重庆巨能建设集团建筑安装工程有限公司，重庆40010
摘要：隧道明洞、桥梁、配电房及豆腐加工房位于危岩孤石下方，危岩孤石如果下落，将产生巨大的动能，破坏力极大，如果与下方的构筑物相撞，将产生严重的后果，文章以沪蓉高速公路庙梁隧道进口W6危岩孤石抢险为背景，研究高速公路隧道明洞高陡边坡危岩孤石处理的方法，可为类似工程提供参考。
关键词：隧道明洞；危岩孤石；高陡边坡；孤石处理
引言
为了将危岩孤石清理，需采取相应的措施，重点在于如何保证该孤石在分解时一直处于静态平衡。经过多次讨论后，最终决定采用锚索+拦石缆索和主动防护网对W6孤石进行兜网加固，采用静态爆破将孤石分解，再用传输带将碎石外运至指定地点，并在施工期间辅以监控监测。
1工程概况
沪蓉高速公路庙梁隧道进口 K1481+200（云阳端）存在危岩带。根据 2018 年《庙梁隧道进口（万州方向）危岩调查报告》，庙梁隧道进口存在多达16处危岩体和1处孤石，上部厚层砂岩陡崖岩腔及裂隙发育，极易破坏失稳，威胁进口运营安全。2023年2月19日在进行W6危岩孤石分解清除施工过程中，孤石突然沿裂隙分解成 3 块（A、B、C）如现场危险俯瞰图，裂缝上宽下窄，宽度 0.3-1.6m。其中最前缘的 C 块体前倾严重，极易发生倾倒式破坏，稳定性极差。W6 孤石总体积约4500m3，其中C块体高约20m，体积约1500m3，距离下部路面约 120m，属于高位危岩体。
1.1地形地貌
地形由上至下呈平台—陡崖—斜坡的组合形态。丘顶平台地形平缓，坡角 3～10°，标高 385～393m，平台北、东两侧为陡崖地形，地形坡角多在 80°以上，高约 40m，其底部多形成岩腔，一般深 0.5～0.8m，最深 3.2m；陡崖下斜坡为陡崖与陡坡相间。总体地势为南西高，北东低，坡脚标高在 240～246m。相对高差约 145～147m，陡地形坡角 35～50°，局部达 70°。
1.2地质构造
场地地处万州主城区，在区域地质构造上位于新华夏系四川沉降川东褶皱东北端，位于万州向斜 NW 翼近向斜轴部，北靠铁峰山背斜，南临方斗山背斜， 属典型的隔挡式分布区。万州向斜走向 N20°～75°E。场区内岩层产状平缓，倾向 172～175°，倾角 5～6°，根据区域地质资料及本次调查，场地内及邻近区域无断裂构造，无构造破碎带。
2危岩孤石稳定性
W6危岩孤石为25年前因采石放炮坠落至陡崖坡脚，距离陡崖面 3-3.5m，后半部离开地形 1.2-1.5m，前半部接触地面，地面倾角约 15°。根据原调查报告和本次现场调查分析，孤石前缘地形陡，随着前缘斜坡不断剥蚀，后缘陡崖顶部危岩 W7、W10 崩塌撞击作用，孤石极易失稳。
3危岩孤石处理措施研究
3.1对W6危岩孤石采用锚索+拦石缆索和主动防护网进行兜网加固
3.1-1W6危岩孤石抢险加固措施立面图
3.1.1锚索
锚索竖向位置位于孤石中上部。锚索设计总长为 20m，锚固段长度 10m，若遇裂缝或软弱层，应保证钻孔深度裂缝后侧完整岩层内≥10m。锚索结构参数（具体详见计算书）：采用 s15.2mm 钢绞线，孔径大130mm，且满足钢绞线保护层不低于 30mm，下倾角15°，水平方向相邻锚索间距 1.5m，为避免锚固段应力集中，相邻锚索水平方向张开角度≥8°。
3.1.2锚索灌浆料
因孤石已向前倾斜，工期紧，时间就是生命。在凿锚孔时就对水泥浆、快干水泥浆、环氧树脂等灌浆料的3天抗折强度和抗压强度的平均值进行对比分析，具体参数如下表:
灌浆料名称 | 单位 | 3天抗折强度平均值 | 3天抗压强度平均值 |
水泥浆（PC32.5） | MPa | 5.3 | 25.4 |
快干水泥浆（P052.5R） | MPa | 7.4 | 43.2 |
环氧树脂等（ZN-200） | MPa | 25 | 100 |
3.1.2-1灌浆料3天抗压、抗折强度平均值表
为了更快的解决孤石前倾，更早的为锚索提供锚固力，更快的为拦石缆提供轴向拉力，通过3天抗压强度和抗折强度平均值表对比分析后，故优先选取环氧树脂作为锚孔灌浆料。
3.1.3拦石缆索
