隧道洞口地形偏壓段的設(shè)計探討

李賢達

（山西交通科學研究院集團有限公司，山西 太原 030006）

按照傳統(tǒng)的隧道設(shè)計方法，首先開挖明洞段，再按設(shè)計放線刷坡，將出現(xiàn)邊坡大挖大刷現(xiàn)象，地質(zhì)條件較差地段需架設(shè)骨架地梁等，雖會進行環(huán)境恢復，在洞口地段進行人為景觀設(shè)計。但實際操作中基本先破壞后治理，會造成大量資源浪費。應(yīng)用勘察設(shè)計新理念，可以改變目前隧道洞口施工先破壞后治理的問題。隧道洞口地段施工是隧道施工的難點，隧道洞口地段埋深較淺，隧道開挖時上方巖體自成拱能力差，目前在洞口偏壓地段采用較長明洞，以大開挖方式進洞，人為盡量避免偏壓地段長度。大開挖方式進洞違背環(huán)保理念，實際施工中不少隧道洞口現(xiàn)場出現(xiàn)了洞口山體垮塌等失穩(wěn)現(xiàn)象。

1 隧道洞口地形偏壓段的新設(shè)計思路

在隧道洞口地形偏壓地段，應(yīng)做到施工進洞安全經(jīng)濟，兼顧環(huán)保。圖1為隧道從山坡一側(cè)通過，常規(guī)施工方法明暗交界處高側(cè)邊坡刷方高度大，先將前方位置設(shè)置偏壓擋墻，在低位局部拱腰部位進行清表[1]。

圖1 單側(cè)地形偏差大

洞口地形兩邊高中間低，如圖2在山區(qū)公路隧道設(shè)計中經(jīng)常遇到。常規(guī)施工方法明洞段兩側(cè)邊坡刷方高度大，先在前方凹谷處清表回填耐壓材料，再按常規(guī)施工方法進行暗洞施工。

圖2 中間凹陷地形

2 工程實例

某隧道工程屬地年降雨量較大，山體植被茂密，板巖夾變質(zhì)砂巖，圍巖變形后松軟，成為施工安全的障礙。淺埋偏壓軟巖施工成為首要工作，通過對施工中出現(xiàn)的問題進行總結(jié)，積累了淺埋偏壓圍巖隧道施工的經(jīng)驗。淺埋偏壓隧道施工是技術(shù)性較強的工作，必須采取合理的方法，才能保證施工質(zhì)量。要采取動態(tài)管理，根據(jù)圍巖及監(jiān)控量測數(shù)據(jù)變更支護參數(shù)，減少隧道施工風險。

2.1 工程地質(zhì)概況

瑞坡隧道位于夏蓉高速公路貴州境水口至榕江格龍段，左幅隧道起訖樁長1 530 m，右幅隧道起訖樁長1 459 m，隧道左幅進口段傍山進洞，隧道圍巖為全風化板巖局部夾變余砂巖，業(yè)主組織設(shè)計院對隧道進行多次方案比選論證，對多個地表加固設(shè)計方案進行比選分析。

隧道ZK49+865—ZK49+965 段圍巖為碎石土及強風化層板巖。受斷層影響，巖體風化裂隙發(fā)育，泥質(zhì)充填，偏壓嚴重。圍巖為Ⅵ級，易出現(xiàn)地表下沉。隧道設(shè)計應(yīng)結(jié)合地表加固與隧道段落，隧道自然橫坡較陡，隧道外側(cè)凈距離2.6-9 m，根據(jù)隧道埋深結(jié)合有關(guān)隧道規(guī)范，隧道為嚴重淺埋偏壓，應(yīng)采取一定的地表處理措施。

2.2 隧道破壞模式分析

為了解在偏壓荷載作用下隧道變形破壞模式，分析隧道選取典型斷面，巖體參數(shù)取自地勘報告。主要對隧道及山體破壞狀態(tài)進行分析，隧道右上角巖體出現(xiàn)貫通的拉伸破壞，如不采取一定的加固措施，不能有效地控制隧洞向右上側(cè)變形，隧道內(nèi)側(cè)墻角可能出現(xiàn)因承載力不足導致變形。

隧道由于外側(cè)覆土太薄，施工中會出現(xiàn)顯著的向外變形，必須采取措施控制隧道的變形。隧道地質(zhì)條件差，施工可能下沉變形，如隧道施工中出現(xiàn)冒頂坍塌，會導致山體失穩(wěn)，應(yīng)采取必要的措施防止隧道塌方[2]。

2.3 隧道洞內(nèi)設(shè)計

控制隧道塌方變形主要因素有施工開挖方法，圍巖條件，超前支護與初期支護的強度，下半段面落腳時開挖的段落是否太長。設(shè)計提出強支護，短進尺，早封閉的原則。

查明地質(zhì)條件，確定合理的超前支護等輔助施工措施，嚴格控制每次開挖斷面的面積。保證每部開挖初期支護的全封閉。加強初期支護背后超挖空洞的回填，嚴控下半斷面落腳的施工。應(yīng)控制下半斷面距離掌子面的開挖距離，設(shè)計時要求上下開挖部距離小于12 m，基礎(chǔ)采取底部注漿加固。

2.4 地表加固措施

地表加固措施為隧道方案研究重點，地表注漿加固方案，注漿管采用直徑50 mm×壁厚4 mm 熱軋鋼管，右側(cè)按1.2×1.2 m 梅花型布置，邊墻外側(cè)至基礎(chǔ)底部。

外側(cè)地表注漿+預應(yīng)力錨索板方案，隧道中心線左側(cè)采用地表注漿管直徑50 mm×壁厚4 mm 熱軋鋼管，梅花型布置，邊墻外側(cè)至基礎(chǔ)底部。巖體軟弱，為減少隧道偏壓荷載，隧道中心線右側(cè)采用錨索進行主動防護。

設(shè)置抗滑樁板墻+反壓回填方案，墻背回填水泥穩(wěn)定碎石土，樁長25～39 m，擋土板長4 m，厚0.4 m。方案從不同角度對隧道進行了加固，3 種方案加固方式均可行，最終經(jīng)討論一致認為方案三可靠。

2.5 隧洞地段偏壓設(shè)計

隧道左洞最大里程段位于陡峻的邊坡處，存在明顯的地形偏壓情況。首先打設(shè)2 m 長鋼筋混凝土拱作為施作Φ108 管棚的套拱，由于地形偏壓嚴重，導致隧道拱腰部位置覆蓋層厚度僅40～60 cm。Φ108 長管棚成孔困難。如按照常規(guī)刷法施作明洞，造成邊坡開挖過高。

為降低對山體的破壞，在Φ108 長管棚鋼筋混凝土套拱搭設(shè)完成后，右側(cè)山體薄弱處設(shè)置1.5 m厚混凝土護拱。16 工字鋼呈弧形加設(shè)，下端置于穩(wěn)固的巖體，上端與上部山坡體頂緊為防止隧道拱腰部覆蓋層薄處鉆孔塌陷，設(shè)置Φ127 套管。打設(shè)24 m長Φ108 管棚。

3 結(jié)語

通過對隧道地形勘察，結(jié)合隧道洞內(nèi)處理措施提出多個保證山體穩(wěn)定的地表加固設(shè)計方案，抗滑樁反回填的方案最佳，對保證隧道整體穩(wěn)定性效果明顯。隧道設(shè)計中盡可能早進洞，以降低邊坡的開挖高度，根本目的是為保護環(huán)境，在隧道兩端采用大挖，為縮短隧道長度損害環(huán)境做法不可取。通過上述方法，可以降低地形偏壓對隧道進洞施工的危險性。