徐虎城

1 工程概況

某大型隧洞施工支洞長度達6.00 km以上，縱坡11.50%，進洞明槽長度225.00 m，開挖斷面為馬蹄形，洞徑8.60 m，上覆巖體厚度約10 m。位于剝蝕丘陵區(qū)內(nèi)，海拔高程1 150～1 200 m，地形起伏不大，一般高差10～20 m，基巖大多裸露，主要為戈壁荒漠地貌。地層巖性主要為角閃安山玢巖、輝石安山玢巖及厚層狀結(jié)構(gòu)凝灰質(zhì)砂巖，巖石堅硬。

2 洞臉邊坡地形條件描述

2.1 結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征

洞臉開挖邊坡完成上半洞清渣后，揭露巖體有斷層和裂隙。斷層：F301斷層分布于洞室輪廓線右外側(cè)，略呈舒緩波狀，總體產(chǎn)狀50°NW∠72°，走向與洞軸線近于平行，傾向洞內(nèi)，傾角72°，斷層破碎帶寬度5～30 cm，主要由片狀巖組成，夾泥厚度1～3 cm，在融雪水或雨水滲入時夾泥呈軟塑狀。在斷層上方1～2.5 m寬度范圍為影響帶，裂隙相對較發(fā)育，巖體呈10～30 cm大小的巖塊，巖塊間有泥膜充填。依據(jù)平切圖分析，若洞室全斷面開挖，在進洞10 m范圍內(nèi)，斷層從洞口向洞內(nèi)切割洞右壁巖體厚度為0～4 m，其中，在洞底附近對斷層形成切腳開挖，在洞頂右側(cè)角附近切割巖體最大厚度為3.5～4 m。

巖體節(jié)理裂隙中等發(fā)育，主要有3組：（1）NEE組：產(chǎn)狀 65°SE∠23°，一般長度3～5 m，間距0.4～1.5 m；（2）NNW組：產(chǎn)狀351°NE∠28°～48°，一般長度2～6 m，間距0.5～1.2 m；（3）NE組：產(chǎn)狀47°NW∠21°，一般長度2～5 m，間距0.8～2 m；除以上3組裂隙外，還有部分隨機裂隙。各組裂隙面多平直、閉合無充填，少量裂隙充填巖屑、薄泥或泥質(zhì)薄膜。在3組裂隙切割下，巖體呈次塊狀-塊狀結(jié)構(gòu)，一般塊體大小0.4～0.8 m（見表1）。

表1 洞臉邊坡結(jié)構(gòu)面特征表

2.2 洞臉及洞拱穩(wěn)定分析

在洞臉及洞拱頂附近發(fā)育3條較大裂隙，洞室輪廓線右外側(cè)分布有F301斷層，斷層、裂隙與開挖的洞室臨空面組合在洞頂、洞臉上方及右側(cè)形成了不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體。

洞頂偏右側(cè)L1、L3組合，L1走向35°，與洞軸線（55°）小角度相交，傾向左側(cè)（SE），傾角28°，出露長度6～7 m，張開1～3 cm，為脫空狀態(tài)，探測空腔深度約3 m，另有4 m裂隙面為張-微張狀態(tài)；L3走向60°，與洞軸線基本平行，傾向右側(cè)（NW），傾角80°，長度7～8 m，側(cè)向切割洞頂右側(cè)巖體，裂隙面較平直，L3與L1相交，構(gòu)成陡傾角倒坡，洞室開挖后，在自重力作用下塊體向洞內(nèi)塌方，在洞上方形成較大的塌落空腔。

L2與L3組合，當(dāng)上述不穩(wěn)定三角形結(jié)構(gòu)體塌方后L2與L3組合失去支撐，將形成不穩(wěn)定連鎖反應(yīng)。使L2形成底部滑面，L3構(gòu)成側(cè)滑面，巖體中存在的NNW組（產(chǎn)狀351°NE∠28°～48°）裂隙成為背后拉裂面，組成新的滑塌體，向洞內(nèi)偏右側(cè)滑移變形，經(jīng)估算洞右側(cè)上方拱角處每1 m洞深造成880～1 200 kN的偏斜壓力，作用在F301斷層面與洞室間巖體上，在洞室切角開挖后將沿斷層帶向洞內(nèi)滑移，導(dǎo)致洞室塌方破壞。

3 處理方案選擇分析

根據(jù)施工實際情況及地質(zhì)地形條件，有2種方案供選擇，第1種方案為爆破挖除不穩(wěn)組合體加上隨機錨噴支護，第2種方案為強支護。

邊坡較陡，坡腳應(yīng)力集中，邊坡存在失穩(wěn)滑動的危險，不能保證在強支護施工完成前邊坡不會失穩(wěn)滑動，邊坡一旦產(chǎn)生滑動，強支護施工將前功盡棄，也無法繼續(xù)進行下去。