缆索主要作用为拦石网兜主筋作用，拟采用水平7根和竖向7根组成，缆索选择φ28光面钢丝绳，抗拉强度≥400KN（具体详见计算书）。缆索钢筋初始拉力标准为绷紧钢丝绳，不施加额外的预应力。拦石缆索与锚索采用绳扣进行可靠联接；联接纵向和横向拦石缆索应采用可靠的卡扣联接，保证其牢固性和绳索之间间距。横向缆索两侧设置φ50支撑钢管，钢管与缆索采用十字扣件相连，为防治缆索联接位置滑动，可采用橡胶等卷缆索连接于十字扣件。先施工横向水平缆索，再施工竖向缆索与横向缆索相连；水平缆索施工时先实施中上部缆索，再施工下部缆索。
3.1.4主动防护网
主动防护网主要作用为破拆孤石时拦防小块碎块石采用 SNS 柔性防护网，型号采用 GAR1（简单普通型）钢丝绳网，结构配置为支撑绳+缝合绳(D0/08/300 钢丝绳+ GA/2.0/50×60 双绞六边形网)，主动防护网支撑绳通过绳卡连接固定在拦石缆索上。
计算书
倾倒式危岩支护合力计算表 | ||||
项目 | 单位 | 数量 | 备注说明 | |
荷载 | 危岩重度 | γ（kN/m3） | 26.0 | |
危岩体积 | V（m3） | 1260 | 20×8×6 | |
滑体土单位宽度自重 | G（kN） | 32760 | ||
危岩背侧土压力 | E（kN） | 2860 | ||
重力与支点的距离 | e（m） | 0.7 | 位于支点内侧 | |
土压力与支点的距离 | a（m） | 7.6 | ||
支护合力与支点的距离 | L（m） | 10.3 | ||
重力力矩 | M1（kN*m） | 22932 | G×e | |
土压力矩 | M2（kN*m） | 21736 | E×a | |
计算结果 | 安全系数 | K | 1.50 | 规范规定：倾倒式危岩安全系数取1.5 |
支护合力 | R（kN） | 939.0 | （M2×1.5-M1）/L | |
示意图 |
| |||
说明： | 《地质灾害防治工程设计标准》（DBJ5O/T-029-2019）附录J | |||
锚索支护力验算表 | ||||
项目 | 单位 | 数量 | 备注说明 | |
锚筋 | 每孔锚索钢绞线的根数 | n（根） | 4.0 | |
钢绞线的公称截面面积 | Ap(mm2) | 181.4 | 直径15.2mm | |
预应力钢绞线抗拉强度标准值 | fpyk(N/mm2) | 1320.0 | ||
锚索钢绞线抗拉安全系数 | Kb（m） | 1.7 | ||
锚索轴向拉力设计值 | N1（kN*m） | 573.4 | n×Ap×fpyk/（1000×Kb） | |
锚固体与锚孔壁 | 锚固段钻孔直径 | D（m） | 0.13 | |
锚固段长度 | la（m） | 10.0 | ||
锚固体与岩土层极限粘结强度标准值 | frbk(kPa) | 360.0 | 按泥岩考虑 | |
锚索抗拔安全系数 | K | 2.0 | ||
锚索轴向拉力设计值 | N2（kN*m） | 587.8 | π×D×la×frbk/K | |
钢绞线与锚固体 | 钢绞线等效直径 | ds（m） | 0.0152 | |
钢绞线与水泥砂浆间的粘结强度标准值 | fbk(kPa) | 3680.0 | ||
锚索轴向拉力设计值 | N3（kN*m） | 2810.2 | π×n×ds×la×fbk/K | |
验算结果 | 轴向拉力 | Nak（KN） | 187.8 | 支护合力/7（7道绳索） |
锚索提供设计力 | N1（KN） | 573.4 | min（N1,N2,N3） | |
因为锚索提供设计力（N1）＞锚索轴向拉力Nak，故锚索（直径130mm、锚筋4s15.7，锚固长度10.0m）满足要求。 | ||||
说明：《地质灾害防治工程设计标准》（DBJ5O/T-029-2019）4.4节。 | ||||
3.2危岩孤石处理方式
序号 | 项目名称 | 使用材料 | 完全警戒范围 | 使用效果 | 操作复杂性 | 危险性 | 环保性 | 工作 效率 |
1 | 控制爆破 | 炸药，一般采用2#硝铵炸药，审批时间15-30天不等 | 200米 | 瞬间释放的能力足以爆破危石 | 打眼钻孔多，操作繁琐，且采取防护措施工作量大 | 危险性大，且危石下方是隧道明洞、桥梁、配电房及豆腐加工房 | 产生噪音、有害气体、爆破飞石、粉尘等 | 高 |
2 | 静态爆破 | 静态爆破碎剂：粉剂和水剂两种 | 10米 | 按破碎要求危石逐层开裂 | 操作容易，防护简单 | 安全、易管理 | 无飞石、无毒气、无粉尘 | 中 |
