耳墻蓋挖法在淺埋偏壓隧道洞口段的應用研究

張紅日

（山西路橋集團 隰吉高速公路有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

黃土地區由于特殊的地形限制，導致某些隧道洞口必須采用非常規的進洞方式和洞門結構。同時黃土地區特有的溝壑地形，導致大多數黃土隧道的進洞位置處都存在不同程度的偏壓情況，加之洞口段埋深較淺，圍巖風化強，極易受降雨和開挖擾動等影響，自穩性差。在淺埋偏壓隧道洞口段施工中，常因施工工法選取不當而造成洞門塌方冒頂、洞口邊仰坡滑塌等工程事故[1]。蓋挖法，兼具明挖法與暗挖法優點[2]，能在保證開挖支護安全的前提下明顯降低洞口段邊坡開挖高度，與明挖相比，可減少洞口刷方方量，降低工程建設成本，減少對洞口植被的影響，是綠色交通倡導的優先進洞方法[3]。

國內外學者在隧道洞口蓋挖法方面進行了大量研究，劉傳利等[4]、龐新剛[3]和胡平等[5]結合不同工程案例研究了蓋挖法在淺埋偏壓、超淺埋偏壓段與洞口段的設計方法和施工技術；伍毅敏等[6]采用數值模擬和現場監測對半明半暗隧道洞口段力學特征進行了分析；劉傳利等[4]采用數值模擬方法分析了蓋挖法施工隧道變形受力規律。

本文依托隰吉高速南嶺塬隧道工程，對偏壓黃土隧道洞口段蓋挖法設計參數進行了介紹，并對蓋挖法施工過程進行了詳細闡述，提出了耳墻蓋挖法的施工要點，可為類似隧道工程的設計和施工提供參考。

1 工程概況

南嶺塬隧道位于山西省隰縣縣城以東龍泉鎮衛家垣村，設計為左右分離式，總體走向呈北南向，左線洞身全長2 210.0 m，右線全長2 187.0 m，最大埋深136.12 m。

隧址區地勢總體上中部較高，南北兩側低。隧道進口位于龍泉鎮古城村古城磚廠南側一斜坡上，岸坡較陡峭，坡向北，坡角在24°～31°之間；溝底未見基巖出露，洞口及以上溝壁部分為第四系中更新統離石黃土。隧道出口位于龍泉鎮衛家垣村銀山溝北岸斜坡上，岸坡較陡峭，坡向南，自然坡度約20°～38°之間；溝底為耕地。

隧址區地層結構較為簡單，根據地質調查及鉆探揭示，地層由新至老依次有：第四系上更新統粉土、粉質黏土（Q3eol、Q3dl），第四系中更新統離石黃土（Q2pl），新近系靜樂組（N2j）粉質黏土夾薄層礫巖。

圖1 南嶺塬隧道洞口概貌

2 耳墻+蓋挖法施工方案的確定

2.1 地形條件

隧址區地勢總體上中部較高，南北兩側低，右線地表高程1 052.10～1 182.00 m，相對高差129.9 m；左線地表高程1 047.69～1 181.10 m，相對高差133.41 m，岸坡較陡峭。隧址區地貌單元屬黃土殘塬區，洞口以上溝壁部分為第四系中更新統離石黃土。

圖2 南嶺塬隧道右線洞口段地質縱斷面圖

2.2 施工方案比選

對于淺埋偏壓隧道，目前國內外多采用加固處理偏壓邊坡再進行洞門施工，常見措施有：削坡、回填反壓、地表注漿、設置抗滑樁、預應力錨桿和混凝土擋墻等。各種方案之間經濟效益差別顯著。

削坡和回填反壓是通過調整隧道兩側土體壓力來降低邊坡偏壓對隧道穩定性的影響。削坡的治理效果與開挖范圍密切相關。如果處治范圍小，無法起到很好的治理效果，范圍大則經濟性降低且對周邊環境的破壞較大。當偏壓程度不大時，采用回填反壓，該方案通常與施作明洞共同使用。

當隧道淺埋且地層非常松散破碎，時常采用地表注漿，該方法是通過提高土體參數來提高圍巖自穩能力。但是，注漿量估算和控制比較難以把握。

設置支擋措施，包括混凝土擋墻、預應力錨桿和抗滑樁等，有時相互結合采用。支擋措施的主要作用：抵擋仰坡下滑、削弱山體偏壓力和增強端墻穩定性。

山嶺隧道洞口淺埋段施工常采用暗挖法或明挖法進行施工。暗挖法需要有足夠的上覆巖土體，且能夠形成承載拱，該工程不適合采用。明挖法因為要開挖坡體，對植被環境破壞較大，故也不采用。

