摘要：由于线路走向的限制，目前运营中的部分隧道洞口边、仰坡高陡，在长期根劈、列车振动及地震作用下，会形成崩塌、落石危害，对隧道洞口及相连路基或桥梁工程造成危害，危及行车安全。文章从隧道洞口运营期间落石病害产生的原因入手，提出了在运营期间，隧道洞口落石病害可采用的防治措施及其适用条件，并对隧道洞口上方可能产生的孤石病害，给出了受力分析公式，推导出了孤石稳定的临界条件，为今后隧道洞口类似落石病害整治提供参考。

　　关键词：隧道洞口;高陡边坡;落石;接长明洞;孤石

　　1 引言

　　在过去铁路修建过程中，由于线路向山区的延伸及受山区地形的限制，不可避免地会碰到“V”型沟谷，为了控制投资，出现了一些隧道洞门位于边坡高陡下的情况。由于线路的走向及场地的限制，一些隧道进出口的边、仰坡高陡，地质条件恶劣，在雨水、风化、列车震动及地震等自然灾害的作用下，会形成危岩、落石、崩塌等，对隧道洞口及相邻的桥梁等结构及线路造成危害，影响运营。如5.12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，造成了严重的损失。隧道投资大，一旦建成，一般情况下不会轻易改线重建。因此，在发现隧道洞口有潜在危害时，通常情况下都是采取措施进行处理。为保证线路的正常运营不受影响，研究运营隧道高、陡边坡崩塌落石病害的处理措施，保证线路结构安全及列车运行安全，显得尤为重要。

　　2 洞口边坡崩塌落石产生原因

　　高陡边坡一般为基岩地层，由于洞口部位路崭开挖深度较大，落石的危害也最严重。受区域地质构造、物理风化及一些树木的根劈作用，节理、裂隙发育，会导致山体边坡岩体切割破碎，在多次降雨、长期根劈作用、地震及列车震动等因素的影响下，也会加速岩体松动，形成危岩。边坡危岩在临空面处，在某些因素激发下，松动岩块会脱离母体，顺边坡滚落、跳跃并相互撞击和滑动。向下崩落危岩通常出现在地形坡度较陡的部位，尤其在受裂隙切割的高陡边坡。落石具有发生时间不确定、运动形式复杂、发生时间快来不及采取措施等特点。因此，要想防治危岩落石，必须根据落石产生的特点，弄清落石发生的原因，判断所有可能发生危岩落石的基本条件，采取相应的工程预防措施加以整治。

　　3 隧道洞口边、仰坡落石的处理措施

　　3.1 主、被动防护网

　　落石发生体积较小、冲击力有限，且地形条件允许时，可对边坡进行清理，清理后根据可能发生的落石的冲击能量大小，可采用相应能级的主动防护网进行预防，在一定作用下，使危石处于相对稳定状态，避免崩落，主要是以预防为主，适用于边坡落石范围比较集中的隧道洞口。防护网施工对运营隧道洞口及相邻工程影响小，只要保证施工期间不落石，就可避免对线路运营产生影响。

　　图1 主动防护网

　　Fig.1 Size chart of culvert

　　当地形条件不允许，主动防护网实施风险高、成本大，或落石范围大，落石区域不确定性因素多时，可在洞口上方设置被动防护网拦截落石，避免对洞口及运营线路造成破坏。

　　图2 被动防护网

　　Fig.2 Location diagram of the culvert and the TBMtunnel

　　主、被动防护网的类型较多，目前国内能生产的厂家也很多，设计施工中应根据地质条件、落石的能量大小、隧道洞口周边地形条件等合理选用。

　　3.2刚性、半刚性拦石墙

　　高陡边坡一般由于落石高差大，且坡面缓陡不均，差异性大，落石往往伴随有弹跳现象，拦石效果差。另外，拦石墙一般自重大，受地形条件限制，施工难度大，且在落石撞击时容易产生次生灾害，故不建议采用。

　　3.3 隧道洞口接长明洞措施

　　也可采用接长明洞的方式进行预防边坡落石，明洞长度可根据落石滚落长度进行计算确定。

　　1)落石影响范围的计算

　　落石过程可采用由瑞士布鲁克公司开发的Rockfall软件进行模拟。它是考虑了岩块的几何形状、大小和密度、初始运动方式、坡面几何形态、坡面粗糙度、法向和切向阻尼系数等基本输入参数及其不确定性特征，模拟得出落石的冲击动能、弹跳高度、运动轨迹及它们的统计结果，为我们计算确定落石对线路的影响，并结合现场落石实际情况，为线路防护段落长度提供参考。

　　2)接长明洞方案

　　接长明洞属于防治落石的被动防护方案，主要有钢棚洞和钢筋混凝土明洞两种形式。

　　(1)柔性钢棚洞方案

　　柔性钢棚洞结构主要组成部件有：钢拱架+钢绞线+端头索具+消能器+环形网+格栅网+落石防护板+支座。可采用型钢为主体结构，并预留足够的变形量，钢拱架上连接可采用Ф18 @300mm的钢绞线作为主要的吸能部件，每根钢绞线的两端分别连接消能器，钢拱架外侧设RxI～250(拦截能级2500KJ)环形网与网孔尺寸为50×60mm的双绞六边形格栅网(相关参数可根据实际调整)，在线路顶部的钢拱架底部焊接δ=2mm厚钢板，避免小粒径落石落在线路上。

　　图3 钢棚洞防护结构效果图

　　柔性结构重量轻、制作安装方便、对线路运营影响小、美观等;但强度低，承受落石冲击能力差，钢材耐久性差，需进行防锈处理，后期维护成本高。

　　(2)钢筋混凝土明洞结构

　　可根据预测的落石冲击力大小，采用30~60cm厚的钢筋混凝土明洞结构。在明洞外侧设缓冲材料，防止落石直接冲击明洞结构。

　　实际工程中，应根据工程地质条件、地形条件、以及落石的特点等合理选用。

　　桥隧相接地段，接长明洞如果没有基础条件时，可通过设置桩基础，桩基可采用Ф100~150mm的钻孔桩，桩基础上设置托梁支撑上部结构。

　　3.3 洞口上方边坡大孤石的处理措施

　　高陡边坡地段，经过长时间的风化、根劈等自然作用，有可能会在隧道洞口上方边坡上形成较大块的孤石，见下图4、5所示：

　　图4 隧道洞口仰坡孤石 图5 孤石裂隙

　　目前隧道出口大孤石处理主要有以下几种方法。

　　1)观测方案：当处于暂时稳定状态时，可采用观测方案。清理小的危石及具有根劈作用的植物树干，消除产生不利影响的外部因素，布网和设置观测点，采用高密仪器观测。优点是投资低;缺点是未彻底消除其对行车安全的隐患。高陡边坡一般位置受限，现场观测困难，线路附近地表观测，距离太远，裂缝细微变化难于识别;长期观测耗人耗力，偶然人为疏忽可能导致严重后果;也可采用仪器定时观测，设定预警值，一旦发现大孤石发生剧烈变化超过预警值时，提前预警。

　　2)网罩静态爆破方案：为不影响运营行车，对孤石可采取全面网罩、逐层静态爆破，就地人工破石，清运下山。优点是能一次根除出口巨大孤石隐患;缺点是施工要求高，不能有丝毫的差错，某个环节控制不严极有可能造成整体或部分下落，对铁路特别是相接的桥梁等工程产生毁灭性的破坏，后续有可能引起次生病害。

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