陡壁地形隧道錨進洞方案優化設計

崔 炫 崔 燦

(貴州省交通規劃勘察設計院股份有限公司 貴陽 550008)

深切溝谷地形溝壑受構造、侵蝕作用，切割深、谷底與兩岸高差大、地形陡峭。在這種復雜地形條件下,隧道、隧道錨洞口施工便道與施工場地布置、村料運輸棄渣場地布置等難度大,按傳統方法先拉槽開挖洞口邊仰坡,從正面洞施工,便道及洞口大規模開挖不但會破壞原有地形和植被,對洞口環境破壞嚴重,還會破壞山體原有平衡狀態,極易產生坍塌、順層滑動等現象。隨著我國西南高原山區地區修建公路數量的迅速增長，需要穿越的地形越來越復雜，有些橋隧相接的隧道、懸索橋隧道錨碇位于陡崖之上，自然坡度可達到70°～80°，施工平臺無法建立，若采用正面開挖的方式，代價巨大。深切地形下，隧道進洞方面有許多類似的成功經驗，茍德明[1]介紹了深切地形下橋隧相接時，隧道橫洞進洞的方案，該方案很好地控制了仰坡的高度，取得了很好的環保效果；王遠奇[2]簡述了隧道施工中單向出洞方式的優點，從施工動態設計、輔助措施、開挖方式等方面，探討了單向出洞的施工關鍵技術。但目前國內針對懸索橋隧道錨在類似地形條件下進洞方式的研究較少，下文以國高網玉楚線綠汁江隧道錨洞設計為例，探討陡壁地形條件下隧道錨洞合理的進洞設計。

1 工程概況

1.1 錨洞概況

國高網G8012彌勒至楚雄高速公路玉溪至楚雄段設計標準為雙向四車道，設計速度為100 km/h。其中的控制性工程綠汁江特大橋位于云南省玉溪市綠汁鎮，為獨塔單跨780 m鋼箱梁懸索橋，兩岸均為隧道式錨碇，受地形地質限制，楚雄岸設纜洞過渡以使主纜到達地質較好的轉索點。

楚雄岸左右幅各設置1座隧道錨，隧道錨洞的地質縱面見圖1，立面圖見圖2。

圖1 隧道錨洞地質縱面圖

圖2 隧道錨洞立面圖(單位：cm)

左、右幅兩隧道錨洞尺寸一致，洞長為78.34 m，前錨室的開挖寬、高分別為9.8，11.4 m，錨塞體的最大開挖寬、高分別為18.8，23 m，纜洞的開挖寬、高分別為6.82，10.35 m。錨洞下方為白石巖1號隧道，錨洞底距隧道頂的最小距離為33 m。

1.2 地形地貌

項目區地處云南省中部，場地隸屬易門縣綠汁鎮，縣道X318從橋位中部河谷右岸通過，而隧道錨場區斜坡地形陡峭，無公路通過，交通條件差。

場區海拔1 438.7～1 947.3 m，相對高差508.6 m；綠汁江大橋軸線通過段地面高程在1 560～1 880.1 m之間，相對高差320 m。地形落差極大，河谷深切，為典型的深切V形峽谷地貌。楚雄岸隧道錨橫穿山脊，地勢起伏較大，坡體植被發育。其中錨洞軸線附近地形極為陡峭,自然坡度為70°～80°,平均坡度約75°，隧道錨場區地形實景圖見圖3。

圖3 隧道錨場區地形實景

1.3 工程地質條件

綠汁江橋及其隧道錨的地質平面圖見圖4。

圖4 綠汁江特大橋及隧道錨地質平面布置圖

場區上覆土層為第四系殘坡積層(Qel+dl)含碎石黏土、第四系沖洪積層(Qal+pl)、崩塌堆積層(Qc)塊石土；下伏基巖為前震旦系昆陽群綠汁江組(Pt1lz)灰～深灰色薄至中厚層狀白云質灰巖夾板巖及泥質白云巖、板巖夾白云質灰巖。