3 | 人工凿打 | 风镐 | 2米 | 逐点、逐层凿打 | 操作简单 | 危险性小 | 无飞石、无毒气、有粉尘 | 低 |
3.2.1孤石处理方案比选
在控制爆破、静态爆破、人工凿打危岩孤石处理方式比选中，分别从使用材料、完全警戒范围、使用效果、操作复杂性、危险性、环保性、工作效率七个方面进度对比分析，最终选择静态爆破方法对危岩孤石进行处理。
3.2.2孤石处理顺序
危岩C水平施工→危岩C竖向施工→危岩C碎石清理→危岩B水平施工→危岩B竖向施工→危岩B碎石清理→危岩A水平施工→危岩A竖向施工→危岩A碎石清理，进入下一工作循环，如下图
3.2.1-1现场危石俯瞰图
3.2.3孤石处理方法：静态爆破（膨胀破碎）
1）工艺流程：现场勘察→方案设计→施工准备→现场试配→布孔→钻孔→充填灌注→覆盖、养生→清渣，进入下一工作循环。
2）操作要点：确定所需破碎剂型号及单位体积用量、孔径、孔位、孔深和机械人员配置，并按此进行施工准备。
3）关键技术（现场试配）：按设计时确定的水灰比计算用水量和破碎剂的用量，再用量筒量取设计用水量，将水缓慢倒入量杯并用玻璃棒搅拌均匀，搅拌时间不宜超过40秒，同时记录破碎剂初始体积。
4）布孔、钻孔：按梅花排列，孔排距为孔距20cm、排距30cm。
5）孔深：钻孔深度为目标破碎体的80%~90%，孔深为1m，装药深度为孔深的100%。
6）充填灌注
a、搅拌好的破碎剂浆体，必需在5分钟以内完成，否则会影响到它的流动性和破碎效果。向下和向下倾斜的眼孔，将破碎剂拌成流质状态（浆状）后，迅速倒入孔内。
b、水平方向和向上方向的钻孔，可用比钻孔直径略小的高强长纤维纸袋装入破碎剂，用洁净水完全浸泡30~50秒，药卷充分湿润、完全不冒气泡时，取出药卷从孔底开始逐条装入，密实地装填到孔口。
c、破碎剂装填，应根据破碎体方向，规划破碎剂装填顺序，边装边退，不得经过已装填破碎剂的钻孔，防止冲孔伤人。如下图
3.2.2-1破碎体装药顺序示意图
7）覆盖、养生:灌孔后应用草垫（袋）覆盖保温，裂缝出现后，可以用水浇缝，以加速膨胀压的发生和裂缝的扩大。填充破碎剂后，一般在30分钟开始产生裂缝，随着时间的增长，裂缝会越来越大，1小时内完成破碎，再经1小时后，即可用人工和小型机械清除石渣。
3.3孤石外运
3.3.1传输带安装工程工序
施工前准备→基础交接→基础复测→坚向钢架、钢架安装→预埋钢板找平支腿安装→中间架安装→安装上下托辊组→机头、机尾安装附属设备安装→放胶带→单机空负荷试运转→负荷试运转。
3.3.2碎石转运
1）卷扬机将钢丝绳捆绑好的碎石从外侧拖至内侧操作平台；
2）将质量大于50kg的石块用炮机凿小至50kg以内；
3）用挖掘机将碎石运至传送带进口处，人工配合将碎石放入传送带上，如下图。
3.3.2-1传输带转运碎石图
3.4危岩监测
3.4.1危岩位移监测点布置：监测点分上中下三层布设，每层2~3个监测点，考虑到W6危岩后方直立岩质边坡可能受到W6危岩变形影响及运渣时该处可能有重型机械出入，拟在W6危岩后方直立岩质边坡布设4个位移监测点。
3.4.1-1危岩表层位移监测点布设示意图
3.4.2危岩裂隙监测测点布置：对W6A、W6B、W6C三块危岩的变化应进行监测，另外对W6CB、W6AC块危岩顶部之间裂隙及W6BC、W6CA块危岩竖向裂隙中部进行监测，图中三角形代表倾斜监测设备，拉线位置均跨缝布设。测点布置图见下图所示：
3.4.2-1危岩裂缝监测点总体布设示意图
3.4.3锚索索力测点布置：第二股锚索及第四股锚索索力进行监测。测点布置图见下图所示：
3.4.3-1锚索索力监测点总体布设示意图
3.4.4监测周期及频率
位移监测频率按8次/d进行，倾角裂缝及锚索赢了监测为实时监测；监测周期暂定一个月。
3.4.5危岩位移监测
W6-B危岩Y方向累计位移最大测点为C5（-12.5mm），X方向累计位移最大测点为C1（12.8mm），Z方向累计位移最大测点为C1（-38.2mm）。
W6-C危岩Y方向累计位移最大测点为C3（32.5mm），X方向累计位移最大测点为C3（40.5mm），Z方向累计位移最大测点为C1（-49.2mm）。
W6-A左平台危岩Y方向累计位移最大测点为C12（3.5mm），X方向累计位移最大测点为C12（-1.7mm），Z方向累计位移最大测点为C12（5.3mm）。
