蓋挖法在隧道設計施工中應用探討

郭 福

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

隨著公路事業的蓬勃發展，越來越多的公路逐漸進入大山。特別是高速公路對路線線形要求較為嚴格，大量的傍山隧道誕生了。一些隧道軸線與等高線小角度斜交，如按常規明洞設計需要大開挖山體，工程量巨大，對自然環境破壞嚴重。按照隧道的設計理念：隧道洞口設計宜避免過多的人工裝飾，減少人工痕跡，保護和最大限度地恢復原有容貌[1]。遵循著“不破壞就是最大的保護”這一先進的設計理念，新的設計方法和施工理念正在不斷地引入工程實踐。

1 概述

1.1 工程概述

汕湛高速公路云浮至湛江段及支線工程是廣東省高速公路網規劃“九縱五橫兩環”之“第二橫”的重要組成部分，是珠三角通往粵西地區、西南地區的干線通道。

根據路線布設A1合同段設計，有5條隧道，其中中間村隧道長340 m，屬于短隧道。中間村隧道出口與等高線小角度斜交。隧址處地形起伏相對平緩，地面高程68.0～170.0 m，最大相對高差約102.0 m。山體植被茂密，兩端洞口坡形較陡，最大坡角約45°～70°，其隧道右線出口根據地形情況采用蓋挖法設計。

1.2 地質情況概述

項目位于華南加里東褶皺系粵西隆起帶內，大地構造位置上處于四會-吳川斷褶帶中西段。在漫長的地質時期經歷了多次和多種性質的地殼運動，區內地質構造多呈北東或近北東走向。

圖1 隧道洞口平面示意圖

隧道出口為第四系殘坡積粉質黏土、碎石土和寒武系中統高灘組全-強風化砂巖組成，強度低，結構面發育，結合差，碎裂狀結構，若受地表水沖刷或坡腳開挖影響，易產生滑塌，穩定性較差。

巖層走向同邊坡走向大角度相交，巖層對邊坡穩定性影響較?。还澙砹严秾r體進行切割，未發現對邊坡穩定性影響較大的組合；X2節理陡立，邊坡易產生局部崩塌，需采取必要的加固措施。

根據地質調繪成果，隧道出口巖層產狀及節理裂隙見表1，赤平投影圖見圖2。

表1 結構面調查表

圖2 赤平投影圖

2 隧道蓋挖法設計與比較

2.1 隧道蓋挖法設計

中間村隧道按雙向四車道高速公路、設計速度100 km/h技術標準進行設計，單洞建筑限界凈寬11.0 m，限高5.0 m。中間村隧道右線出口采用蓋挖法設計，洞門樁號為K8+603；蓋挖段起終點為：K8+600—K8+588。

普通偏壓明洞：臨時邊、仰坡采用噴錨支護，10 cm厚 C25噴射混凝土 +φ8鋼筋網 @20×20 cm。臺階數小于4級時采用1∶0.5的坡率；大于4級時采用1∶0.75的坡率。

蓋挖段明洞：臨時邊、仰坡的第一臺階采用噴錨支護，10 cm厚C25噴射混凝土+φ8鋼筋網@20×20 cm，采用1∶0.5的坡率。蓋挖處的第二臺階采用長8 m22水泥砂漿錨桿，10 cm厚C25噴射混凝土+φ8鋼筋網@20×20 cm。

套拱采用I20a工字鋼作為支撐骨架，在其上φ127布設孔口管；用14固定鋼筋與孔口管、20a工字鋼采用雙面焊接，焊縫長度不小于15 cm。用108大管棚，套拱混凝土為C30。

洞門墻采用1.5 m寬C30素混凝土，與明洞洞身之間插入22連接鋼筋；明洞采用偏壓明洞，洞身采用C30防水混凝土，內設置22主筋，間距20 cm。

其具體設計詳見圖3～圖6。

圖3 普通偏壓明洞處（比例：1∶100）

圖4 蓋挖終點處（比例：1∶100）

圖5 蓋挖襯砌結構斷面圖(比例:1∶100)

圖6 洞口側面示意

2.2 蓋挖法與明挖法對比

2.2.1 工程設計方面

通常設計工作者采用明洞開挖回填的常規設計方案，我們假定其參數與蓋挖法設計參數相同。對比不同部分：

a）邊、仰坡開挖及支護范圍不同，回填范圍也不同。

b）套拱部分 蓋挖方案兩次套拱，明洞方案一次套拱，套拱方式和大管棚角度范圍不同。

c）蓋挖段按暗洞開挖段有初期支護、蓋拱和鎖腳錨管。

d）蓋挖處開挖線的第二臺階處采用Φ22水泥砂漿錨桿長度不同。

圖7 立面對比圖

圖8 縱斷面對比圖

統計主要工程量并按初步設計的概算綜合單價法進行了造價的比較，其主要工程量統計和造價比較見表2。

表2 主要工程量及造價對比表

綜合工程量，經濟比較：選擇蓋挖法設計造價減少9.05萬元，更為經濟。

2.2.2 其他對比

a）環境方面 明挖法與蓋挖法比較，明挖法將大面積破壞原有植被和森林，不符合環境保護理念；明挖法后期裸露大面積噴射混凝土嚴重影響洞門景觀。蓋挖法有效地減少了對自然環境的破壞，存在少量的噴射混凝土面積，有利于保護環境。

b）安全方面 明挖法開挖邊、仰坡遠遠高出蓋挖法，邊仰坡防護工程量大，高邊坡的工程風險大，存在不安全隱患。

c）工期方面 蓋挖法具有工程規模小、開挖和恢復地表周期時間短的特點。

d）施工工序方面 蓋挖法的施工工序復雜，對技術人員素質有較高的要求。

e）征地拆遷方面 蓋挖法的工程永久性征地面積明顯小于明挖法的工程永久性征地面積。

3 隧道蓋挖法施工步序

a）明洞開挖與邊仰坡支護。

b）明洞段基底承載力檢測，明暗分界K8+600處施作超前大管棚（套拱1 m）。

c）蓋挖段明挖與邊仰坡支護，蓋挖段基底承載力檢測，K8+590—K8+588施作超前大管棚（套拱2 m）。

d）立模整體澆筑左側偏壓耳墻和C30蓋挖護拱。

e）蓋挖段暗挖進洞，初期支護和二次襯砌緊跟。

f）施工明洞襯砌、端墻洞門，再回填蓋挖段和明洞段。

4 結語

隧道蓋挖法設計在隧道洞口設計中并不常用，隨著人們對環境保護意識的增強，希望有更適合于小角度斜交隧道的一種造價不高，更能為人們所接受的設計理念和施工方法。蓋挖法在景觀隧道和生態隧道的建設中具有很好的前景，市場競爭力和經濟效益顯著，對建設資源節約型、環境友好型交通具有十分重要的社會意義。