政和至松溪寨岭隧道洞口高边坡处冶方案

■纪红媚

（福建建工集团有限责任公司，福州 353000）

福建省地质条件复杂，山多且地形高差大，坡陡险峻，公路时常穿越崇山峻岭，隧道大多为浅埋隧道，围岩等级高，覆盖层薄，洞口常偏压严重，开挖施工造成的土体扰动，易导致边坡发生变形，进而产生裂缝、滑坡、坍塌，严重影响施工和交通安全；因此，须对隧道洞口高边坡处治方案进行深入研究。 本文以国道G353 政和至松溪寨岭隧道A1 标段项目为例，详细介绍了预应力锚索框架梁对隧道洞口高边坡的处治方法，该方法对地质条件较差的高边坡遇到支护破坏后重新修复施工的工程具有重要的借鉴意义。

1 工程概况

1.1 边坡地形情况

寨岭隧道全长2023 m，单洞双向车道，属长隧道，其中A1 标段施工长度为443 m。 隧道区属低山丘陵地貌，下缓上陡，地形高差大，山脊（顶）陡峭，进口处地面高程为315～375 m，出口处地面高程为325～375 m，隧道轴线最大海拔标高560 m，自然植被发育良好。 本标段共有4 段路基边坡防护工程，分别为：①K0+125～K0+160 段；②K0+345～K0+390段； ③K0+420～K0+465 段； ④K0+783.506～K0+863.506 段， 其中K0+783.506～K0+863.506 段属于高边坡设计段落，寨岭隧道洞口实景及高边坡处治施工过程如图1、2 所示。

图1 寨岭隧道洞口实景

1.2 边坡地质岩性

K0 +783.506 ～K0 +863.506 段最大坡高约26.0 m，中心挖高约5.0 m，坡体地层主要为石英片，碎块状强风化，岩体破碎，结构松散，围岩级别为V 级。覆盖层埋深浅，产状L1：240°∠55°；L2：5°∠75°；L3 片理：130°∠50°，其结构面赤平投影如图3 所示，可知边坡岩层片理倾向与坡向呈小角度顺倾，为不利结构面，对边坡稳定性不利。

图2 寨岭隧道高边坡处治实景

图3 进口坡面与片理、节理裂隙关系赤平投影图

2 高边坡设计方案与计算

2.1 边坡设计思路

根据地质勘查和测绘资料，K0+783.506～K0+863.506 段地质情况自上而下分别为： 坡积粉质粘土、全风化石英片岩、砂质强风化石英片岩，边坡稳定性较差。 该段高边坡处于隧道出口处，考虑洞口浅埋偏压， 隧道开挖施工过程中极易出现坍塌，同时测绘显示，原省道临近路段边坡开挖后由于坡面防护较差，已出现多处溜塌。 综合考虑以上情况，边坡施工过程中必须加强坡面防护， 坡顶设截水天沟，坡体设水平排水，做好截、引排水措施。

2.2 边坡设计方案

根据现场地形、地质条件，边坡不能按常规方法进行正常刷坡。 边坡主要采用C20 砼坡脚镶边、喷播种子防护、路堑TBS 镀锌网植草（灌）防护、路堑TBS 镀锌网（锚杆）植草（灌）防护、C20 骨型拱架，其中K0+783.506～K0+863.506 段采用预应力锚索框架梁坡面加固，确保边坡稳固。 总平面布置如图4 所示。

图4 隧道K0+783.506～K0+863.506 段总平面布置图

2.2.1 边坡支护方式

边坡第1 阶采用8 m×10 m 预应力锚索框架梁防护，第2 阶采用6 m×10 m 预应力锚索框架梁防护。 锚索使用6 束直径为150 mm 的无粘结预应力钢绞线，锚索长20～24 m，锚固段长不小于12 m，设计拉力600 kN，坡顶设置截水沟。 处治设计剖面图如图5 所示。

