蓋挖法在大坡隧道洞口段施工中的應(yīng)用

段曉彬　張　濤

(云南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，云南 昆明　650041)

1　工程概況

1.1　設(shè)計概況

大坡隧道位于楚雄至大姚高速公路，左幅全長1 577 m、右幅全長1 558 m，為全線最長的三車道隧道。隧道所在路段設(shè)計為雙向六車道高速公路，設(shè)計時速100 km/h，汽車荷載等級：公路—Ⅰ級，按7度地震設(shè)防，隧道凈寬14.5 m，凈高5 m。

1.2　氣候條件

擬建路線位于云貴高原西南側(cè)，氣候溫和濕潤，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，素有“四季如春”之稱，年平均氣溫15.3 ℃，最高33 ℃，最低-5 ℃。多年平均降雨量814.4 mm，最大1 132.5 mm，最小638.9 mm，80%集中于6月～10月，旱、雨季節(jié)分明。年蒸發(fā)量1 600 mm～2 000 mm，最強(qiáng)3月～5月。絕對濕度6.3 mb～30.1 mb。相對濕度50%～88%。每年11月～次年2月20 d～80 d的霜期，偶見高山有少量降雪，災(zāi)害性氣候不突出。

1.3　進(jìn)口段地質(zhì)概況

進(jìn)口段隧道圍巖分級劃分為Ⅴ1級。隧道圍巖為侏羅系上統(tǒng)高豐寺組(J3g)紫紅泥巖、長石石英砂巖及第四系坡殘積(Qdl+el)粉質(zhì)粘土為主。粉質(zhì)粘土主要分布于隧道進(jìn)口段表層，硬塑狀態(tài)，層厚一般2 m～5 m；泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及長石石英砂巖以強(qiáng)風(fēng)化為主，碎塊、塊狀碎裂結(jié)構(gòu)，受周邊斷層錯動強(qiáng)烈，巖層產(chǎn)狀變化大，差異風(fēng)化明顯。巖體基本無自穩(wěn)能力，開挖時不及時支護(hù)或支護(hù)(處理)不當(dāng)易產(chǎn)生較大規(guī)模的坍塌，側(cè)壁穩(wěn)定性差。電阻率值一般在50 Ω·m～210 Ω·m之間。泥巖富水性弱，開挖時存在小量滲水、滴水現(xiàn)象。

2　方案比選

左幅隧道進(jìn)口ZK40+755～ZK40+855段臨近既有廣姚公路(路基寬6.5 m)，平面距離最小處僅為18 m。隧道洞口段位于溝谷，地形存在偏壓，部分地段隧道局部外露，整體成洞條件差。

項(xiàng)目施工過程中需保證廣姚公路通車，根據(jù)現(xiàn)場情況不具備臨時改路的條件。與廣姚公路臨近段若采用挖方路基方案存在邊坡較高、坡比較陡、邊坡與既有公路過近的問題，施工與運(yùn)營過程中邊坡穩(wěn)定及臨近公路安全均存在較大風(fēng)險，故決定采用隧道方案，針對實(shí)際地形條件提出了兩種可能的方案：明挖法、蓋挖法。

2.1　明挖法

采用傳統(tǒng)明挖法，開挖隧道進(jìn)口淺埋偏壓段，對臨時邊坡進(jìn)行防護(hù)，施作明洞結(jié)構(gòu)后進(jìn)行反壓回填。明挖法施作簡單，利于機(jī)械操作，但存在以下幾個缺點(diǎn)：

1)明挖段落較長，臨時邊坡暴露時間過長，存在邊坡滑塌的風(fēng)險。

2)臨時邊坡較高，土石方開挖量過大，對地表影響大。

3)臨時邊坡與廣姚公路相距較近，對廣姚公路安全通行存在隱患。

4)隧道位于溝谷中，明洞段施作需要較長周期，雨季排水困難，雨水對明、暗洞施工安全造成大的影響。

2.2　蓋挖法

蓋挖法，盡可能減少對地表的破壞，挖除地表松散覆蓋層，開挖至較為穩(wěn)定的基巖作為拱腳所在位置，支護(hù)臨時邊坡，平整出套拱施工平臺，按照隧道襯砌拱部澆筑混凝土套拱至拱腳處。當(dāng)混凝土套拱達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，采用碎石土反壓回填，在隧道拱頂形成套拱+夯填碎石土的保護(hù)結(jié)構(gòu)，同時進(jìn)行地表改溝。結(jié)束上部回填后洞身暗挖通過。

