高边坡隧道洞口安全防护施工技术

魏　立

(中铁隧道集团二处有限公司，河北三河　065201)



高边坡隧道洞口安全防护施工技术

魏立

(中铁隧道集团二处有限公司，河北三河065201)

摘要:结合具体施工实例，分析了隧道出口施工中存在的问题，并制定了高边坡隧道洞口段防护施工方案，介绍了洞口段防护施工过程，并总结了施工中应注意的事项，指出该方案的实施效果良好，解决了该高边坡隧道洞口段的安全防护问题。

关键词:隧道，洞口段，安全防护，预应力锚索，高边坡

0　引言

目前，在中西部铁路施工中，山岭隧道越来越多，受地形及线路限制，隧道进口、出口洞门距地面高差很大，洞口段边、仰坡高陡，在雨水、风雪及自然灾害的作用下，会形成落石、危岩等，危及行车安全、给旅客带来意外伤害［1］，因此洞口段的安全防护越来越突出。新建兰渝铁路马家山隧道出口洞口段根据现场情况，采用帽檐式洞门形式并结合预应力锚索、主动防护网等施工措施［2］，为类似隧道洞口段安全防护提供了工程借鉴。

1　工程概况

1．1工程基本概况

新建兰渝铁路马家山隧道为单洞双线隧道，长7 435 m，地处西秦岭高中山区，山大沟深，山坡、谷坡较陡，地面高程2 100 m～2 660 m，相对高差560 m。隧道洞身通过地层主要为三叠系下统板岩、板岩夹砂岩。

马家山隧道出口端为理川河大桥，其中桥台设计为进洞式，即一端桥台在隧道内。出口洞口段处于基岩风化层中，斜坡及坡顶覆盖有第四系全新统坡积、洪积砂质黄土及碎石类土，岩体受区域构造作用影响，节理裂隙较发育，裂隙面多为方解石填充，岩体物理力学性质差。马家山原始地貌见图1。

图1　原始地貌

1．2原设计情况

马家山隧道洞门原设计为台阶式洞门，出口端自然坡度约40°～60°，洞口边仰坡采用锚网喷支护，在洞门右线侧设置一重力式混凝土挡墙，洞门端墙背后及洞顶水沟露空部分采用水泥砂浆浆砌片石砌筑。

2　存在问题及解决方案

2．1存在问题

马家山隧道出口由于修筑公路对原地表进行刷坡，造成实际坡度较陡，约70°，下方为县级公路，靠洞口侧公路路面比隧道内轨顶面低15．6 m，比桥台底部开挖线低8．5 m。因为修建公路刷坡原因造成实际地貌与原设计不符，原地表已经被破坏，岩体松散，十分陡峭，稳定性差，经常出现山体掉石块，散落在道路上。按照原设计施工的话必须对原地貌再次进行刷坡，初步估算约有3万m3刷方量，工程量非常大且对原地貌再次破坏，洞门段的安全防护隐患大，一旦出现意外，将严重危及与之相连的桥梁及行人、车辆安全。

2．2解决方案

因洞口段围岩为风化岩、节理、裂隙发育，按照原设计一是对原地貌有较大破坏，二是安全隐患多。因此对原设计方案进行调整，洞门调整主要有两种方案选择:方案1是改台阶式洞门为接长明洞，即取消原洞门设计，将隧道直接从洞内延长为跨公路明洞;方案2是不调整原隧道长度及洞口位置，即取消原洞门设计，隧道拱部在墙身基础上向上延伸、呈喇叭口向外扩展，调整为斜切帽檐式洞门形式。同时在确定洞门形式的基础上增加预应力锚索及SNS主动防护网对洞口段围岩及边坡进行加固和防护。

若采用方案1的话，从隧道拱顶到公路路面有约25 m的高差，再加上2 m左右明洞基础，整个明洞整体高度将高达27 m，明洞直墙段也有15．6 m高，且横跨整个县级公路，又成为一个不稳定因素，并且还需将公路改移到距离明洞位置较远的地方，即从旁边河道中间通过，对河道进行路基填筑施工，整个改移道路长度约1．5 km，一是安全隐患极大，二是经济成本投入大，三是施工周期长。

对比方案1，方案2仅仅是在原洞门里程位置将隧道拱部沿边墙部分向上、向外逐渐呈喇叭口状扩展，有以下几条好处:1)基本不扰动原始地貌;2)道路不需要进行重新修筑;3)建设周期短; 4)建设资金投入少，效益好;5)施工安全风险小。

综合对比两种施工方案，决定在马家山隧道出口洞口段防护措施采用方案2进行施工。

3　洞口段防护施工过程

3．1总体施工方案

根据测量组放线，施工时首先在洞口下方堆洞砟至隧道底板开挖线→清理洞口边仰坡段危石、浮土等及施工洞顶截水沟→在洞砟上沿山体架立双层外脚手架作为施工平台→利用作业平台施工预应力锚索及SNS主动防护网→洞口外围加固后施工斜切帽檐式洞门。主要施工部分如下。

3．2脚手架搭设施工

根据边坡加固范围以及地形特点，作业平台决定采用扣件式钢管脚手架搭设。扣件式脚手架由钢管杆件、扣件，底座，脚手板，安全网等组成［3］。使用时要求脚手架与山体之间采用刚性连接，呈“Z”形设置抗拔连接点。连墙体的钻孔采用φ50的钻头打孔，方向水平钻进，钻进深度1 m，采用φ48×3．5钢管与脚手架扣件连接，伸入岩壁钢管锚固长度不得少于钻孔深度的2/3。在岩壁上施作安全绳吊环的锚杆，吊环严禁扣在脚手架上，必须单独布置。脚手架搭设时其横纵向水平杆、立杆、连墙体、剪刀撑、斜撑、上下人坡道、安全网、安全绳等必须严格按规范执行［4］。