W7危岩Y方向累计位移最大测点为C7（10.9mm），X方向累计位移最大测点为C7（5.5mm），Z方向累计位移最大测点为C6（2.5mm）。
W10危岩Y方向累计位移最大测点为C4（3.6mm），X方向累计位移最大测点为C4（1.9mm），Z方向累计位移最大测点为C9（3.3mm）。
存在个别监测点位移变化量仍有增加的趋势，在后期仍有发生骤变可能，为确保运营安全，掌握危岩位移状况，应持续监测。
1）W6-B危岩
3.4.4-1庙梁隧道W6-B危岩及孤石位移监测数据信息表
工程位置 | 测点编号 | 坐标 | 2.22初值（mm） | 2.28测值（mm） | 3.7测值（mm） | 3.14测值（mm） | 3.21测值（mm） | 3.22测值（mm） | 3.23测值（mm） | 3.24测值（mm） | 3.25测值（mm） | 3.26测值（mm） | 累计变形值（mm） |
危岩及孤石位移监测 | C1 | Y | 0.0 | -7.8 | -5.1 | -7.6 | -5.2 | -8.7 | -7.9 | -5.8 | -8.1 | -6.2 | -6.2 |
X | 0.0 | 3.9 | 4.3 | 12.2 | 12.8 | 13.9 | 13.6 | 13.1 | 12.2 | 12.8 | 12.8 | ||
Z | 0.0 | -8.6 | -23.0 | -34.5 | -39.5 | -39.7 | -38.8 | -37.2 | -37.6 | -38.2 | -38.2 | ||
C5 | Y | 0.0 | 4.8 | -3.6 | -11.9 | -14.5 | -15.1 | -13.9 | -12.1 | -14.3 | -12.5 | -12.5 | |
X | 0.0 | -3.9 | -2.4 | 0.0 | 1.6 | 2.6 | 2.0 | 0.6 | -0.4 | 0.8 | 0.8 | ||
Z | 0.0 | -6.9 | -16.0 | -27.3 | -31.8 | -31.2 | -29.9 | -29.1 | -29.9 | -31.1 | -31.1 | ||
C11 | Y | 0.0 | 4.2 | -6.3 | -5.7 | / | / | / | / | / | / | -5.7 | |
X | 0.0 | -4.8 | -3.4 | 8.8 | / | / | / | / | / | / | 8.8 | ||
Z | 0.0 | -7.6 | -2.3 | 14.5 | / | / | / | / | / | / | 14.5 | ||
C13 | Y | 0.0 | / | / | -4.2 | -6.1 | -8.9 | -7.2 | -5.6 | -6.2 | -5.2 | -5.2 | |
X | 0.0 | / | / | 2.6 | 0.5 | 1.2 | 0.8 | -0.5 | -1.2 | 0.4 | 0.4 | ||
Z | 0.0 | / | / | -6.1 | -8.8 | -8.3 | -7.1 | -7.7 | -7.5 | -7.9 | -7.9 | ||
C2 | Y | 0.0 | -4.0 | -5.8 | / | / | / | / | / | / | / | -5.8 | |
X | 0.0 | 3.2 | 2.4 | / | / | / | / | / | / | / | 2.4 | ||
Z | 0.0 | -7.6 | -20.6 | / | / | / | / | / | / | / | -20.6 |
2）W6-C危岩
表3.4.5-1庙梁隧道W6-C危岩位移监测数据信息表
工程位置 | 测点编号 | 坐标 | 2.22初值（mm） | 2.28测值（mm） | 3.7测值（mm） | 3.14测值（mm） | 3.21测值（mm） | 3.22测值（mm） | 3.23测值（mm） | 3.24测值（mm） | 3.25测值（mm） | 3.26测值（mm） | 累计变形值（mm） | 备注 |
W6-C危岩位移监测 | C3 | Y | 0.0 | 16.5 | 9.9 | 22.8 | 28.0 | 25.9 | 27.4 | 29.3 | 30.6 | 32.5 | 32.5 | C14测点3月8日设点，3.23日施工破坏 |
