大跨隧道穿越淺埋偏壓段處理方案探討

姜同虎 吳 華

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司 公路交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088)

1 工程概況

滁州至淮南高速公路滁州至定遠段瑯琊山隧道為分離式小凈距隧道，右洞長407 m，左洞長478 m。隧道凈寬14.50 m，近期為雙向四車道通行(含硬路肩)，遠期可升級為雙向六車道隧道，隧道單洞最大開挖跨度為17.06 m，最大開挖高度為11.49 m，屬大跨扁平隧道。

瑯琊山隧道主要穿越粉質粘土、強～中風化千枚狀頁巖、強～中風化硅質頁巖等軟弱地層，節理裂隙發育，巖體破碎，整體穩定性差，隧道圍巖級別為Ⅴ級～Ⅳ級，其中Ⅴ級圍巖約占71%。

瑯琊山隧道右洞定遠端洞口K13+703～K13+765段與自然沖溝斜交，沖溝長130 m，底寬約30 m，沖溝區周邊為滁州市林科所所屬高大林木。根據設計資料，該處隧道埋深最淺約8.5 m，上部地表粘土層厚0.6 m，強風化硅質頁巖厚7.9 m，隧道洞身為中風化硅質頁巖。

隧道施工至該淺埋偏壓時，沖溝附近林木已砍伐，如圖1所示，通過現場實際測量發現隧道頂覆蓋層最薄僅5.6 m。由于地勘鉆孔位置距離沖溝較遠，為探明該處實際地質情況，現場開挖探坑1處，如圖2所示，深度約2.0 m，未見基巖，均為粉質黏土層。

隧道右洞掌子面已開挖至K13+703處，發現巖體破碎嚴重，呈松散狀，泥質膠結，敲擊易碎，CD法中隔壁與主洞交叉處沉降量較大，初期支護局部出現裂縫，現場施工采用臨時仰拱及斜向鋼支撐加固，控制初期支護變形，如圖3所示。

由于實際地質及地形同原設計有出入，地質地形的變化均不利于隧道施工，同時本隧道自身開挖跨度大(約17.0 m)，隧道穿越淺埋偏壓施工時發生坍塌、冒頂的風險高，安全隱患較大，需采取一定處理措施，確保該段隧道施工安全。

2 處理方案

根據瑯琊山隧道淺埋偏壓現場地形、地質條件，結合國內部分隧道穿越淺埋偏壓段的理論研究及相關工程處理經驗，提出了暗挖方案、路基方案、明洞方案。

2.1 暗挖方案

根據現場施工情況、實測地表橫斷面及監控量測數據等相關資料，同時考慮隧道初期支護沉降量已較大，為確保施工安全，對瑯琊山隧道右洞淺埋偏壓隧道支護參數進行適當優化調整如下：

1)Ⅴa型復合式襯砌鋼支撐間距由50 cm調整為40 cm，相應系統錨桿、鎖腳錨桿及臨時中隔壁的縱向間距也調整為40 cm；

2)在施作原有超前小導管的基礎上，每2循環超前小導管間增加1環超前小導管，長度為4.5 m，環向間距30 cm，以改善拱圈圍巖的自穩能力；

3)隧道右洞淺埋偏壓地表采用φ70×5 mm PVC管注漿加固，預注漿漿液采用1∶1水泥漿，并摻入3%～5%的水玻璃作為速凝劑，加固范圍為K13+720～K13+750，橫向寬度為隧道中線兩側各13 m，以改善圍巖的物理力學指標，提高圍巖的自穩能力，同時起到止水防滲的作用。

2.2 路基方案

瑯琊山隧道右洞沖溝距原設計隧道洞口約80 m，為降低淺埋偏壓段隧道施工風險，該段改為明挖路基，具體方案如下：

1)為盡量降低隧道洞口邊仰坡的高度，確保坡面穩定，隧道洞口樁號定于沖溝埋深最淺K13+730處，設置端墻式洞門，并且重新施作30 m超前大管棚，確保K13+703～K13+730段施工安全；