由于邊坡產(chǎn)生滑動時可能的滑移面難以準(zhǔn)確地確定，因此，邊坡穩(wěn)定性計算的可靠性難以保證。而強支護方案設(shè)計時需對邊坡穩(wěn)定性進行準(zhǔn)確計算分析，強支護方案用于洞臉邊坡處理安全難以保證。

若選擇爆破挖除不穩(wěn)組合體加上隨機錨噴支護，由于滑移面還未形成，可參照有關(guān)規(guī)程規(guī)范，結(jié)合工程經(jīng)驗，按巖體的最優(yōu)穩(wěn)定坡比挖除不穩(wěn)定組合體，不必對邊坡進行穩(wěn)定性計算分析，也不必確定邊坡破壞時的滑移面。

若選擇爆破挖除不穩(wěn)定組合體，順洞線開挖深度10 m，經(jīng)計算開挖量為1 860 m3，加上邊坡隨機錨桿+噴護，預(yù)計投資10萬～11萬元，處理效果安全可靠，處理工期可控。如采用強支護（用超前錨桿+系統(tǒng)錨桿+鋼拱架+厚度20 cm混凝土噴護）進洞，需投入9萬～10.5萬元，但考慮到作為永久交通及檢修洞室，后期不穩(wěn)定體有較大的安全隱患；工期影響也有不確定性。

經(jīng)對地質(zhì)條件科學(xué)分析，通過對安全、工期、費用投入、施工難易程度以及安全性比較，確定采取爆破挖除方案相對簡單易行，安全可靠。

為確保工程安全，進洞位置向前推進10 m，采取爆破開挖對洞臉邊坡不良地質(zhì)體進行拆除，巖土分界處設(shè)置馬道，洞臉開挖坡比1∶0.5。總體施工程序是自上而下分層施工，先覆蓋層開挖，后石方開挖。洞頂以上石方開挖，采用潛孔鉆造孔梯段爆破，邊坡預(yù)裂爆破；洞頂以下石方開挖，采用氣腿式鑿巖機鉆孔，光面爆破，如圖1所示。

圖1 洞臉邊坡處理斷面示意圖

4 施工方法

4.1 爆破方法

預(yù)裂爆破采用潛孔鉆鉆孔，炸藥選用2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑32 mm，嚴(yán)格控制周邊孔的孔距（一般是鉆孔直徑的7～15倍），預(yù)裂爆破裝藥采用不耦合裝藥。梯段爆破高度9.3 m，潛孔鉆鉆孔，炮孔梅花形布孔，硝銨炸藥爆破。明洞段圍巖類別為Ⅳ類，采用氣腿式鑿巖機鉆孔，開挖高度9.57 m，斷面面積120.2 m2，水平鉆孔，光面爆破，循環(huán)進尺3.5 m，光面爆破裝藥采用不耦合裝藥。

4.2 洞臉邊坡支護施工

洞臉邊坡爆破處理結(jié)束后，用錨桿掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土支護。邊坡布設(shè)Φ25 mm、L=3.0 m砂漿錨桿，間排距1.5 m，梅花型布置；掛Φ8@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)；噴C25混凝土，厚10 cm。邊坡支護穩(wěn)定后，用雙排超前中空錨桿臺階法開挖方式安全進洞。

5 結(jié)語

綜上所述，高邊坡洞臉開挖，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件出現(xiàn)較大變化時，應(yīng)對邊坡穩(wěn)定性進行分析，調(diào)整施工方案，洞臉高邊坡開挖施工前，確定開挖方法、支護措施和洞口邊坡加固方案。進洞施工中，洞口段均為裂隙發(fā)育的軟弱圍巖，施工中極易滑塌，各施工工序之間的距離要盡量縮短，并盡快對高邊坡掛網(wǎng)噴護全封閉，以減少圍巖的暴露、松動和風(fēng)化。高邊坡及進洞口處實施監(jiān)控量測，開挖到位后設(shè)置地表沉降及偏移監(jiān)測點，實時監(jiān)測，及時反饋情況，以便調(diào)整施工方法。

進洞口施工應(yīng)堅持“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則；在進洞口開挖前進行超前支護，必要時用雙排注漿中空錨桿加固。應(yīng)加強地形和洞口的觀測監(jiān)控，及時提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，隨時調(diào)整和優(yōu)化方案，用動態(tài)管理指導(dǎo)施工。

目前隧洞進洞口從開挖量大、較厚覆蓋層、兩側(cè)高邊坡進洞方案向小開挖、零開挖的方向發(fā)展。當(dāng)下施工技術(shù)不斷進步，新工藝、新材料、新技術(shù)組合使用。針對不同的地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)選擇安全、經(jīng)濟、易于施工的進洞方法，依然需要實踐檢驗、不斷開拓、共同學(xué)習(xí)借鑒。