高等級公路隧道淺埋段開挖方案的淺析

任軍軍

隧道是公路修建中的一個主要部分,尤其是目前對環境、土地等各方面考慮,隧道在公路中的應用呈上升趨勢,特別是在高等級公路中比重越來越大。

1 工程概況

雷家磧1號隧道位于臨縣雷家磧村北約50 m,設計為分離式,隧道兩洞中軸線最大間距約36 m。右線起訖里程K186+045～K186+500,全長455 m,太原端洞口里程樁號 K186+045,洞口底板設計高程1064.43 m,佳縣端洞口里程樁號K186+500,洞口底板設計高程1073.53 m,洞體局部出露于黃土沖溝,洞體最大埋深約55 m,位于K186+220處。左線起訖里程ZK186+045～ZK186+522,全長 477 m,太原端洞口里程樁號ZK186+045,洞口底板設計高程1064.43 m,佳縣端洞口里程樁號ZK186+522,洞口底板設計高程1073.97 m,洞體局部出露于黃土沖溝,洞體最大埋深約52 m,位于K186+240處。進出口均位于黃土梁黃土沖溝,且進出口為淺埋段。

2 工程地質條件

1)隧址區地質結構簡單,出露的地層由新至老依次由第四系上更新統()濕陷性黃土(粉土)、()黃土(粉土)、第四系中更新統()黃土(粉質黏土)組成,)濕陷性黃土(粉土)為稍濕,稍密,松軟結構;)黃土(粉土)為稍濕,中密,松軟結構;黃土(粉質黏土)為堅硬狀態,松軟結構。該隧道圍巖物理力學指標見表1。

表1 隧道圍巖物理力學指標

2)水文地質條件。隧址太原端洞口為無名黃土沖溝的右岸,佳縣端洞口為黃土沖溝左岸,溝內只有雨季時有暫時性水流匯集,一般時節干枯無水。根據地質調查及探井揭示,隧道洞體埋深范圍內未見地下水位,隧址周圍坡麓地帶及沖溝內亦未發現有泉水出露,隧道洞體埋深范圍內巖體富水性弱。但由于洞體埋深不大,巖體富水性強,雨季期間大氣降水沿土體空隙下滲,在洞體內可能形成暫時性空隙水,造成洞體內產生滴滲水現象。

3 開挖方案選擇

對于淺埋地段,由于覆蓋層薄,巖體往往較為松散,巖體本身一般不能形成完整的支撐環,支撐結構主要承受松散壓力,設計和施工中支護的強度和剛度大于一般深埋的情況。但如果將設計的支護及時有效地在隧道施工中施作,首先決定的是開挖方法。

開挖方法的選擇主要決定于影響圍巖穩定的因素,影響圍巖穩定的因素很多,主要有自然地質因素和工程因素。本隧道太原端進口K186+055～K186+120段為緊接明洞地段,埋深 5.6 m～30 m。據上述地質條件和現場地質量測,洞口淺埋段總體穩定性差,稍一開挖圍巖就會掉塊、坍塌。經分析,決定洞口淺埋段采用側壁導坑開挖方法施工,見圖1。

步驟說明:①先行導坑上部開挖;②先行導坑下部開挖;③先行導坑超前支護、錨噴支護、鋼架支撐,設置臨時壁墻支撐;④后行導坑上部開挖;⑤后行導坑下部開挖;⑥后行導坑超前支護、錨噴支護、鋼架支撐,設置臨時壁墻支撐;⑦中央部拱頂開挖;⑧中央部拱頂超前支護、錨噴支護、鋼架支撐等;⑨,⑩中央部其余部分開挖;?仰拱錨噴支護、鋼架支撐等;?拆除臨時壁墻;?模筑全周襯砌。

該方法施工時開挖高度較低,支護方便及時,能抑制垂直壓力隨圍巖變形加劇而迅速增加,減少坍塌幾率。雖然有很多優點,但開挖斷面分塊多,擾動大,初期支護閉合時間長。且拱架接頭增多,開挖高度受到限制,不利大型機械使用,而且速度慢,成本高。

鑒于上述情況,掘進10 m以后,經過現場近期一段時間的監控量測數據,拱頂累計下沉為2 cm,周邊位移累計為1.5 cm。初期支護無明顯變化,土體也較洞口密實,埋深也較洞口厚。所以改為臺階法進行施工,見圖2。

步驟說明:①上半部開挖;②拱部進行錨噴支護;③中心核部開挖;④下部開挖;⑤邊墻錨噴支護;⑥澆筑仰拱;⑦模筑二次襯砌。

要注意的是開挖時臺階長度一般為1.5倍～2倍的洞跨,在開挖施工中要根據圍巖的穩定情況,適當調整臺階長度、臺階個數,同時根據初期支護施作情況,采用長短馬口結合,錯開施工。

在圍巖較好時,使用該方法能使機械效率大大發揮出來,提高了施工進度,降低成本。但該方法一次開挖高度大,相對來說初期支護慢,但整體閉合時間縮短了。

就淺埋段而言,開挖方法還有很多,比如全斷面開挖法,分部開挖法等。隧道施工過程中,無論選擇何種開挖方法,都必須認真進行現場監控量測,特別是圍巖特征、圍巖壓力、洞周的位移、拱頂的下沉、初次襯砌的壓力、臨時支護的變形等應該作為監控量測的重點,通過現場量測及時掌握圍巖和支護結構的動態,以實現不同的特征采用不同的開挖方法,這是隧道開挖人員在施工過程中必須注意的問題。隨著高等級公路的快速發展,隧道開挖方法探討的問題還有很多,懇請各位同仁、專家批評、指正。

[1]JTJ 042-94,公路隧道施工技術規范[S].

[2]隧道施工管理實施指南[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]朱月貴,王 松.淺談九曲小凈距隧道的施工[J].山西建筑,2008,34(11):335-336.