2)隧道右洞沖溝至原設計隧道洞口K13+730～K13+810段采用明挖路基方案，邊坡采用錨桿框架防護，最大挖方斷面為5級坡，坡高約32 m。圖4為路基方案開挖示意圖。

2.3 明洞方案

瑯琊山隧道右洞沖溝至隧道原設計洞口段采用明洞回填，具體方案如下：

1)為盡量降低隧道洞口臨時邊仰坡高度，確保坡面穩定，隧道明暗交界樁號定于沖溝埋深最淺K13+730處，并重新施作30 m超前大管棚，確保K13+703～K13+730段施工安全；

2)隧道右洞沖溝至原設計隧道明暗交界處K13+730～K13+796段采用明洞回填方案，臨時邊坡采用錨網噴防護，施作明洞后回填碎石土、粘土隔水層及種植土，因該段為臨時征地，需回填至原地面線，回填厚度、坡度均較大，需加強明洞襯砌配筋。圖5為明挖方案開挖回填示意圖。

3 處理方案比選

綜合瑯琊山隧道地形、地質條件及施工風險、造價、環境影響等因素，對暗挖方案、路基方案、明洞方案的優缺點對比分析，詳見表1。

表1 各方案優缺點對比分析表

暗挖方案能徹底避免對生態環境及對左洞偏壓的不利影響、施工組織難度也相對較小。通過加強襯砌結構支護參數，結合監控量測工作，掌握施工過程中圍巖及支護結構的狀態，據此適時調整施工工法、時序等，基本可確保隧道的施工安全。但暗挖方案施工工期較長，且淺埋偏壓段施工存在一定風險。

路基方案施工簡便，但路基邊坡坡度較高，施工風險大，易發生次生災害，同時路基方案的實施將右洞的淺埋偏壓問題轉移到了左洞，左洞將受到嚴重的永久性偏壓，經結構計算分析，受右線邊坡影響，左洞隧道拱頂、仰拱部位安全系數、裂縫寬度均不滿足規范要求，同時該方案存在征地困難、對生態環境造成不利影響等缺點。

明洞方案施工簡便，對左洞隧道襯砌結構影響相對較小，但臨時邊仰坡坡度較高，坡面巖體節理裂隙較發育，節理面與巖層層面、開挖坡面組合切割形成楔形體，易發生局部崩塌、掉塊等危害。且該方案開挖、回填工程量均較大，需做好臨時棄渣場的場地選擇、防護及明洞襯砌參數優化等工作，同時需加強施工組織，制定隧道左洞監測預案。

綜上分析，路基方案邊坡開挖范圍過大，存在征地困難、對生態環境造成不利影響等缺點，特別是對左洞也將引起嚴重的永久性偏壓，將隧道右洞的問題轉移到了左洞，不建議采用該方案；暗挖方案、明洞方案基本可行，由于明洞方案存在開挖、回填工程量大，臨時防護要求高，生態環境破壞嚴重，對左洞產生偏壓影響等缺點，而暗挖方案能徹底避免對生態環境及左洞偏壓的不利影響、施工組織難度也相對較小，因此推薦采用暗挖方案。

4 結論與建議

根據滁淮高速瑯琊山隧道穿越淺埋偏壓地形、地質條件，為確保隧道施工安全，對該段落進行暗挖方案、路基方案、明洞方案三種處理方案進行論證分析。綜合考慮施工安全、生態影響、工程造價等因素，推薦采用暗挖方案，以便徹底避免對生態環境及左洞偏壓的不利影響，順利通過淺埋偏壓段。

在隧道穿越淺埋偏壓段施工過程中，施工單位應做好施工組織設計，落實各項加固措施，加強隧道監控量測，掌握施工過程中圍巖及支護結構的狀態，據此適時調整施工工法、時序等，確保隧道施工安全。