中国天眼高边坡防护施工技术

中国国家科学院天文台在建的500m口径球面射电望远镜工程（Five hundred meters Aperture Spherical Telescope，FAST），是目前为止世界上第一大单口径的射电望远镜工程，在FAST建成并投入使用后，其会成为未来20～30年世界领先水平的标杆。此望远镜工程台的具体位置在贵州省黔南州的大窝凼，该地区具有的岩溶地区洼地的独特地势能在最大程度上被利用。

FAST需要在洼地中铺设4600块反射镜，用来构成半径达300m的球型发射面，宽度为12m且位于直径为506m的圆周上的50个圈梁支撑柱来对反射面进行支撑，反射面的球冠口径为500m。

因为受到环形道路挖掘工作和圈梁的影响，在场地东北侧及南侧地势较高处及1H、3H、5H、7H、9H馈源塔处形成了高大岩质边坡，部分挖方边坡高度甚至＞100m。基于此，本文借助FAST台址开挖工程，探讨岩溶洼地独特场地下边坡防护的施工技术，希望能为后期在岩溶地区开展相关的边坡防治和治理工作提供技术保障和借鉴。

1　场地工程地质条件

1.1　地层岩性

从整体的结构来看，大窝凼是明显的U字型岩溶洼地，地层的岩性由场地基岩岩性、崩塌块石堆积体、黏土分别作为三叠系中统凉水井组下、中、上3段，也就是T2l3白云质灰岩、T2l2含泥灰岩和T2l1白云质灰岩。

1.2　地质构造

场地的位置在克渡向斜的东翼，褶皱构造发育不完全，董当断层F1从此区域的场地中部呈南北向贯穿。在场地南垭口处公路已揭露了该断层破碎带和断层产状，其中断层破碎带的宽度约为30m，断层产状为270°∠60°，断层泥及断层的角砾岩均发育，角砾岩的大小不一，但都被钙质胶结，局部地方还存在被钙质浸染及后期溶蚀的现象。而且，次级断层和溶蚀裂隙在破碎带中也存在不同程度的发育，但裂隙多被碎石黏土填充。断层两盘岩层的产状变化较大，其中西盘岩层的产状较为陡峻，倾向为310°～320°，倾角在25°～31°之间；东盘岩层的倾向为40°～50°，倾角在4°～12°之间两盘岩性相同。断层为张性正断层。

2　边坡稳定性分析和支护

以专业的勘察报告为基础，结合其中给出的岩土力学指标和相关参数（见表1）、场地岩土工程的特性和岩溶地区类似的相关工程经验，讨论分析了边坡的稳定性，根据设计文件：开挖中心南东320m处边坡（WFBP1）边坡坡面按1:0.1放坡，每10m加设2m宽平台；1H、3H、5H、7H、9H馈源塔边坡坡面按1:0.3放坡，每10m加设2m宽马道。各边坡的开挖和支护情况见表2。

表1　边坡力学参数表

表2　边坡开挖及支护

注：各边坡坡面均按每20m设置伸缩缝，坡面按横纵间距5.0m梅花形设置泻水孔。

3　施工工艺

3.1　锚杆挂网喷砼施工

（1）坡面清理。首先进行刷坡处理，务必保证坡面的平整性，不能出现浮石。

（2）钻孔。运用岩石钻完成钻孔操作，在钻孔时，假若钻头磨损太过严重，就要进行更换，进而使孔径大小保持一致，相较于设计深度来说，锚杆钻孔深度应该更深50cm，并且允许的定位偏差范围在20mm以内，偏斜度应≤5mm，孔径的允许偏差范围在5mm以内，结束钻孔操作后，要运用高压空气有效清洁钻孔中的石屑。

（3）锚杆加工。锚杆一定要预先处理妥善并且运送至指定位置，锚杆上套丝一定要多套5～10cm的丝，并且所有锚杆对应的螺帽都要拧上，锚杆上间隔2m要设计一道对中器，并且保证锚杆处于居中状态，不能出现敲击碰撞的现象，冬季孔口一定要设置保暖设备。

（4）注浆。锚孔经检验后，若达标，就可以插入锚杆，并且锚杆注浆一定要把压浆管伸到孔底100mm深度处。注浆材料应该基于试验室设计的配合比来开展作业，其中可以添加早强剂及微膨胀剂。注浆一定要从孔底开始，并运用专用的注浆机。

