艰险山区隧道高陡边坡综合整治设计

袁 溢

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043）

随着我国铁路和公路的不断发展，特别是高速铁路的发展，为改善交通线形、缩短里程，桥梁、隧道工程比例越来越高，由此带来的艰险山区桥隧工程的增加。受地形的限制，线路在崇山峻岭中穿行，不可避免地会碰到V形沟谷，许多隧道进出口的边、仰坡高陡，地质条件恶劣。在雨水及地震等自然灾害的作用下，形成危岩、落石、崩塌等，对隧道及相邻的桥梁等结构及线路造成危害，影响运营。如汶川大地震中，宝成线109隧道就是由于边坡崩塌及落石，破坏了隧道洞口结构，损失惨重。因此，研究如何对高陡边坡隧道洞口坡面防护及危岩落石防护工程，保证结构安全及列车正常运行尤为重要。

1 工程概况

罗家河隧道位于安康辖区汉江右岸低山区，工程位于大岭铺至安康直通线。隧道地表自然坡度40°～ 60°，分布V形侵蚀谷，多为西北走向。洞身主沟内两侧基岩裸露，部分沟内山体斜坡卸荷节理、裂隙发育。山顶平坦处大多辟为耕地，植被茂密。隧道起讫里程为XDK231+841～XDK232+800，长959 m，双线隧道，隧道最大埋深127 m。

罗家河隧道进口位于安康市早阳乡神滩河右岸，属秦岭南麓低山区。进口自然坡度40°～ 60°，局部山体直立，坡面高陡，相对高差约190 m。其中小里程端神滩河大桥高约60 m，路肩高程至坡顶高差约130 m。考虑到施工场地条件，罗家河隧道施工组织采用出口单口掘进。

2 洞口坡面地形地质条件

2.1 洞口地形条件及存在的风险

罗家河隧道进口尚未施工时由于当地居民在隧道进口坡脚底部进行抢建抢搭，对坡脚进行了大面积切坡开挖，开挖高度5～8 m，设置了预制板厂，造成了山坡坡脚临空。在连日降雨作用下，导致隧道坡脚附近出现滑塌，滑塌体主要物质为碎石类土，黏土含量较大，滑塌体长30 m，宽约20 m，厚2～5 m。滑塌体前缘致使紧邻其边缘的一处板房破坏，现场进行了补充地质调绘，发现除既有滑塌体外，隧道洞顶高程320～360 m直立基岩陡坎受J1节理N62°W/80°N控制，形成一宽约60 m、高约40 m、厚约5 m的突出岩体，其两侧因受地方采石、雨水侵袭、物理风化作用等影响，均出现不同程度的新鲜剥落面。J1节理面在基岩裂隙水浸润、物理化学风化作用、岩体自重等的影响下有发展趋势，致使该突出岩体在外力作用下存在失稳风险，施工、运营存在安全隐患。

2.2 斜坡地质分区

将该段斜坡按高程分成3段区域进行评价。Ⅰ区：坡底238～320 m基岩陡坎底面；Ⅱ区：320 m基岩陡坎底面～360 m基岩陡坎顶面；Ⅲ区：360 m基岩陡坎顶面～坡顶。

该段坡面危岩、落石发育，尤其是在风化剥蚀、顺坡向节理影响下，岩体切割成块状，易与母岩脱离滚落，对隧道洞口、桥梁墩台等工程造成影响。

3 主要风险点及坡面防护计算

通过对罗家河隧道所在斜坡坡面地形地质条件进行分析，隧道洞口下方至仰坡缓坡段区域（Ⅰ区）主要为碎石类土及风化破碎基岩，需要采取清表及防护进行处理。隧道上方陡坎（Ⅱ区）存在不利节理，地形陡峻，处于不稳定状态，需要采取刷坡及重型防护。洞口上方陡坎顶面至坡顶（Ⅲ区）主要存在危岩落石风险，特别是较大孤石，对施工及运营存在威胁，需要进行清理危石，设置防护网。

本坡面工程难点在于Ⅱ区高陡节理发育不稳定区域，结合地形地质条件，最合理的方式是对节理发育区域采取削坡清除后，对陡峭坡面采取锚索框架梁防护，通过采用理正边坡软件对Ⅱ区削坡后进行计算，得出锚索设置参数[1]。

采取极限平衡法，对坡面采取锚索防护进行滑动稳定性安全系数进行检算。边坡高度41.2 m，结构面倾角49°，结构面内摩擦角45.0°，张裂隙离坡顶点17 m，坡段倾角66.9°，容重23 kN/m3，锚杆和岩石黏结强度600 kPa。

Ⅱ区锚索框架梁计算如图1所示。

图1 Ⅱ区锚索框架梁计算

计算设置10道锚索，锚索水平间距3 m，竖向间距4 m，角度20°，锚固段长度8 m，单根锚索抗力274.4 kN，结构面总下滑力5 529.1 kN，总抗滑力7 807.3 kN，安全系数1.412，满足要求。

