某隧道下穿國道超淺埋段方案優化及處理措施

張立軍,袁新順

(1.中交二航局第五工程分公司，武漢 430040；2.中交武漢港灣工程設計研究院有限公司，武漢 430040；3.海工結構新材料及維護加固技術湖北省重點實驗室，武漢 430040)

隨著我國公路工程建設的快速發展，公路隧道施工技術日益成熟，根據隧道穿越地層的不同情況，采取不同的施工方法，例如針對淺埋及軟土隧道，主要有明挖法、蓋挖法、淺埋暗挖法和盾構法等。合理選擇公路隧道施工方法，根據實際情況及時調整和優化方案，并制定切實可行地施工保障措施，是保證公路隧道施工安全有序實施并按期出洞的前提。

1 工程概況

什翁隧道位于海南省五指山境內，屬中長隧道。左線起訖樁號ZK26+760～ZK27+530，長770 m，隧道最大埋深約127 m，位于ZK27+100處；右線隧道起訖樁號YK26+775～YK27+565，長790 m，隧道最大埋深約132 m，位于YK27+120處。

出口左線ZK27+470～ZK27+530、右線YK27+460～YK27+565為淺埋段，圍巖主要為粉質黏土和全、強風化層，土質較軟，巖質軟，巖石風化強烈，遇水易軟化，自穩性差，地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，雨季水量較大，開挖易變形坍塌、有滲漏水現象，出口邊坡坡度陡，巖土層軟弱，易滑塌，Vp=610～2 580 m/s。左線暗洞覆蓋層厚度約3～19.5 m，右線覆蓋層厚度約6～21.2 m。

什翁隧道出口段下穿G224國道，G224國道技術等級為二級，設計速度70 km/h，路基寬度12 m，水泥混凝土路面，為五指山市與保亭縣之間連接的主干道路。下穿G224國道段為超淺埋，覆蓋層左線約3.5 m、右線約7 m。

2 原設計情況

什翁隧道出口左線ZK27+470～ZK27+530,右線YK27+510～YK27+565為明洞區段，既有國道G224從中間穿過。采用明挖法施工最大開挖高度23.9 m，三級邊坡；明洞開挖從上到下逐步進行，邊開挖邊防護，采用水泥砂漿錨桿、鋼筋網片、噴射混凝土錨噴防護，在成洞面前方對邊仰坡進行Ф42 mm鋼花管地表注漿加固。原G224保通道路技術等級為四級，保通道路長983 m，路基寬度6.5 m，保通便道路面采用20 cm級配碎石墊層+20 cm5%水穩碎石基層+20 cmC25混凝土水泥混凝土路面結構。隧道出口端明洞施工期間需對交叉處G224國道路基進行開挖，待洞口、明洞成型后方可回填路基、鋪設路面、恢復通行。

3 方案優化

出口原設計明挖法出洞，開挖邊坡較高，防護及排水難度大，雨季會造成邊坡失穩、坍塌，存在很大安全風險。且原G224國道保通道路需經過大片農田和林地，征拆費用高、協調難度大，工期難以保證；改道路線長，路基寬度小，路堤高達17 m，后期交通組織安全風險極大。

為確保施工安全，按期出洞，經多方討論研究，提出如下方案：隧道出口左、右洞成洞面分別外移35 m、30 m(左洞由ZK27+470移至Z27+505，右洞由YK27+510移至YK27+540)，明挖出洞優化為淺埋暗挖出洞。為避免國道重載車動荷載長年累月頻繁作用對暗洞二襯造成傷害，加強暗洞復合式襯砌。Φ42單層超前小導管支護加強為Φ42雙層超前小導管支護，環向間距由35 cm增大到40 cm；Φ25中空注漿錨桿變更為Φ42注漿小導管，間距由120×60 cm調整為120×50 cm；Φ8鋼筋網(20×20 cm)由單層調整為雙層，I20a鋼架縱向間距由60 cm調整為50 cm；二襯混凝土標號由C30提高到C40，主筋由C22鋼筋增強為C25鋼筋，間距由20 cm加密至25 cm，水平筋由C12鋼筋增強為C16鋼筋，間距由30 cm加密至25 cm，Φ8箍筋間距由30 cm加密至25 cm。

對國道G224保通路進行調整，充分利用紅線用地，保通道路長度由983 m縮減為375 m，路基寬度由6.5 m擴大至12 m，臨時征地面積由21畝減至2.5畝，路基填筑和挖方由82 000 m3減至19 500 m3，最大高度由17 m降低至9 m。