錨碇洞身圍巖為薄至中厚層狀中風化白云質灰巖，巖質較硬，Rc=30 MPa。巖體較完整，Kv=0.58。隧道開挖易產生點滴狀、淋雨狀出水，地下水影響修正系數K1=0.20、K1=0.20、[BQ]=285。圍巖無支護時易產生松動變形、擠壓破壞和坍方，按IV級圍巖進行支護[3]。另外纜洞靠近坡體表面部位，節理裂隙發育，纜洞開挖易發生垮塌，應加強襯砌支護。施工中應加強監控量測、超前地質預測預報、超前鉆孔等工作指導措施。

2 進洞設計

2.1 常規進洞

進洞是隧道正式進行掘進施工的關鍵環節和重要步驟。常規的進洞方式是從隧道洞口正面拉槽對邊仰坡進行開挖防護,然后設置洞口套拱,施工洞口超前支護后進行開挖支護。

根據不同洞口地形、地質條件可采取拉槽開挖進洞、“零開挖”進洞、貼壁進洞、回填反壓暗挖進洞、蓋挖法進洞、半明半暗進洞等方式。這些傳統的正面進洞方式需修建施工便道至隧道洞口,將施工機械、設備、材料等運輸至洞口施工現場。由于楚雄岸隧道錨進口處為深切溝谷高陡地形,現有交通道路與隧道洞口高差大,設置施工便道需繞行較遠距離才能克服谷底與洞口之間的高差,加上溝谷兩岸地形陵峭、進洞刷坡對洞口自然環境破壞嚴重，結合現場實際地形地質情況的刷坡規模如下：仰坡采用1∶0.4坡率開挖，造成18級、165 m高的仰坡。由于挖方邊仰坡太高，巖體較破碎，邊坡失穩的可能性大，工程風險高，且有更多不可預見及不可控制的風險存在。從造價、安全、環保等因素考慮，正面進洞的方案不合適。

2.2 隧道挖斜井至隧道錨輔助進洞

隧道錨洞下方為白石巖1號隧道，為雙向四車道斷面，右幅隧道起訖樁號為YK103+297-YK104+285,圍巖為白云質灰巖、泥質白云巖、偶夾偶夾礫巖、板巖。白石巖1號隧道可由大樁號進洞，反打190 m后，開始修建斜井至隧道錨后錨室，采用從后向前的方式擴挖反打至隧道錨出洞。本方案可避免隧道錨洞正面的高仰坡，基本實現零坡出洞。本方案增設的輔助斜井長度為650 m，縱坡坡度6.9%。作為輔助施工的隧道可以采用較經濟的支護方式，但規模過長還是導致了輔井造價偏高；另外本方案受白石巖1號隧道反打進度的制約，同時在隧道內增設斜井將使2個工區施工過程相互干擾，對工期造成的影響大，雖然能解決高邊坡的問題，但又帶來了高造價、工期延后等新問題，故不推薦本方案。

2.3 施工橫洞輔助進洞

增設隧道錨進口施工便道，起點接14號進場道路,接線樁號位于K3+340附近,接線高程1 736.7 m,路線沿山體下坡布設,路線布設至K2+290處設置施工橫洞穿越山體到達楚雄岸隧道錨洞口,全長2.463 km,設置173 m隧道1座，施工橫洞平面軸線與隧道錨洞呈90°角相交，縱坡采用8%下坡。施工橫洞與隧道錨位置關系見圖5。

圖5 施工橫洞輔助進洞方案布置圖

施工橫洞采用R1=2.9 m的圓拱直墻式內輪廓，內輪廓高7.2 m，寬5.68 m，滿足大型機械及出渣車的通行要求，橫洞除交叉口采用復合式襯砌外，其余采用錨噴襯砌。施工橫洞在后續可以作為隧道錨的檢修通道。

施工橫洞的終點為隧道錨散索鞍基礎前端，后經過擴挖變成聯絡通道，起聯通纜洞和隧道錨前錨室的作用，纜洞可借聯絡通道由內向外反打出洞，基本實現零仰坡。

本方案的施工工序轉換復雜，存在施工橫洞擴挖及聯絡通道開四隧洞的難點，4個隧洞在空間上相互干擾嚴重。交叉關系見圖6，故在考慮加強襯砌支護的同時，更要考慮4個隧洞開挖順序的問題。針對這一實際情況，設計給出了詳細的開挖方案，在遵循“少擾動、快加固、勤量測、早封閉”的前提下，要求在開挖時確定好各洞的開挖時間差，采取短進尺、淺眼輕藥弱爆破，避免由于施工方法不當造成各隧洞間圍巖的二次擾動，同時施工過程中加強監控量測和變形分析，并據此及時調整開挖方法和修正支護參數，酌情預留圍巖變形量，必要時及時增設臨時鋼支撐，確保圍巖穩定和施工安全。

