洞施工方案采用先对岩堆体注浆固结，再施工长管棚，洞身先开挖施工左侧(下坡方向)洞身，待二衬完成后，再开挖施工右侧洞身。在保证安全的前提下，为了有效控制岩堆体段的过大变形或坍塌，施工采用三台阶七步法开挖。见图5。

三台阶七步开挖法可分为以下主要步骤:

1)上部弧形导坑环向开挖，施做拱部初期支护;

图5 三台阶七步法开挖透视图

2)中、下台阶左右错开开挖，施做墙部初期支护;

3)中心预留核心土开挖、隧底开挖，施做隧底初期支护。每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施做仰拱，尽早封闭成环。

实际施工过程中，由于岩堆体架空较为严重，长管棚(40 m)施工较为困难，垮孔、卡钻现象尤为严重，改为自进式锚杆超前支护;同时为了尽可能的减少洞口切方对边坡稳定性的影响，分别将左右洞的暗洞分别加长了4 m和3 m。

4.5 岩堆后缘岩质边坡加固

后缘岩质边坡仍存在大量的危岩体，施工中先人工清除坡面松动危岩体、滚石，再对坡面采用主动柔性防护网防护;为防止落石，在隧道洞口上方设置4 m高被动防护网;岩堆体顶部设置截水沟，阻止地表水下渗。

4.6 监测

为确保岩堆体整治施工的安全，及时掌握岩堆体整治施工整个过程中的边坡动态变化，可通过施工监测，包括对岩堆体的变形监测、隧道洞身变形监测以及对加固结构物的应变监测，及时掌握施工情况，指导施工。见图6。

图6 监控点布置图

5 结论及建议

1)由于岩堆体物质成份的特殊，关键的物理力学参数难以通过取样试验获得，目前对岩堆体稳定性的分析多以定性和半定量分析为主，工程实例表明，按照安全系数的增量△Fs进行加固设计是可行的方法之一。

2)隧道洞身位于岩堆体中，设计的关键是既要考虑岩堆体整体稳定，还应关注岩堆体变形对隧道洞身的影响。

3)本项目施工单位应用“三七法”开挖，即确保施工过程安全，又加快了施工进度，经实践证明，可作为类似工程的成功经验。

4)洞身段岩堆体采用注浆加固技术，可以有效的控制变形、避免开挖过程中的坍塌及冒顶事故。

5)为控制岩堆体变形对洞身造成的危害，采用注浆固结是一种切实有效的方法，施工过程中应加强检测手段，检查加固效果。

6)为确保施工以及运营安全，对岩堆体物源区采用主、被动防护相结合方式，可以快速经济有效的达到目的。

［1］TB 10027－2001，铁路工程不良地质勘察规程［S］.

［2］湖南省交通规划勘察设计院.雅泸高速第18合同段马罗隧道出口岩堆处治(第二册)工程地质勘察报告［R］.2008.

［3］薛亚东，等.云南水麻高速公路岩堆体边坡结构特征研究［J］.地下空间与工程学报，2007，3(7):1295－1299.

［4］冯慧民.大关站岩堆综合治理［J］.路基工程，2004(1):65－67.

［5］陈如海.青藏铁路桑利至拉萨段岩堆路基处理措施［J］.甘肃科技，2004，20(4):110 －112.

［6］张 雷，叶 勇，等.格构梁预应力锚索加固岩堆体边坡数值模拟［J］.工程勘察，2008(5):5－8.

［7］朱要强，李自友.大坪岩堆固结灌浆效果综合评价［J］.山西建筑，2008，34(8):6 －7.

［8］高 峰，等.雅泸高速公路马罗隧道穿过岩堆体的处置技术［Z］.科研报告，2011.