同明挖法相比，蓋挖法減少了開挖深度和寬度，故南嶺塬隧道洞口段采用蓋挖法結合耳墻的支護方案，既達到了對周邊環境最小限度的干擾，同時又解決了偏壓的難題。

3 設計與施工方法

根據《公路隧道設計規范》[7]中對隧道拱肩厚度的覆蓋層要求、隧道洞口的地形地貌和邊仰坡的實際情況，明暗洞交界里程樁號確定為K21+471，蓋挖拱起點樁號為K21+471。

3.1 洞口截排水施工

邊仰坡施工前應先沿開挖邊緣線5～10 m開挖并施作洞頂截水天溝，待進洞后及時施作洞門和兩側排水溝，與洞頂截水溝相連形成完整的排水系統。

3.2 邊、仰坡開挖防護

按設計要求從上至下開挖邊仰坡，并及時按設計要求進行邊仰坡的防護。邊仰坡采用噴錨網防護+窗孔式護面墻防護+植生防護，以防雨水滲入而坍塌。開挖高側臨時邊坡采用錨、網、噴防護。鋼筋網間距15×15 cm，C25噴混凝土厚度 10 cm，Φ22 mm水泥砂漿錨桿間距1 m×1 m，呈梅花型布置，一級邊坡錨桿長3 m，二級邊坡錨桿長8 m。端頭與鋼筋網焊接，以增強坡面防護的整體穩定性。

3.3 明洞段施工

明洞采用明挖法施工，采用挖掘機分段、分層開挖，拱上部采用放坡開挖，拱下垂直邊坡開挖，必要時輔以破碎錘開挖，人工配合挖掘機刷邊（仰）坡。

3.4 蓋挖段施工

蓋挖段施工順序為：套拱、耳墻和蓋拱、大管棚施工。

圖3 蓋挖段起點K21+471立面圖

a）蓋拱施工 拱部120°范圍采用C30鋼筋混凝土護拱，厚80 cm，內設9榀I20a型鋼，鋼架緊貼仰坡放置，間距60 cm。靠山體一側采用Φ42 mm錨管，管長5 m，以增強護拱體系的穩定性和安全性。另一側偏壓耳墻采用C30現澆混凝土，與蓋挖護拱整體澆筑。護拱鋼筋設計，耳墻設計見圖4。

圖4 支護結構配筋圖

b）回填 當蓋挖段混凝土套拱達到設計強度95%后，洞頂回填碎石土。回填碎石土應分層夯實，回填高度可根據實際地形作適當調整，其上設置50 cm厚黏土隔水層，其坡度施工時根據實際地形進行調整，黏土層表面鋪設網格植草。

c）大管棚施工 采用Φ108 mm，壁厚6 mm熱軋無縫鋼管進行超前支護。環向間距40 cm，外插角1°。施作管棚前，先行施作2 m的套拱，安裝導向管用于管棚精準定位和導向。注漿采用“單”“雙”號注漿。

d）洞身開挖支護 蓋挖段采用CD（中隔壁）法分部、分塊施工，盡量采用人工或機械開挖。將隧道分成左右兩部分，每部分又分為上、中、下3個臺階，每步開挖后，應及時施作錨噴支護、安設鋼架、施作中隔壁。中隔壁墻依次分部聯結而成。待該側初期支護完成，且強度達到設計強度的70%后，再分層開挖隧道的另一側。最后，拆除支護，施作仰拱及填充、再施作拱墻襯砌。

3.5 暗洞段施工

該隧道洞口為V級圍巖黃土地質段，按設計采用預留核心土法施工。具體施工工序為：拱部超前小導管注漿預支護→拱部環形開挖→上半斷面初期支護→核心土開挖→下半斷面開挖→下半斷面初期支護→澆筑仰拱封底。

4 結語

本文依托南嶺塬隧道工程，通過分析其洞口段地形地貌及地質情況，對常用的隧道進洞方案進行了比選，探討了耳墻蓋挖法對該工程的適用性，并論述了該方案在南嶺塬隧道的具體設計和施工應用情況，分析結果表明：

a）蓋挖法可減少開挖面，耳墻可有效提高偏壓側邊坡的穩定性，解決偏壓問題，兩者結合，既達到了對周邊環境最小限度的干擾，同時又解決了淺埋偏壓的工程難題。

b）耳墻蓋挖法可有效避免邊仰坡失穩，減少永久占地，很好地體現了綠色環保理念，尤其在黃土地區綠色植被覆蓋率本就不高的條件下，該方案兼具景觀生態和工程防護的優點，在黃土地區隧道建設中具有很好的應用前景。