张启超
15042819921212****
摘要：随着国家精准脱贫战略以及交通强国、绿色交通、智慧交通、交旅融合的实施，隧道在路线中的作用日益凸显。而西部山地丘陵地区地形起伏大，地质构造复杂，岩体破碎，受重力侵蚀、岩性组合、水文地质、地质构造等内部因素及地震影响、气候因素、人类活动等外部因素的影响，危岩崩塌成为典型不良地质，严重危及施工及运营安全。为保证隧道洞口施工及运营安全，研究隧道洞口危岩崩塌的机理、运动特征及防治至关重要。
关键词：高速公路桥隧；相接段滚落石；综合处理；研究
1工程概况
某隧道是某省S25线庄浪至天水高速公路工程的中隧道，隧道长814m，隧道轴线与进口地形线大角度斜交(约76°)，自然坡度为45°。表层覆盖第四系崩坡积碎石土层，松散～稍密状，厚度1～4m。浅部风化岩体及碎石土崩塌、塌滑现象严重，局部基岩裸露，为灰白色黑云母花岗斑岩，风化严重，岩体破碎受坡脚河水冲刷及重力影响发生塌落。碎块石由黑云母花岗斑岩组成，局部存在架空现象，易产生崩塌滚落。
2滚落石运动特征分析
2.1参数选取
根据左线隧道测设线地形(不利地形)，结合落石发育情况，利用Ｒockfall软件建立分析模型，对隧道洞顶滚落石的运动特征进行模拟分析。选取落石的原始数量为50个，块体质量分别取为2kg、5kg、10kg、20kg、50kg，水平和竖直速度为0．1m/s，密度为0．19kg/m3。坡面阻尼系数根据坡面覆盖层和植被特征通过选取，取Ｒt=0．84，Ｒn=0．32，摩擦角为32°。
2.2运动特征分析
根据分析得出:(1)落石的运动形态与坡面几何形状密切相关，ZK96+330～ZK96+440段以滚动和滑动形式运动，ZK96+300～ZK96+330段以弹跳形式运动。(2)受地形、重力及坡面阻力的影响，最终落点大多分布在坡脚下(ZK96+220～ZK96+290)，对隧道洞口(ZK96+317)影响较大;落石的质量越小，落点分布与坡脚的距离越远。(3)落石在地形由缓变陡点(ZK96+260、ZK96+282、ZK96+292、ZK96+320)发生弹跳，第一次弹跳发生在ZK96+320处(洞口附近)，最大弹跳发生在ZK96+260处;落石的弹跳高度随质量增加而减小，不同质量落石的最大弹跳高度分别为3．1m、2．6m、2．4m、2．3m、2．2m。(4)落石的冲击能量沿坡面从上至下不断积累，在距离坡脚越近处，落石的冲击能量越大，落石的冲击能量随质量的增加而增大，且增大趋势明显，不同质量落石的最大冲击能量分别为752．6J、2002．9J、3777．6J、7494．6J、19525．7J。结合现场调查和分析，计算结果与现场实际滚落石运动特征一致，表明该研究方法合理可行。
2.3最大冲击力分析
落石冲击力是防护结构承受的主要荷载，直接关系到结构安全。文献研究表明，日本道路公团基于Hertz弹性碰撞理论及落石冲击力试验得出的最大冲击力计算公式比较符合实际，本文计算采用公式(4)。P=2．108m23λ25H35(4)式中:m为落石质量，t;λ为拉梅常数，取1000kN/m2;H为落石高度，m。结合现场调查，对不同质量和不同高度落石的最大冲击力计算，总结得出:
(1)落石最大冲击力随落石质量和落石高度的增加呈非线性增加，且落石质量对最大冲击力的影响比落石高度影响更大。(2)当落石质量较小时，最大冲击力随高度的增大变化较小;随着落石质量增大，最大冲击力随高度的增大急剧增大，且变化更快。(3)不同质量的落石对应的最大冲击力可达8．4kN、15．5kN、24．6kN、39．0kN、71．9kN。
3滚落石综合处理
3.1地表注浆
采用50mm钢花管对隧道纵向20m，洞身横向各10m范围进行地表注浆加固，钻孔平均深度为8．5m，注浆钻孔140个，导管端头嵌入基岩不小于1m，注浆孔间距为1．5m，孔径为50mm，梅花型布置。水泥浆的水灰比为1∶1，水泥采用P42．5级水泥，注浆压力为0．6～1．5MPa。注浆采用注浆压力和注浆量双控，保证注浆加固体结石率不小于90%，以加强隧道洞顶的整体稳定性。
3.2主动防护网
