大跨度淺埋偏壓隧道進洞技術探討

辛講合 別素平

摘 要：以陜西省定漢線坪坎至漢中高速公路某淺埋偏壓隧道單向掘進出洞工程為例，分析了在處理淺埋偏壓和洞口高邊坡問題的一種思路，對于同類隧道施工及設計具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：偏壓隧道 單向掘進出洞 高邊坡

1.大跨度淺埋偏壓隧道洞口施工存在的問題

隨著我國山區高速公路的大規模建設，越來越多的隧道需要傍山修建。對于路線布設為“沿溪線”的路段，公路多以橋隧相連的形式交替出現，隧道洞口位置選擇存在一定的局限性，有時不得不在河流彎道以上山體斜坡面上進洞或出洞，導致出現了大量的偏壓洞口的情況。如遇隧道軸線與地形等高線小角度斜交的情況，往往存在洞口高邊坡路段。對于地質條件較差的軟巖隧道，洞口施工的風險較大，采用開挖山體的大挖方方案會造成洞口植被較大破壞，后期邊坡運營維護的成本增加，還存在一定的安全風險，如邊坡掉塊石，邊坡開裂等病害。因此需要綜合考慮一種既安全又環保的方案，避免高邊坡及施工風險。大跨度淺埋偏壓條件給隧道設計施工造成一定的困難和風險，隧道如何安全的進洞或出洞是隧道建設者必須面臨的一個難題。

隧道偏壓是作用在隧道支護結構上的圍巖壓力左右不對稱引起。引起隧道偏壓的原因有地形原因、地質原因、施工原因。解決偏壓問題主要采取的措施有反壓回填或偏壓耳墻襯砌結構，由于反壓回填需要一定的場地地形條件，本文對于洞口地面橫坡較大、隧道洞口存在橋隧銜接以及高邊坡的問題進行綜合分析，對采用偏壓耳墻半明半暗開挖方法施工，橋梁進入隧道斷面從而降低洞口高邊仰坡的特殊設計和施工案例進行分析。

2.坪漢高速柿樹壩1#隧道出口工程概況

2.1 工程概況

擬建隧道位于金泰電站以東1 0 0 m，隧道按左、右線分離式設計，左線隧道進口樁號ZK127+371，出口樁號ZK127+522，長1 5 1 m，屬短隧道；右線隧道進口樁號YK127+400，出口樁號Y K 127+5 0 8，長10 8m，屬短隧道。左線進出口洞門形式均為端墻式，右線進出口洞門形式均為端墻式，左線武貴包大橋起點樁號ZK127+531.6，橋梁與隧道相距0.6m。

2.2 地形地貌

該隧道屬中山區地貌單元，地形起伏較大，谷坡和山脊陡峭。植被較發育，多為喬灌混生林。隧址區地面高程為1020.00m～1089.00m，相對高差69.00m。隧道左線最大埋深78.4m，右線最大埋深66.4m。

2.3 工程地質

（2）泥盆系（D3jb）板巖：灰色、灰黑色～灰綠色，變余結構，層狀構造，巖層產狀130°∠50°。按其風化程度的不同可分為強、中風化兩層：

①強風化千枚狀板巖：灰綠色，變余結構，板狀構造，節理裂隙發育，巖芯呈塊狀、短柱狀，錘擊聲啞；強風化板巖：灰色，變余結構，板狀構造，節理裂隙發育，鈣質膠結，巖芯呈塊狀、短柱狀，錘擊聲啞。

②中風化板巖：灰、灰白色，原巖結構完整，變余結構，板狀構造，硅質膠結，巖芯采取率較高，80%左右，巖芯以塊、短柱狀為主，RQD=45%，本次勘察最大揭露厚度為34.40m（未揭穿）。

左、右線出口段位于一陡峻的山體谷坡上，表層局部覆蓋少量的碎石，下伏強風化板巖，坡體表層植被較發育，基本無匯水條件。線路走向與巖層產狀、坡向及節理①產狀均大角度相交，與節理②小角度相交，須考慮隧道施工引起工程性滑坡、坍塌、邊坡失穩等，應加強防護，特別注意施工時引起冒頂造成坍塌現象，堅持“強支護、短進尺，弱爆破”原則，同時加強觀測。