X | 0.0 | 27.7 | 28.8 | 35.6 | 41.0 | 42.2 | 41.1 | 38.5 | 39.2 | 40.5 | 40.5 | |||
Z | 0.0 | -17.0 | -28.7 | -47.0 | -51.9 | -52.2 | -51.2 | -49.3 | -48.8 | -49.2 | -49.2 | |||
C14 | Y | 0.0 | / | / | 16.1 | 24.2 | 20.7 | / | / | / | / | / | ||
X | 0.0 | / | / | 10.2 | 23.3 | 24.0 | / | / | / | / | / | |||
Z | 0.0 | / | / | -11.8 | -19.1 | -21.4 | / | / | / | / | / | |||
|
| |||||||||||||
图3.4.5-3东坐标Y累计曲线图 | 图3.4.5-4北坐标X累计曲线图 | |||||||||||||
| ||||||||||||||
图3.4.5-5竖向坐标Z累计曲线图 | ||||||||||||||
3）W6-A左平台
表3.4.5-6庙梁隧道W6-A左平台危岩及孤石位移监测数据信息表
工程位置 | 测点编号 | 坐标 | 2.22初值（mm） | 2.28测值（mm） | 3.7测值（mm） | 3.14测值（mm） | 3.21测值（mm） | 3.22测值（mm） | 3.23测值（mm） | 3.24测值（mm） | 3.25测值（mm） | 3.26测值（mm） | 累计变形值（mm） |
W6-左平台危岩位移监测 | C12 | Y | 0.0 | / | / | 3.2 | 2.9 | 3.5 | 4.9 | 4.5 | 3.6 | 3.5 | 3.5 |
X | 0.0 | / | / | -0.6 | -1.8 | -2.0 | -2.6 | -4.1 | -1.8 | -1.7 | -1.7 | ||
Z | 0.0 | / | / | -0.8 | 3.2 | 2.7 | 3.9 | 5.2 | 6.0 | 5.3 | 5.3 |
3.4.5锚索索力监测
锚索索力监测最大值为2#锚索测点（12.8kN），个别监测点变化量仍有增加的趋势，在后期仍有发生骤变可能，为确保运营安全，掌握边坡裂缝变化状况，应持续监测。
工程位置 | 测点编号 | 通道 | 初值（kN） | 2023.2.28测值（kN） | 2023.3.7测值（kN） | 2023.3.14 测值（kN） | 2023.3.21测值（kN） | 2023.3.26测值（kN） | 累计变形值（kN） | 备注 | |
索力监测 | 2#锚索 | R | 0.0 | / | / | / | / | 12.8 | 12.8 | 3月24日设点 | |
G | 0.0 | / | / | / | / | -0.7 | -0.7 | ||||
B | 0.0 | / | / | / | / | 12.1 | 12.1 | ||||
4#锚索 | R | 0.0 | / | / | / | / | 0 | 0 | 3月26日设点 | ||
G | 0.0 | / | / | / | / | 0.1 | 0.1 | ||||
B | 0.0 | / | / | / | / | 0.2 | 0.2 | ||||
图3.4.8-2 4号锚索索力 | |||||||||||
3.4.6监测结论
危岩位移监测、危岩倾斜监测、危岩裂缝位移监测、锚索索力监测，监测期间整体位移累计值较小，日均变化量不超过1mm，存在个别监测点位移变化量仍有增加的趋势，在后期仍有发生骤变可能，为确保运营安全，掌握危岩位移状况，应持续监测。
结论
W6危岩孤石稳定采用锚索+拦石缆索和主动防护网进行兜网，W6危岩孤石破碎采用静态爆破，碎石采用传输带转运。施工期间辅以监控数据作为孤石是否倾覆或者位移的判定依据，按照此方案施工有效的防控了孤石倾覆的风险和提高了施工的安全性。
参考文献：
【1】庙梁隧道进口（万州方向）危岩调查报告 2018
【2】W6危岩孤石抢险加固措施方案设计图纸 2023.2
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