图5 K0+783.506～K0+863.506 段高边坡设计支护剖面图

2.2.2 边坡排泄水系统

闽北地区季节性降雨时间长，频繁降雨易出现冲沟和滑坡坍塌。 该边坡排泄水系统采用坡顶设置C20 砼截水沟、边坡平台设置C20 砼沟渠，并在边坡部分区域设置支护盲沟、边坡渗水沟及关键部位导流排水沟，增加边坡排泄水能力。

2.3 边坡设计方案计算

本项目为二级公路路堑边坡，为了验证方案可行性，设计计算采用专业软件Slope/W，选用较为严格的刚体极限平衡方法——Morgensten&Price 法[1]。根据地勘报告确定岩土参数条件，考虑边坡加固工程实施之后发挥作用的状态，进行稳定性定量分析与评价，计算参数选取如表1 所示。 计算结果显示，边坡开挖后，未加固时边坡稳定性系数为1.012（图6），不满足规范要求；加固后，正常工况下边坡稳定性系数为1.152（图7），满足规范要求，说明该边坡处治方案有效，可确保边坡稳定性。

图6 边坡未加固稳定性系数

图7 边坡加固后正常工况稳定性系数

表1 边坡岩土力学指标

3 施工过程控制

施工过程是设计方案落实的重要环节，是施工质量的重要保证。 着重从以下几点对寨岭隧道A1标段施工质量进行把控。

3.1 石质路堑施工

开挖前，应先根据现场实际地面高程及边坡坡率计算出边坡坡顶开口位置（开挖边界）。 由于闽北山区降水频繁且短时降水量大，路堑坡顶截水沟需优先完成，及时引排泄水，确保边坡稳定。 采用潜孔钻+液压镐方式对边坡进行开挖破碎， 具体操作如下：（1）根据放样位置及深度进行钻孔，边坡及平台位置加密钻孔并注意钻探深度，严禁超钻，钻孔分层钻孔，每次钻孔深度不大于2 m；（2）采用液压镐对孔位岩石进行冲击破碎或剥离，边坡附近应及时修整；（3）先将路堑一级施工平台破碎到位并对坡面修整后，再进行下一级边坡的破碎和修整施工。 为防止截水沟基坑被雨水冲刷，基坑开挖后应立即用片石铺砌，保证石质边坡坡面平整，并及时清除坡面危石。 同时，修整过程中应控制液压镐的抗压强度，避免坡度损失或坡度过大。

3.2 锚索框架梁施工

预应力锚索框架施工是本工程的重难点，工期长，施工工序及工艺多，施工期间若遇持续降雨，雨水渗入坡体，易出现坍塌，大大增加施工难度，处理不当还会出现大范围坍塌。 因此，应注意以下控制要点：（1）坡面修整。 按规范要求自上而下使用人工分层修整，每一层开挖高度和锚索上下横梁的间距相等，开挖至下级平台后再开挖格梁基础，土质边坡要及时用土工布等养护材料全坡面覆盖，防止边坡被雨水和地表水冲刷出冲沟；（2）施工锚孔。 根据地质勘探报告及现场实际情况，对于地质松软饱水等容易造成锚索施工中塌缩孔及卡钻头的岩层进行破碎，锚索施工采用跟管钻进技术，为保证锚索孔壁的粘结性，且施工时不恶化边坡岩体的工程地质条件，锚索钻孔采用干式钻孔成孔工艺；（3）锚固注浆。 一般地层进行一次性注浆，即自由张拉段和锚固段同步注砂浆，采用孔底返浆法，压力为0.5～0.8 MPa， 注浆持续到孔口出现溢浆且持续时间不低于5 min[2]，注浆结束砂浆凝固收缩后及时补浆注满，通过试验，可以在浆液中加入适量的早强剂、减水剂，提高早期强度和和易性；（4）钢筋混凝土框架梁施工。框架梁的坡度为45°，采用C30 现浇混凝土整体浇注。 格梁混凝土浇筑前先处理边坡平台纵梁基础，格梁基础从下挖不小于50 cm，置于完整的岩石基础上[3]，在完成坡面修整和格构梁基础沟槽开挖后，在基础斜面上铺设2 cm 砂浆找平层，再进行钢筋制作和安装。 混凝土浇筑前，对锚孔周边涉及到钢筋密集的地方，做好施工前自检，施工期间注意振捣，梁浇筑施作完成后折模养护7 d；（5）锚索张拉。 本项目采用压力分散型锚索，整体张拉锚索前，先补偿张拉各单元间的差异荷，再分5 级按有关规范或规定施加锚索的预应力，分别为设计值的25%、50%、75%、100%和110%[4]。每级荷载施加后，观测不小于10 min，张拉锁定后经检验切除锚索多余的长度。 张拉质量控制采用“双控法”。