根据现场调查及落石分布情况，采用柔性主动防护系统对隧道纵向50m、洞身横向各30m范围进行防护。防护系统采用16纵向支撑绳和18的横向支撑绳构成4．5m×4．5m正方形网格，并采用锚杆固定。网格内铺设4m×4m的D0/08/200型钢绳网，每张钢绳网与四周支撑绳间用8缝合钢绳缝合连接并预紧张拉，阻止崩塌落石的发生。同时，在钢绳网下铺设小网孔的S0/2．2/50型高强钢丝格栅网阻止小尺寸岩块的崩落。
3.3柔性防落石棚洞
(1)内轮廓:根据规范及桥隧建筑限界，考虑预留行车安全空间，确定棚洞内净空宽度和高度分别为12．75m和5．5m，内轮廓采用Ｒ=750cm的单心半圆。
(2)棚洞设计长度:胡川棚洞位于胡川大桥9号桥墩与10号桥台之间，起讫桩号为YK96+271．655～YK96+285(ZK96+303．655～ZK96+317)，长度13．345m。
(3)棚洞下部结构:10号桥台两侧设置0号扩大基础(220cm×220cm×200cm)，桥梁跨中设置1号桥墩(100cm×100cm)，桥墩下扩大基础(260cm×260cm×60cm)左右幅桩号分别为YK96+271．655、ZK96+303．655。
(4)棚洞上部结构:由H钢拱架、无缝钢管、工字钢、环形网和格栅网组成。
①纵梁钢架采用HW428×407×20×35，支撑于0号基础和1号桥墩上，基础顶面和墩顶预埋M20高强螺栓，采用M30水泥浆抹平，保证H型钢钢梁放置水平。为抵消梁、拱、桁架等结构在荷载作用下产生的挠度，纵向H型钢钢梁设置5cm的预拱度;为提高纵梁的抗扭性能，纵向H型钢钢梁两侧每隔50cm焊接长度为20cm，厚度为20mm的钢板。②环向拱架采用HW300×300×10×15，纵向间距为300cm，环向分为3个节段拼接，每个节段长7．85m。③环向采用50×5mm钢管连接，环向间距为150cm。拱架竖直段之间焊接I18斜撑加强联系，纵梁、环向钢拱架和斜撑均采用高强螺栓连接，50×5mm钢管与环向型钢拱架腹板焊接连接，且与翼板点焊固定。
(5)防护网:上铺Ｒ5/3/300缠绕型环形网，钢丝采用缠绕型编织方式，单个环由3单根钢丝相互缠绕5圈而成，端头搭接长度不小于10cm，且至少一处采用不锈钢质C型卡紧固件箍紧。下铺3/50×60双绞六边形网，由3钢丝编织，菱形网孔内切圆直径50mm，网块标准规格为50mm×60mm。采用长度为300cm、环向间距为100cm的22锚杆锚固于既有山体。(6)防腐设计:缠绕型环形网、双绞六边形网表层采用锌+5%铝+混合稀土防腐，防腐等级不低于A级，其余部件采用热镀锌防腐，热镀锌等级不低于AB级。
4施工组织措施
(1)清除危岩:清除洞口范围内山体坡面孤石、落石。(2)地表注浆:注浆试验，确定注浆压力、注浆时间、浆液配比等施工参数→采用钻一注一跳法先两侧、后中间，先外后里注浆。(3)主动防护网:确定锚孔孔位→钻锚孔并用高压空气清孔→注浆并插入锚杆→安装纵、横向支撑钢绳→铺挂高强钢丝格栅网→铺挂钢绳网。(4)桥隧衔接施工:洞顶截水→平整场地→测量放样→桩基→底系梁→墩柱→帽梁→梁体预制、架设→超前管棚→隧道进洞。(5)柔性防落石棚洞:基础→立柱→纵向支撑钢拱架→环向钢拱架→纵向连接钢管、斜撑→安装纵、横向支撑钢绳→铺挂高强钢丝格栅网→铺挂钢绳网。
5结论
(1)落石在坡面不同段落上存在滚动、滑动和弹跳三种运动形式，最终落点大多分布在坡脚，对隧道洞口影响较大。(2)落石的运动特征与质量相关，质量越小，落点与坡面的距离越远，弹跳高度越大，冲击能量越小;质量越大，则相反。(3)落石最大冲击力随落石质量和落石高度的增加呈非线性增加，而落石质量比落石高度影响更大。当落石质量较小时，最大冲击力随高度变化较小，随落石质量增大，最大冲击力随高度急剧增大，变化更快。(4)制定地表注浆、主动防护网和柔性防落石棚洞等综合处理方案，提出洞口段清除危石、地表注浆、主动防护网、桥隧衔接和柔性防落石棚洞的施工组织措施，确保其施工和运营安全。本文的研究具有实际价值，其运动特征分析、综合处理方案和施工组织措施可为类似工程提供参考。
参考文献
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［2］史先伟．艰险山区高速铁路隧道洞口新型棚洞结构研究［J］．铁道工程学报，2017，34(6):60-64．
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