4 综合整治设计

4.1 Ⅰ区坡面清方，采取锚杆框架梁防护。

沿基岩面清除隧道两侧及洞顶以上Ⅰ区范围内坡面堆积体，对清除后的坡面设置锚杆框架梁进行防护。

（1）隧道洞顶以上设置9排横梁、21列纵梁（以左线为基准，左侧10列、右侧11列），隧道洞顶以下左侧设置3排横梁、4～9列纵梁，右侧设置5排横梁、7～9列纵梁。

（2）框架纵、横梁交叉节点处设置锚杆，锚杆长度为1 000 mm，锚杆与水平面下夹角为30°（靠近隧道洞顶一排，为防止锚杆与衬砌相互影响，夹角可调整为20°）。锚杆采用2根Φ22 mmHRB400螺纹钢制作。

（3）设置锚杆框架梁范围内的坡面沿基岩面清除地表坡积层。

（4）锚杆钻孔孔径110 mm，采用M40水泥砂浆灌注，隧道洞顶上方锚杆为避免与隧道工程干扰，适当旋转角度。

（5）锚杆框架下缘处边坡平台采用M7.5浆砌片石砌筑，厚400 mm。

（6）为确保施工安全，框架梁内边坡采用喷锚网防护，喷射混凝土厚80 mm，铺设Φ8 mm钢筋网，钢筋网间距@250 mm×250 mm，锚杆采用Φ22 mm钢筋制作，长2 000 mm，锚杆采用正方形布置，间距2 000 mm×1 400 mm。

（7）于洞门仰坡附近设置一道80 m长的被动防护网。

4.2 Ⅱ区刷方减载，采用锚索框架梁防护

对Ⅱ区不稳定的突出岩体采用刷方处理，刷方面自突出岩体坡脚按基岩产状倾（约66°）斜面清除开挖，刷方范围约70 m（以左线为基准，左侧32 m、右侧37 m），刷方线详见纵断面图及平面布置图，刷方坡面逐渐与两端原自然坡面顺齐，为确保刷方后陡坎的稳定，采用锚索框架梁对其进行防护。

（1）锚索框架梁沿高度方向设置11排横梁，自上而下为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11排；平行线路方向共设置23列纵梁，以左线为基准，左侧10列，右侧13列。

（2）框架梁竖向为4.0m、横向间距为3.0 m，竖梁及横梁采用C35钢筋混凝土浇筑，截面尺寸均为0.4 m×0.4 m的矩形梁。

（3）锚索设置于横梁和竖梁交点处，锚索锚固段长8.0 m，自由段长4～15 m，与水平面下夹角为20°，锚索钻孔直径150 mm。锚索采用5根Φ15.2 mm高强度、低松弛钢绞线制作，钢绞线强度等级为1 860 MPa，锚索施加初始预应力60 kN，设计锚固力628 kN；锚具采用OVM-5型。

（4）1排锚索长23 m，自由段长15 m，锚固段8 m；2排锚索长22 m，自由段长14 m，锚固段8 m；3、4、5排锚索长20 m，自由段长12 m，锚固段8 m；6排锚索长17 m，自由段长8 m，锚固段9 m；7、8排锚索长15 m，自由段长7 m，锚固段8 m；9、10、11排锚索长12 m，自由段长4 m，锚固段8 m。

（5）为确保施工安全，框架梁内边坡采用喷锚网防护，喷射混凝土厚80 mm，铺设Φ8 mm的钢筋网，钢筋网间距@250 mm×250 mm，锚杆采用Φ22 mm钢筋制作，长2 000 mm，锚杆采用正方形布置，间距2 000 mm×1 400 mm。

4.3 Ⅲ区清理孤石、危岩落石，设置被动防护网

对Ⅲ区360 m高程以上坡顶K231+910右侧15 m分布的一块径6 m左右的孤石、K231+910左侧10 m分布的一块径8 m左右的孤石进行控制爆破解小清除；对Ⅲ区360 m高程以上坡面的零星分布块径多为1.0 m左右落石的进行解小清除。于360 m高程的平台上距清除面4 m处设置一道120 m长RXI-100型（H=5 m）被动防护网。

4.4 洞口接长明洞

清方防护到位后隧道明暗分界里程调整为DK231+847，洞口里程调整为DK231+841，隧道接长6 m明洞，洞门采用端墙式明洞门，明洞上方回填2 m厚土及隔水层。

4.5 施工工艺及流程

（1）桥梁1号墩靠大里程侧设置草袋围堰进行防护。

（2）进行Ⅲ区360 m高程以上坡顶K231+910右侧孤石、K231+910左侧孤石及坡顶零星落石的清除。

（3）于360 m高程平台上距清除面4 m处设置一道120 m长RXI-100型被动防护网。

（4）采用小炮爆破沿基岩产状斜面清除Ⅱ区不稳定的突出岩体，搭建脚手架作业平台，对Ⅱ区清除斜面进行锚索框架梁工程施工。

（5）清除隧道洞口以上坡面堆积体（高程292～322 m范围）搭建脚手架作业平台，对清除坡面进行锚杆框架梁工程施工。

（6）接长明洞工程。

5 结语

（1）山岭隧道高陡边坡应根据地形、地质条件，分别针对危石、活石方面及针对坡面失稳滑塌方面进行分区定性，根据不同的区域采取不同的手段进行处理。

（2）对于山岭隧道高陡边坡，采取接长明洞，清理危石，刷方清除不稳定体，设置锚杆、锚索框架梁及设置被动防护网等多种措施进行综合治理，确保施工及运营安全。

（3）风化层较薄石质地层可采取锚杆框架梁进行处理，风化层较厚、坡度较陡的地层应采取锚索框架梁进行处理，且锚固端应位于稳定的基岩中。