大偏壓下隧道半明半暗洞口段施工技術的思考

胡銳

【摘 要】由于施工結構復雜與荷載多變，半明半暗洞口在大偏壓下的力學差異很大，增加了施工難度。文章以杭新景高速公路（衢州段）工程西山隧道建設為例[1]，介紹大偏壓下隧道半明半暗洞口段的施推壓組合工技術，該施工技術以整體性提高支護結構的穩定性為核心，在邊坡整體達到十分穩定的狀態時，采用先開挖后回填的施工方法。此方法能提高明暗交接點支護結構的整體性，減少一些不利影響，如明暗洞不均勻或內空變形。可以根據洞口結構承受水平、垂直荷載的不同，將洞口分為受推型、受壓型及推壓組合型，利用有限元軟件進行數值模擬，測量不同條件下半明半暗洞口的位移與應力分布，解決洞口早期拱腰至拱頂豎向壓力偏大的問題，實現早進洞早開挖，提高工程效益，降低工程成本。該隧道目前已全面完工，效果良好，可供同類工程設計施工人員參考。

【關鍵詞】大偏壓隧道；半明半暗；施工技術；先開挖后同步回填

【中圖分類號】U455.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）05-0159-02

0 前言

本文以浙江省宏圖交通建筑公司的杭新景高速公路（衢州段）工程西山隧道建設為例，介紹大偏壓下隧道半明半暗洞口段的施推壓組合工技術，該施工技術以整體性提高支護結構的穩定性為核心，在邊坡整體達到十分穩定的狀態時，采用先開挖后回填的施工方法。此方法能提高明暗交接點支護結構的整體性，減少一些不利影響，如明暗洞不均勻或內空變形。可以根據洞口結構承受水平、垂直荷載的不同，將洞口分為受推型、受壓型及推壓組合型，利用有限元軟件進行數值模擬，測量不同條件下半明半暗洞口的位移與應力分布，解決洞口早期拱腰至拱頂豎向壓力偏大的問題，實現早進洞早開挖，提高工程效益，降低工程成本。此外，能減少工程施工對周邊坡旁植被的破壞，可為同類施工項目提供參考。

1 工法介紹

傳統施工方法采用高刷坡及強支護施工大開挖，不僅造成大量土石方開挖外運、高邊坡支護，而且對原始地貌和自然景觀的破壞嚴重，同時使暗洞側圍巖因失去支撐而造成上方圍巖失穩[2]，會造成襯砌開裂等質量安全事故，甚至會導致隧道洞口段塌方。

本工法針對傳統施工方法進行總結，采用先施工半明段的側向反壓擋墻，緊接著施工半明側初期支護封閉半明部分；再進行大管棚施工，待半明半暗段二次襯砌施工結束后進行半明部分洞頂回填的施工方法。減少了隧道洞口土石方開挖、外運及邊坡防護，確保了山體穩定；減少了對原地貌的破壞，保護了洞口的自然景觀；縮短了隧道洞口施工時間，節約了施工成本。

2 半明半暗洞口類型介紹

（1）設計概括。根據承受暗洞荷載的不同，可以將半明半暗洞口分為3個類型，即受壓型、受推型、推壓組合型，圖1、圖2、圖3是3種半明半暗洞口類型圖及其受力分析。

（2）受推型半明半暗洞口。此類隧道結構直接承載范圍力很小，豎向承載能力弱，明暗交接點主要在腰部以下，大約在拱圈45°附近。

（3）受壓型半明半暗洞口。此類洞拱圈承受的豎向荷載占主導地位，半明半暗洞口在明洞側拱圈45°附近。隧道大部分承受的是山體荷載，偏壓擋墻（明洞側）承載范圍很小。

（4）推壓組合型半明半暗洞口。此類洞口明暗交界點在拱圈點附近，也就是拱圈頂上，主要是在拱圈墻角邊，拱壁承受主要壓力，水平荷載和豎著荷載相當。

3 洞口段支部參數

明洞MSC與初期相支護套拱直接相連，最高處是10 cm的半明半暗洞口，這是目前最高級的施工技術，施工難度大，因此采用的是推壓組合型半明半暗洞口。

4 工程概況

半明半暗洞口直徑為8～24 m，坡度為45°～55°，但隧道存在大偏壓狀況，洞上植被覆蓋1～2 m碎土石，碎石裂縫發育較全，隧道圍巖[BQ]≤250，少有滑坡現象，水量少。