采用蓋挖法能夠有效克服明挖法存在的幾個缺點(diǎn)，對地表破壞及相鄰廣姚公路的影響較小，但也存在以下兩個缺點(diǎn)：

1)施工步驟較多。

2)對施工質(zhì)量要求較高，拱腳處理不當(dāng)會造成套拱結(jié)構(gòu)下沉侵限。

2.3　明挖法、蓋挖法比較

通過對明挖法、蓋挖法優(yōu)缺點(diǎn)的分析，二者比較見表1。

由表1對比可以看出，蓋挖法與明挖法相比在對環(huán)境影響、工程安全等多個方面有明顯的優(yōu)勢，故最終選用蓋挖法對此段隧道進(jìn)行施工。

3　施工方案

表1　明挖法與蓋挖法對比表

3.1　開挖及臨時防護(hù)

1)根據(jù)實(shí)際地形情況，確定套拱設(shè)置范圍。

2)清除地表松散覆蓋層，平整出套拱施工平臺。

3)按1∶0.3開挖臨時邊坡，并采用掛網(wǎng)噴錨進(jìn)行臨時防護(hù)(C20噴射混凝土10 cm，8鋼筋網(wǎng)25×25 cm，22砂漿錨桿L=600 cm)。

4)臨時邊坡開挖過程及防護(hù)完成后，加強(qiáng)邊坡和臨近廣姚公路的監(jiān)控量測，并制定相應(yīng)的應(yīng)急措施，如圖1所示。

3.2　套拱施作

1)套拱拱腳需保證位于較為穩(wěn)定的基巖處，拱腳基巖采用φ42×4小導(dǎo)管注漿加固，L=450 cm,縱向間距50 cm。

2)架設(shè)套拱工字鋼，采用Ⅰ20a工字鋼，間距50 cm。拱腳處采用槽鋼縱向連接，相鄰工字鋼之間采用φ20鋼筋縱向連接、環(huán)向間距100 cm，以增強(qiáng)鋼架整體性。

3)蓋挖段與暗挖段交界處前方2 m鋼架(ZK40+853～ZK40+855)預(yù)埋管棚導(dǎo)向鋼管，并先行澆筑此段套拱混凝土，待此段套拱混凝土強(qiáng)度滿足要求后，打設(shè)φ108×6超前管棚，為下階段進(jìn)暗洞做準(zhǔn)備。

4)套拱混凝土澆筑，鋼架、管棚施作完成后，對正常段套拱混凝土進(jìn)行澆筑，套拱采用C20混凝土，厚70 cm，為避免施工過程中及后期套拱沉降侵入隧道主體結(jié)構(gòu)支護(hù)范圍，預(yù)留10 cm沉降量,見圖2。

3.3　反壓回填

套拱結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，對拱頂進(jìn)行碎石土反壓回填，碎石土應(yīng)分層夯實(shí)，臨時邊坡一側(cè)盡可能與原有地面相接，另一側(cè)填高以減小地形偏壓對隧道結(jié)構(gòu)造成的影響；碎石土表面設(shè)置50 cm粘土隔水層，并及時進(jìn)行綠化恢復(fù)。

3.4　改溝

由于洞口淺埋段位于自然沖溝內(nèi)，此段結(jié)構(gòu)施工應(yīng)在旱季內(nèi)完成，并在回填碎石土上設(shè)置水溝與既有自然沖溝連接，將水引出隧道范圍，見圖3。

3.5　正洞結(jié)構(gòu)施作

套拱結(jié)構(gòu)、碎石土回填完成后，即可對正洞進(jìn)行開挖，結(jié)合地質(zhì)情況，采用三臺階預(yù)留核心土法進(jìn)行開挖，按照暗埋結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行支護(hù)，開挖過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測。

4　經(jīng)驗(yàn)及體會

楚姚高速大坡隧道進(jìn)口左幅位于自然沖溝內(nèi)，地質(zhì)較差、地形偏壓、臨近既有道路；實(shí)際施工中采用蓋挖法，順利渡過了淺埋偏壓段，減小了對既有地表的破壞，保證了廣姚公路的安全通行，并通過夯填碎石土減緩了結(jié)構(gòu)偏壓問題，取得了良好的工程效果。

云南為多山省份，復(fù)雜的地質(zhì)地形情況是公路選線工作中難以避免的難題，由于條件受限隧道洞口常常位于自然沖溝內(nèi)，給隧道設(shè)計帶來了很大的困難。本隧道蓋挖法的成功實(shí)施，充分考慮了既有的不利因素，分析風(fēng)險，因地制宜采用針對性的措施，可以為將來云南山嶺隧道洞口段的施工提供一定的借鑒。