3．3预应力锚索施工

预应力锚索原理是通过钻孔把不稳定围岩串连起来，通过张拉，将受拉体植入边坡剪切面以下增加剪切面上的摩阻力，以提高岩土的自身强度和自稳能力。其特点是施工工程量小，投入少，对围岩及周边环境扰动小等［5］。

锚索位置由测量组根据设计及实际地形确定，预应力锚索采用两级锚固，其组成部分主要由锚固段、自由段和锚墩段三部分组成，每一部分准备工作均需事先完成［6］。锚索施工过程中关键是测量定位无偏差、钻孔深度和角度正确、锚索编织和下锚及时、注浆饱满、锚墩垂直锚索轴线、张拉抗拉拔力合规等［7］，同时施工时试验室做好各种材料检测工作及注浆浆液的配合比调整。

3．4SNS主动防护网施工

SNS主动防护网系统原理是用钢丝绳网、锚杆等组成柔性网覆盖在风化的斜坡或岩石坡面上，通过覆盖坡面来提高危岩稳定性，阻止落石发生。其特点是适应性强、防护强度高、施工简单、周期短、投入费用低［8］。

首先对防护区的浮土及浮石清理，以锚索位置为基础，每4根锚索组成一个防护网单元格，将横纵向支撑绳固定在已施工锚索上并拉紧，然后在单元格内铺设钢丝绳网，铺设时从上往下铺挂并缝合扎结。材料及施工要求严格按照相关规范执行。

3．5斜切帽檐式洞门施工

马家山隧道出口洞门改传统正切形状为倒切形状，更好的适应了工程。

首先测量组根据切坡大小及帽檐轮廓线参数计算出控制点数据，然后进行洞门基础施工，待达到强度脱模，将台车行走至设计位置固定后进行内模安装、钢筋绑扎、外模安装及堵头模安装，待尺寸检查无误后进行混凝土浇筑。混凝土浇筑时在洞门两侧左右交替进行，防止左右侧混凝土高差造成台车偏压，达到脱模时间后进行脱模，按要求养护［9］。

马家山隧道完工后效果见图2。

图2　完工后效果

4　施工注意事项

1)施工前需修建临时便道，将洞口下方原县级公路改移至安全距离外，对临时便道进行加固处理，保证通行不受影响，也不会对河道行洪造成任何影响。在道路两端路面处修筑路面挡墙并设置相关防护和安全警示标志。

2)洞口段施工大部分为高空作业，在施工时一定要做好高空落物拦截措施，施工人员必须佩戴安全绳等防护用品，防止坠落。脚手架基础必须牢实，与山体之间采用刚性连接，其外侧必须设置安全网，搭设规范，防止高空落物出现事故。

3)加强施工过程中的监控量测，在洞内及地表处设置观测点，及时对量测数据分析并及时反馈［10］。同时加强施工过程中的安全巡查，对发现的隐患采取措施，有险情立即处理，确保施工安全。

5　结语

针对马家山隧道出口高边坡洞口段地形、地貌及现场实际情况，通过先施工预应力锚索对隧道洞口周边围岩加固，然后创造性的采取SNS主动防护网与锚索结合方式对洞口边、仰坡进行防护，同时将洞门形状进行调整，改台阶式为斜切帽檐式洞门，并且又专门对传统帽檐式形状进行更改，改为更适合现场的倒切式洞门，在基本保持原始地貌情况下有效的解决了马家山隧道出口洞口段安全防护问题，并缩短了工期，降低了施工风险，减少了资金投入，取得了较好的经济效益。

目前隧道洞口段各种安全防护措施很多，如何在复杂多样的施工环境中找到一种或几种措施有效的结合起来，以最小的投入来解决隧道洞口段的安全问题在今后施工中应继续探索研究。

参考文献:

［1］王玉锁，杨国柱．隧道洞口段危岩落石风险评估［J］．现场隧道技术，2010(12):33-38．

［2］马惠民，吴红刚．山区高速公路高边坡病害防治实践［J］．铁道工程学报，2011(7):34-41．

［3］李正江，任伟永．扣件式钢管脚手架施工安全控制措施研究［J］．新材料新装饰，2014(5):56-57．

［4］JGJ 130—2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程［S］．

［5］杨明宇．预应力锚索在高边坡防护加固中的应用［J］．品牌与标准化，2011(8):26-27．

［6］文育高，李家财．滑坡治理方法及其应用［J］．西部探矿工程，2010(5):19-21．

［7］张燕．SMW工法桩与锚索支护体系地表沉降变形分析［J］．铁道工程学报，2011(7):16-20．

［8］董月霞．浅谈SNS主动防护网的施工技术［J］．中国科技信息，2012(23):53-59．

［9］张宇峰，吕瑞品．浅谈高速铁路隧道斜切式帽檐洞门施工技术［J］．水电施工技术，2013(1):17-21．

［10］TB 10121—2007，铁路隧道监控量测技术规程［S］．

The safety protection construction technology of high slope tunnel portal

Wei Li
(China Railway Tunnel Group Second Department Limited Company，Sanhe 065201，China)

Abstract:Combining with the specific construction example，this paper analyzed the existing problems in tunnel exit construction，and developed the protection construction schemes of high slope tunnel portal section，introduced the protection construction process of portal section，and summarized the matters that should be paid attention to in construction process，pointed out that the scheme had good effectiveness，solved the security protection problem of high slope tunnel portal．

Key words:tunnel，portal section，safety protection，pre-stressed anchor cable，high slope

作者简介:魏立(1983-)，男，工程师

收稿日期:2015-10-21

文章编号:1009-6825(2016)01-0177-02

中图分类号:U458

文献标识码:A