5 半明半暗施工技術方案設計

5.1 方案

制訂施工方案如下：①采用半明段的側向反壓擋墻；②施工半明側初期支護封閉半明部分；③進行大管棚施工，待半明半暗段二次襯砌施工結束后進行半明部分洞頂回填的施工。

5.2 施工重點

根據周圍環境及條件選用單一或組合施工技術，施工主要內容為改善偏壓條件，其中偏壓擋墻和反壓回填是重點。在施工中要加強監督與測量，爭取打造出高質量隧道。

5.3 半明半暗隧道洞口類型選擇

利用有限元軟件進行數值模擬，此次施工采用推壓組合型半明半暗支護結構。

5.4 套拱拱架措施

明挖時施工安全最為重要，明挖施工內容包括套拱和導向管長管棚搭設及移出，ZK185+252～254為2 cm的套拱部分，孔口套管要增加6 cm，隧道明挖處套拱左側要增加8 cm，共25根。為了洞口安全，應及時實施仰底和二次寸砌之后再進行隧道開挖。稍硬巖層用風鎬開挖，采用人工開挖方式的是上臺階環形，每循環開挖0.5 m，機器開挖時要預留0.25 m給人工挖，以免挖超過精確數值。針對支護結構的受力進行分析，假設圍巖為松散巖體，可根據太沙基的散體壓力理論，并假設水平線與山體破裂面呈一定角度，回填土石會相對松散，其中上方兩處混凝土強度高、剛度大，能承受較大的荷載作用，支護結構在山體荷載下產生變形，而另一處混凝土結構相對比較松散，變形會更大，出現事故的概率會更高。通過對比半明半暗洞口段特性發現，半明半暗施工技術方案存在支護結構整體性較差、暗洞側早期內空變形偏大、回填工作時間長的缺點，大量的監控量測工程實踐表明，隧道拱頂下沉、水平收斂、地表沉降等應表現出“先較快增大，后逐漸趨于穩定”的特征。綜上所述，半明半暗洞口施工仍然存在許多需要改進的問題。

6 討論研究

SMC套拱為剛性支撐，與噴射混凝土直接連接，具有支護柔性。在山體荷載作用下，易產生不均勻變形，拱頂也是施工最薄弱的環節，易產生變形裂縫，這是最需要關注的地方。回填土石一方面可以約束因偏壓引起的拱頂變形，另一方面可將山體荷載直接傳遞到其他部位，如果山體穩定性較好，水平推力相對較小，半明部分支護結構剛度較大，區域向外側變形量小，那么回填土石能增加豎向壓力，從而約束拱頂向外的變形。

7 結語

目前，半明半暗施工技術屬于前沿施工技術，但采用此技術會消耗大量資金和資源，而且每實施一段隧道工程就必須進行環境、地質、氣壓、偏壓情況的監控測量。施工過程要貫徹“零爆破、短開挖、強支護、勤監測、早封閉”的施工理念，采用先進和有效的措施，保證支護質量、減少開挖擾動，確保工程質量與工程進度。

參 考 文 獻

[1]朱培良，高小微.偏壓狀態下明暗交界段隧道進洞開挖施工工法[Z].杭州：浙江省宏途交通建設有限公司，2010.

[2]夏齊勇.偏壓隧道施工圍巖變形監控量測與分析[J].公路，2014（1）.

[3]謝雄耀，黃宏偉.公路隧道洞口滑坡機制分析及監控預報[J].巖石力學與工程學報，2006，25（2）.

[責任編輯：陳澤琦]