龍門嶺隧道洞口淺埋軟弱圍巖段設計及施工

宋鵬翀

(黃山市交通建設總公司，安徽黃山 245700)

1 工程概況

龍門嶺隧道位于太平區甘棠鎮城邊，為單洞雙向行車隧道。隧道樁號K6+314～K7+433，全長1 119 m，主洞限界凈寬9 m，凈高5 m。隧道主要穿越砂巖、花崗巖地層，圍巖級別較低，完整性較差。

隧道洞口Ⅴ級淺埋段長約60 m，巖土體主要是亞粘土、全～強風化花崗閃長巖，其中亞粘土夾少量碎石土，層厚1.4 m，遇水易軟化;花崗閃長巖風化強烈，結構、構造已全部改變，層厚11.6 m。地下水豐富，仰坡穩定性極差，施工時易產生崩塌。

地下水豐富、圍巖差是造成進洞和施工困難的兩大主要原因，所以治理水患和加強圍巖穩定性成了我們要解決的首要問題。

2 洞口設計

針對龍門嶺隧道洞口段特殊的地質條件，應嚴格控制邊仰坡的坡度，盡量采用“零開挖”進洞方案，避免大挖大刷。通過多方案對比分析，最終選擇削竹式洞門結構，實現了隧道早進晚出，同時又降低了邊仰坡高度，減少了防護工程量。

具體設計方案見圖1，圖2。

圖1 龍門嶺隧道甘棠端洞門側面圖

圖2 洞口效果圖

由于洞頂上部有一自然沖溝，常年有水，雨雪季節水流大且急，洞頂覆蓋層較薄，對隧道施工和竣工后的運營不利，存在著極大的安全隱患。因此，在開挖施工前，應對水流截流引排。通過對現場情況的調研分析制定了如下處理方案:在K7+400處設置片石混凝土擋墻，左右側做3m×2.8m×2m的鋼筋混凝土排水溝排水，同時對洞頂低洼處進行回填壓實。K7+433～K7+506.659段為挖方，開挖后為流砂堆積而成，水位高。故將該段反挖至路床底，換填透水性材料，并在兩側做滲水盲溝，滲水盲溝底部在路床以下80 cm，將水排到路基之外，降低地下水位，保持路基和套拱基礎底部相對干燥。

3 洞口段支護設計及施工技術

3.1 支護設計

龍門嶺隧道采用超前大管棚進洞。管棚采用外徑108×6 mm的熱軋無縫鋼花管，每段長4 m～6 m，分段拼裝達到超前支護長度，導管上鉆注漿孔，孔徑20 mm，孔間距20 cm，呈梅花形布置，尾部4 m留不鉆孔的止漿段。管棚沿套拱外輪廓周邊以1°～3°外插角打入，環向中心間距40 cm，長度為30 m。注漿材料用1∶1水泥漿，注漿壓力為1.0 MPa～2.0 MPa。

管棚示意圖如圖3所示。

圖3 洞口大管棚布置圖

隧道采用新奧法施工，洞口淺埋段選用Ⅴ級加強復合式襯砌。具體支護參數如下:初期支護采用Ⅰ18工字鋼拱架，縱向間距60 cm，由Φ22的縱向鋼筋連接;沿洞周環向布置3.5 m長中空注漿錨桿，間距60 cm×100 cm呈梅花形布置，尾部與鋼拱架連接;φ8@20 cm×20 cm單層鋼筋網，焊接于鋼拱架上;24 cm厚早強噴射混凝土。二次襯砌采用45 cm厚C30鋼筋混凝土。

對洞口淺埋段二次襯砌配筋的合理性進行了計算驗證，具體計算結果見表1，圖4。

表1 拱圈各極值點內力及配筋一覽表

經過計算分析，31號單元安全系數為2.422，裂縫寬度為0.183 mm，滿足規范要求。68號單元安全系數為2.091，裂縫寬度為0.359 mm，考慮68號單元在仰拱處，為小偏心受壓構件，破壞由混凝土受拉控制，安全系數略小于規范系數2.4，裂縫寬度略大于規范的背水側0.3 mm，仰拱處配筋略顯不足，但考慮隧道內回填及路面等有利荷載未計入，實際仰拱處受力可滿足安全要求。

圖4 洞口段二次襯砌計算內力圖

隧道施工過程中，初期支護和二次襯砌的施作時機尤為重要。開挖出渣后應立即噴射混凝土封閉巖面，并及時施作錨桿、掛網、鋼拱架等初期支護措施。二次襯砌的施作應緊密結合監控量測的反饋結果，主要的判斷標準有:1)隧道洞周圍巖基本穩定;2)水平收斂速率小于0.2 mm/d，或拱頂沉降速率小于0.15 mm/d;3)洞周收斂量達到預計總收斂量的80%以上。

3.2 施工工法及現場監控量測

龍門嶺隧道洞口淺埋段圍巖級別低，施工難度大。選擇合理、經濟的施工工法，是確保施工質量安全的重要因素。該隧道洞口淺埋段采用二臺階預留核心土法開挖施工，共分為7個階段:超前小導管預支護;上臺階開挖;上臺階噴錨支護;核心土開挖;下臺階開挖;下臺階噴錨支護;設置防水層并澆筑拱墻二次襯砌。具體施工步驟如圖5所示。

圖5 洞口段隧道斷面施工過程圖

隧道開挖過程中必須嚴格控制開挖進尺，正確把握初期支護和二次襯砌的施作時機，始終堅持“管超前、漿嚴注、短進尺、弱爆破、強支護、早封閉、勤量測”的原則。

現場監控量測是新奧法施工的重要組成部分，通過對監測數據的分析反饋，能夠及時的掌握圍巖的變形情況，準確的把握二襯的施作時機。龍門嶺隧道淺埋段施工采用的監控量測項目主要有:對地質和支護狀態的觀察、周邊收斂、拱頂下沉、地表下沉、圍巖壓力、錨桿軸力以及剛拱架的內力等。每次量測后應及時處理數據，掌握圍巖的變形情況，分析初期支護參數的合理性，判斷有可能發生的危險情況并提出解決方案，把握二次襯砌的施作時機等，并將結果反饋到施工現場，以便更好地指導施工。

4 結語

龍門嶺隧道洞口不良地質及淺埋段的施工處理方案，保證了隧道安全順利進洞，確保了隧道施工質量安全以及合理安排施工組織計劃。通過對該不良地質段的治理進行綜合分析，得出如下結論:

1)富水隧道洞口施工應采取截流引排，降低水位等水患治理措施，為洞口創造良好的施工環境。

2)洞口軟弱圍巖段應采用大管棚預注漿、超前支護及地表預注漿等施工技術，提高圍巖的穩定性，確保隧道順利進洞。

3)施工過程中應嚴格遵循新奧法，合理選擇開挖方法及施工工序，盡量縮短各工序的時間，把握支護的施作時機，加強監控量測并優化支護參數，以確保隧道安全施工。

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