（5）喷底浆。喷底浆使原本凹凸不平的坡面具备良好的平整性。

（6）挂网作业。假若底浆强度达到80%，从上到下布置钢筋网，把预制铁丝网框条架基于相关标准在锚杆上紧固，之后要及时安设预制铁丝网。

（7）喷面层浆。从上到下重复喷射混凝土，次数控制在2～3次，直到铁丝网全部被覆盖，并且厚度满足相关标准。

（8）养护。初凝后就要及时洒水养护，时间控制在7～10d，每24h洒水3～4次。

3.2　格构锚索施工

3.2.1　机械钻孔

（1）钻孔深度。为了得到理想的锚孔深度，相较于设计深度而言，钻孔深度应该高出0.5m。

（2）突发状况防治。基于钻机实际性能及锚固地层情况，有效把控钻孔速度，避免出现钻孔扭曲及变径等问题，进而出现下锚难度加大或是其它突发事件。

（3）锚孔清理。运用高压空气有效清理孔内岩粉与积水，在最大程度上确保水泥砂浆和孔壁岩土体之间的粘结性。

（4）检测锚孔。等到锚孔的成孔操作全部完成后，需要现场监理进行严格的检测，假若结果达标，才能开始后续操作。

3.2.2　锚索制作及安装

锚索的制作在有防雨设施的加工厂完成，以实际钻孔的深度和锚具的长度为基础使用钢尺进行丈量，在进行切割作业时，严禁使用电弧，必须按照要求使用砂轮进行切割作业。使用20号的铅丝对下料切口的两侧进行绑扎，防止在完成切割作业后切口自行散开。自由段钢绞线按设计要求进行防锈处理、涂黄油并外套PVC软管。

锚索入孔时安设定位器一定要保障对中，插入孔内深度≥锚索设计长度的95%。锚固段安装灌浆管，灌浆管由孔口经张拉段，穿过定位止浆环直至导向帽，用于锚固段的注浆。一般情况下，注浆管头部到孔底最合适的距离为100mm，而且要尽量保证锚束放入的角度和钻孔的角度一致。如果发现孔壁出现坍塌，则应及时对其进行重新清理和疏通，直到能顺利地送入杆体为止。

3.2.3　压力注浆

注浆方式选取二次注浆法。

（1）一次常压注浆。一次注浆工艺和压力、锚杆注浆没有明显区别。在完成注浆操作后，要针对浆液回落状况进行观察，假如回落，要第一时间进行补浆操作。并且，在实际注浆施工中要做好记录。

（2）二次高压注浆。假若地层相对软弱，要想使锚固段的抗拔性能得到强化，就要选择二初高压劈裂注浆的方式。在一次注浆结束后的4～5h内开始二次注浆的施工，浆液首先运用规格M30的水泥砂浆，并且注浆压力应该控制在设计要求以上。

3.3　格构梁施工

3.3.1　基础底面处理

基底借助2～5cm水泥砂浆完成找平施工，假若边坡存在超挖较大悬空的区域，就可以运用浆砌片石进行嵌补。

3.3.2　钢筋加工、混凝土浇筑及养护。

（1）钢筋加工、绑扎、下料、弯制、焊接一定要基于相关设计原则与工艺规范进行。

（2）在混凝土灌筑施工中，一定要借助振动棒对混凝土进行不间断的振捣作业，以促进其密实性的有效提升。尤其是对于锚孔周围的混凝土而言，因为钢筋具有较高的密实性，所以一定要有效振捣，进而保障混凝土质量。

3.3.3　稳固相关物件

在进行混凝土的浇筑作业前，需要先将锚具之中的钢套管、锚垫板、螺旋钢筋等物件依照规划标准稳固在梁钢筋之上，方向和锚孔的方向维持一致，并摆放规整。

4　结语

综上所述，本文以FAST台址的边坡工程为背景，探讨了岩溶洼地条件下高陡岩质边坡的开挖及治理方式。总结起来，此类特殊环境下的高陡岩质边坡治理还需注意以下问题：

（1）在开挖高边坡前，应该完成临时排水设备，并且修建坡顶截水沟，避免在实际挖掘中，因为地表水的冲刷侵蚀导致边坡坍塌问题。

（2）由于坡面节理裂隙发育，岩体较破碎，再加上爆破开挖的影响，即便采用光面爆破法，也极易在坡面形成大小不一的破碎岩块。因此，为了保障施工期间的安全及后期锚喷支护的效果，必须先对坡面进行清坡处理。

（3）边坡的开挖支护过程中采用信息化施工。由于前期勘察精度的限制及地质条件的复杂性，施工中应将开挖过程作为对边坡进行再认识、再勘察的过程来进行。施工过程要及时编录施工地质情况，根据施工实际地质情况在必要时提出反馈、变更设计建议，以实现信息化施工，优化和提高边坡支护工程的效果。

（4）边坡的安全性监测。为确保安全施工及工程后期的运行安全，需要在整个施工的过程中对边坡加强巡视和监测。需要监测的部位包含开口线上部的岩体和开挖形成的结构面，巡视检查作业主要依靠人工来完成，如发现边坡外部异常情况，及时汇报以便能尽快采取措施确保边坡安全。

参考文献

[1]周德培，钟卫，杨涛．基于坡体结构的岩质边坡稳定性分析[J]．岩石力学与工程学报，2008，（4）.

[2]南仁东．500m球反射面射电望远镜FAST[J]．中国科学G辑：物理学、力学、天文学，2005，（5）.

收稿日期：2018-07-03

作者简介：袁恺（1979-），男，湖北天门人，中铁十一局集团第二工程有限公司工程师，研究方向：路桥施工。