4 總體施工方案

出口段先開挖洞口邊仰坡，完成邊仰坡防護和排水系統后施作洞口套拱和管棚，再采用土體回填明洞邊仰坡進行G224國道外側臨時改路施工，保通便道施工完成后臨時封閉出口段G224國道，改由保通便道通行，進行下穿國道淺埋段暗洞施工，待國道影響范圍內二襯(國道外側5 m)達到設計強度要求后即可恢復G224國道通行，廢棄臨時導改道路，然后開挖國道外側明洞邊仰坡回填土及臨時導改道路，進行明洞及洞門施工。

5 處理措施

5.1 套管及管棚施工

洞口邊坡及仰坡采用機械開挖，自上而下分階段、分層進行開挖，開挖一級支護一級，開挖時預留核心土作為大管棚施工作業平臺。先進行套拱地基承載力檢測，套拱地基承載力≥250 kPa，模板安裝加固后進行套拱混凝土施工。套拱作為管棚的導向墻，管棚鉆孔完畢進行注漿作業[1]。

5.2 國道改路施工

套拱及管棚施作完成后進行土體回填明洞邊仰坡，在成洞面往大樁號側修筑臨時性交通導改道路。保通便道路面采用20 cm級配碎石墊層+20 cm5%水穩碎石基層+24 cmC25混凝土水泥混凝土路面結構。按要求完成新建改道路基土石方、防護工程、排水工程施工，驗收合格后，開始級配碎石底基層、水穩基層、混凝土面層施工。為確保通行車輛的行駛安全，在兩端設置醒目的施工交通標牌、施工提示牌、封路牌、閃光燈等交通標志以及混凝土隔離墩或水馬等隔離設施疏導來往車輛行駛。

5.3 地表處治

國道224內側左線暗挖隧道地表處治地表注漿加固：采用Φ108長管棚注漿，注漿分兩步進行跳注，確保注漿效果。漿液采用水泥-水玻璃漿液，水泥漿水灰比1∶1，水泥漿與水玻璃體積比1∶0.5，水玻璃濃度35波美度。

對現有沖溝進行改溝：隧道出口左線在國道內側有一條沖溝，位于左線隧道軸線，將地表進行清表后，在沖溝內澆筑40 cm C20混凝土，回填3 m厚碎石土并夯實，噴播植草綠化，然后用M7.5漿砌片石排水溝。

5.4 淺埋暗挖出洞

1)超前支護

淺埋段采用雙層超前小導管進行預支護[2]，注意縱向搭接長度不小于1 m，方向與線路中線分別成12°、32°外插角，如小導管端部距國道不足0.5 m，適當調整小導管打設角度，保證端部距國道0.5 m。

2)淺埋段暗挖

出口淺埋段采用三臺階預留核心土開挖[3]。嚴格控制掌子面進尺，上臺階每循環進尺1榀拱架間距，中、下臺階每循環進尺2榀拱架間距。盡可能采用挖機開挖，局部巖層采取弱爆破，減小對國道的擾動。加密監控量測點，拱頂下沉、周邊收斂監測點5 m間距布設，平均監測頻率按1次/d進行，國道地表沉降按2次/d進行，如有異常，立即停止掌子面施工并采取有效措施控制安全風險。

3)錨噴支護

由噴射混凝土、注漿小導管、鋼筋網片和型鋼組合成支護結構。噴射混凝土采用濕噴工藝，掛設雙層鋼筋網片，鋼筋網與徑向小導管連接牢靠；鋼架拱腳落在C20基座上，鋼拱架段與段用螺栓連接，為減小鋼板螺栓孔誤差造成連接不牢固，采用液壓沖孔機沖孔，兩塊鋼板緊貼后四周滿焊，拱腳與邊墻拱架連接處須打設鎖腳小導管。

4)襯砌施工

仰拱及填充緊跟掌子面，盡早封閉成環，整體受力[4]。仰拱一次澆筑成型，一次澆筑長度6 m，采用整體弧形模板施工，仰拱混凝土終凝后澆筑仰拱混凝土進行填充。二襯施工采用全斷面整體式液壓鋼模襯砌臺車，設計長度12 m，先墻后拱、左右對稱澆筑。初支變形穩定后須及時施作二襯，嚴格控制仰拱與掌子面、二襯與掌子面安全步距(分別為40 m、70 m)。國道影響范圍內二襯達到設計強度要求后恢復G224國道通行，廢棄臨時導改道路，然后開挖國道外側明洞邊仰坡回填土及臨時導改道路，進行明洞及洞門施工。

6 技術經濟對比分析

原設計明挖法施工與優化后的暗挖法施工的技術經濟比對分析如表1所示。

表1 技術經濟比對分析

7 結 語

什翁隧道出口下穿國道超淺埋段，原設計明挖法施工存在安全風險高、國道改路不合理，工期長不能按期完工，經過多次討論研究，提出了暗挖法出洞方案，降低了安全風險，節約了工程投資，并且如期、順利出洞，取得了技術、安全、工期和成本方面效益。