2.4 隧道施工情況

從現場情況來看，柿樹壩1號隧道左線出口地形陡峭，路線與坡面斜交角度小，隧道出口偏壓嚴重，如果隧道提前出洞，隧道洞外將出現5級路基邊坡，邊坡巖石為強風化板巖，仰坡開挖后高度也會很高，為減少邊、仰坡開挖高度及防護工程規模，在保證隧道洞門明洞基礎安全穩定的前提下盡可能延長明洞。同時要保證橋臺的穩定性，武貴包大橋起點可向小樁號方向延長，縮小斷面伸入隧道。

3.柿樹壩1#隧道左線出口出洞方案設計優化

隧道1 / 4斷面出洞，原設計出洞樁號為Z K 1 2 7 + 5 1 3，ZK127+513～522為9m半明半暗結構，ZK127+522～531.6為9.6m挖方路基，ZK127+531.6 ～ ZK127+542為10.4m橋梁挖方段。隧道洞外有20m的挖方路基和橋梁邊坡挖方段，邊坡較高為4級～5級邊坡。挖方邊坡采用錨桿框架梁防護。

為了降低洞外路基邊坡高度，由現場實測斷面及調查情況認為隧道（半明半暗結構）外移至ZK127+538處可將洞外路基5級邊坡減低至2級邊坡。因洞口斜交偏壓造成ZK127+522～ZK127+538段右側半明半暗耳墻基礎拱腳落空，需采用高大擋墻進行基礎處理。

結合總體優化方案，左線武貴包大橋起點進行相應調整。考慮隧道明洞接長，明洞終點樁號為ZK127+538，橋梁起點樁號（ZK127+531.6）不變，橋進隧道。橋梁起點位置及跨徑組合均保持原設計不變，第一跨（15m）變窄進入隧道明洞內6.4m。為防止0號橋臺樁基與橋臺明洞基礎干擾，橋臺邊樁中心距臺帽外邊緣的距離由2.5m調整為3m。結合隧道延長方案，路基工程減短16m，原上邊坡防護工程為錨桿框架梁相應減少699.400m2。

此處邊坡地質條件較差，圍巖以風化板巖為主。隧道拱圈以上進行φ50mm注漿小導管加固，L-6.0m，間距為1.0m×1.0m；暗挖部分采用φ32mm中空注漿錨桿，L-6.0m，環向間距為1.0m×1.0m。半明半暗護拱采用C30鋼筋混凝土結構，拱部厚度1.0m，偏壓耳墻厚度2.5m。基礎采用C25鋼筋混凝土基礎，基礎開挖為臺階狀，以提高穩定性。在基礎開挖邊坡側面及基地采用φ50mm注漿小導管進行加固，以減小邊坡側壓力，提高基礎地基承載力。鋼筋混凝土基礎地基承載力要求≥800kPa，基礎前緣若位于河道內，應埋入最大沖刷線以下≥3m。

具體實施要點：①施工組織第一步坡面防護工作一定要加固處理到位，防止影響后續工序。②隧道偏壓套拱基礎要采用橫向和縱向挖臺階，并對基礎地面進行基礎加固，采用錨固φ50mm注漿小導管與基礎混凝土固結，確保基礎穩定。③隧道暗挖部分盡量減少爆破振動對橋梁及偏壓套拱基礎的影響，盡量采用機械開挖，減少爆破。④偏壓套拱基礎應預留伸縮縫，水位線以上部分預留泄水孔。⑤基底承載力≥800kPa，基礎前緣若位于河道內，埋入最大沖刷線下≥3m或根據開挖后的情況采用石籠護坦等其他防護形式。施做基礎之前對開挖后的天然地基承載力進行檢測，不滿足要求需采取措施提高加固。⑥基礎大體積混凝土采用分層澆筑，每層厚2m～2.5m，每層間設置冷卻管。⑦該方案施工過程中存在一定風險，施工過程中應加強地表、洞內監控量測，降低施工安全風險。

根據以上優化方案調整，現場施工完之后，結構安全穩定，隧道洞口避免了大刷大挖。洞口邊坡由路基方案的48m降低為18.6m，大幅降低了邊坡高度，降低了洞口邊仰坡運營風險。

4.結語

綜上所述，對于傍山隧道洞口存在淺埋偏壓的情況，采用半明半暗結構是一種行之有效的解決方案。隧道應遵循“早進洞、晚出洞”的原則，不得大挖大刷，確保邊坡及仰坡的穩定。但在特殊情況下，為了降低風險，隧道基礎可以靈活處理，從而使隧道、橋梁和路基的綜合方案最優。

參考文獻：

[1]JTG D70-2004，公路隧道設計規范[S].

[2]曾.隧道淺埋偏壓段處治方法分析[J].建筑技術開發，2018， 45（09）： 75-76.