圖6 施工橫洞與纜洞、前錨室位置關系圖(單位：cm)

2.3.1本段具體的開挖工序

1) 施工橫洞擴挖。施工橫洞到聯絡通道過渡段落的擴挖，設計采用由施工橫洞斜向開挖至聯絡通道上臺階，上臺階拉通后，再進行下部的開挖。擴挖方案見圖7。

圖7 橫洞縱向擴挖方案圖(單位：cm)

2) 一通轉四洞開挖順序

首先將聯絡通道施工至終點，待二襯達到設計強度后，進行纜洞1的開挖，纜洞1初期支護完成后，再進行隧道錨前錨室1的開挖支護，最后將上游交叉口作為整體施工二襯。

上游側交叉口二襯施工完畢后，再鏡像進行下游開挖支護，開挖順序圖見圖8。

圖8 一通轉四洞開挖順序圖(單位：cm)

由于4個工作面相互施工的干擾會非常大，故必須嚴格按照工序圖中要求，分部開挖，分部支護，嚴禁四洞同時開挖。

2.3.2交叉口處施工要點

1) 馬頭門處為結構受力轉換點，做好馬頭門加固是保證隧道錨洞、纜洞進洞安全的重要措施。

2) 橫洞隧道開挖中下臺階完成鋼拱架安裝后，在交叉口聯絡通道初支鋼架外輪廓外20 cm處，沿隧道初期鋼架上及時分段焊接弧形連接鋼板，鋼板尺寸為200 mm×20 mm(寬×厚)，在弧形連接鋼板上下側均打設直徑×壁厚=50 mm×4 mm注漿鎖腳鋼花管，L=6.0 m,上側α=15°，下側α=30°。待鎖腳錨桿與便道隧道鋼架連接牢固后，分段割除交叉口部分便道隧道鋼架，采用臺階法向纜洞通道進洞3～5 m(交叉口部位10 m范圍內擬采用人工機械等非爆破施工)，然后待穩定后繼續向前施作隧道，馬頭門處施工注意要點見圖9。

圖9 馬頭門處施工工藝圖

3) 馬頭門破除前，應安裝纜洞通道第一榀鋼架，打設超前小導管，并使鋼架及小導管與便道隧道鋼架連接牢靠，然后再破除馬頭門，破除馬頭門時必須由上至下進行，破除后連立2榀鋼架，以確保開挖安全。

4) 根據監控量測和變形分析，適時施作交叉口便道通道、纜洞隧道二次襯砌。

經過比選，設計最終采用施工橫洞輔助進洞方案進行施工，經現場驗證，隧道錨在零仰坡開挖的情況下，已經探頭出洞，施工橫洞進洞的方案取得了較好的環保效果。

3 結語

綠汁江特大橋隧道錨所在地為典型的深切溝谷高陡地形,地形、地質條件復雜,工程建設中貫徹“安全、環保、舒適、和諧”的新型設計理念,以保護生態環境為前提,通過精心勘察設計,成功解決了下列建設難點,保證了工程建設與環境保護的協調發展。

1) 根據隧道錨洞口深切溝谷、高陡地形條件,按造"早進洞、晚出洞"的原則確定隧錨洞的開挖方案 ,盡量減少洞口邊仰坡開挖,保護洞口原有地形及自然景觀。

2) 在洞口施工場地狹窄陡峭,常規正面進洞方法無法實施的情況下,在進場道路處新增施工便道+橫洞從側向進洞,保證了隧道進洞施工安全可行、經濟合理,同時有效地保護了自然環境。

3) 為避免洞口局部掉塊，在纜洞反打出洞后，采用倒削竹懸挑式洞門，洞門懸挑部分如同雨棚一樣，起到一定的擋碎石作用，同時洞門與周邊環境有機融合,有效保護了洞口的自然景觀。