3.3 喷播植草施工

喷播草种依据政和当地地温、气温、降雨量、风向、风速等条件选择春季施工。 施工顺序为：边坡坡面清理改良→施喷杀虫菌剂→机械液压喷播草籽→覆盖无纺布→种植地表灌木→喷水养护→揭膜。 草种、灌木种先进行预处理，保证草籽发芽率；在幼苗生长的后期， 注意定期给幼苗浇水和施肥；成坪后加强养护工作，针对性地喷洒农药，锄草施肥，病虫害以防为主，防治结合。

4 边坡安全监测

K0+783.506～K0+863.506 标段边坡在施工期间遭遇连续强降雨，雨水渗入边坡土体，易造成滑坡、崩塌等不良地质现象，降水期间需做好时实监测和预报工作，实时掌握边坡稳定性状态。 本工程采用深孔位移和锚固应力2 种监测方式对边坡稳定性进行评价。

4.1 安全监测点位布设

根据边坡坡度、高度以及岩层土体情况布设1～5 个监测断面， 每个监测断面布设2～3 个深孔位移监测孔， 监测点的埋设数量根据边坡实际情况调整； 监测孔深度根据边坡高度及坡体地质情况确定，深度以15～40 m 为宜，确保监测孔进入稳定地层2～5 m 以上。 监测孔成孔清孔后，立即放进PVC测斜管，锁定接管螺丝。

4.2 监测结果

2020 年9 月5 日—2021 年5 月28 日期间，X、Y、U 方向的深部位移监测结果（图8～10）显示，锚索框架梁深部位移监测曲线逐渐呈“大肚子”型，具有中间大，上下两端小的特点，表明端部位移受到了约束作用，边坡位移已逐渐趋于稳定，边坡加固已取得良好效果。 同时，锚索应力监测结果（图11）显示，锚索应力开始急剧变化，变化速率逐渐变小，直至趋于稳定，与深部位移监测结果一致，表明边坡位移此时已趋于稳定。

图8 K0+854 段X 方向累计位移—深度曲线

图9 K0+854 段Y 方向累计位移—深度曲线

图10 K0+854 段U 方向累计位移-深度曲线

图11 K0+822～K0+854 段锚索预应力

5 结语

G353 政和至松溪寨岭隧道于2020 年3 月10日正式开工建设，2021 年7 月15 日完成交工验收，实际运营效果良好（图12），可为同类高边坡工程的设计及施工提供很好的借鉴作用，具有很高的推广价值，具体如下：（1）工程建设过程中应通过对施工现场地形、地质条件的综合分析，选用科学合理的边坡设计施工方案，并采用分析软件对设计方案进行验证；（2）施工过程的质量是设计施工方案落实的重要环节，从石质路堑边坡开挖、锚索框架梁施工、喷播植草施工3 个方面进行质量把控，确保了工程施工质量；（3）监测数据可有效反映边坡后期运行状态，通过深孔位移计和锚固应力监测结果分析边坡的稳定性， 及时反映边坡内部岩体运行状态，及时规避风险，确保边坡安全稳定运营。

图12 边坡施工成果