近接工程影響下高鐵隧道出口復雜仰坡進洞施工技術

摘要 文章針對成達萬高速鐵路雷鋒山隧道出口倒懸強風化砂巖體復雜地質情況及近接工程的不利影響，首先根據危巖體崩落軌跡分析結果展開風險評估，提出危巖體施工防護措施；其次結合與雷鋒山隧道并行的西渝鐵路隧道近接工程，分析了雷鋒山隧道出口入洞工程存在的“陡、危、狹、險”施工難點，提出隧道出口洞頂仰坡防護施工方案和3種出口入洞施工方案，并從工期、施工風險控制、經濟成本等方面比較了三種入洞施工方案的優缺點；最終推薦選擇在出口線路左側增設出口斜井進洞施工方案，有效控制了施工風險并保證了施工工期，為隧道順利貫通提供了有力保障。

關鍵詞 近接工程；高鐵隧道；復雜仰坡；進洞施工

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0091-03

0 引言

鐵路隧道高懸洞口安全進洞施工一直是鐵路工程施工中的難點問題，隨著我國鐵路工程建設向復雜艱險地區推進，解決高懸洞口進洞施工的工程經驗正在不斷積累。王金剛、萬炳宏提出建立隧道進洞綜合施工體系解決高懸洞口、高寒凍土洞口隧道進洞施工難題[1-2]；胡哲釧、于進泉等研究了高陡邊坡隧道進洞施工的邊仰坡防護技術，從洞口邊坡的穩定性計算方法、高陡仰坡防護措施、隧道邊仰坡危巖體風險源識別等方面，進行了隧道安全進洞的有益嘗試[3-4]；在近接工程研究方面，范文昊、袁鵬等研究了新建隧道施工對既有隧道、既有基坑、既有橋梁樁基的影響[5-6]，張超、陳仁朋等分別基于離心模型試驗和數字孿生試驗研究了近接工程建設荷載的確定方法[7-8]。在近接工程不利影響下隧道高懸洞口的進洞施工技術及邊仰坡防護技術方面的研究尚需進一步展開。該文結合成達萬高速鐵路雷鋒山隧道展開研究，考慮西渝鐵路隧道近接工程的不利影響，提出雷鋒山隧道出口復雜仰坡進洞施工方案及洞頂仰坡防護施工方案。

1 項目概況

成達萬高速鐵路雷鋒山隧道為單洞雙線隧道，隧道位于達縣—大竹向斜的東翼近核部，兩側為典型的背斜成山、向斜成谷的構造地貌，斜坡寬緩，峰巒層疊，屬川東平行嶺谷之中低山區與丘陵區過渡帶；隧道出口端位于墩子河右岸，整體坡度約35 °～50 °，為陡斜坡；中部地段以緩斜坡和緩平臺交錯形成，坡度約10 °～30 °，起伏較大；中部緩坡及山頂槽谷局部地段開辟為農田，坡體兩側橫向溪溝較發育，兩側斜坡植被以灌木為主。與雷鋒山隧道并行的西渝鐵路隧道為大地坪隧道，兩隧道中線間距為56～77 m，洞身爆破施工時存在相互影響，大地坪隧道軌面標高略高于雷鋒山隧道，其中進口高差為2.224 m，出口高差為6.13 m，兩隧道的洞口便道、場地規劃及防護工程施工等存在交叉影響。

2 洞口施工風險分析

雷鋒山隧道出口洞口施工存在陡（洞口地形地貌復雜）、危（危巖落石）、狹（洞口場地受限）、險（施工便道安全風險大）的特點，同時與西渝鐵路大地坪隧道出口最短距離僅56 m，存在近接工程相互影響的問題，在計劃工期內完成洞口施工面臨挑戰。

2.1 洞口地形地貌復雜——“陡”“?！?/p>

出口為高端洞口，位于墩子河右岸，陡斜坡，洞外與橋梁相連，懸崖下方為河流，高差約35 m。山坡中部有兩層直立巖層，位于洞頂和洞底處，類似于“夾心餅干”結構，起伏較大。斜坡植被以灌木為主，坡體兩側橫向溪溝較發育。出口邊仰坡上方危巖落石發育，巖性為弱風化侏羅系上統遂寧組中厚層狀砂巖，落石體積一般在1.08～49.5 m3，累計體積約258 m3。

2.2 洞口場地受限——“狹”

洞口可用的施工場地約為16 m×21.3 m，約341 m2，場地受限，只能滿足物流通道，其余基本設施沒有布置的空間，且明洞無法提前施作，需待貫通實施。

2.3 施工便道安全風險大——“險”

進洞便道由在建的村道引入，跨過下方河流后，沿山坡走向，呈“之”字形展線實施施工便道至洞口仰拱填充頂面處。因山坡的地形地貌復雜，施工便道邊坡陡，刷坡高度達20 m以上，且危巖發育，便道的安全風險大。

2.4 近接工程影響

與雷鋒山隧道并行的西渝鐵路大地坪隧道，兩隧道中線間距為56～77 m，洞身爆破施工時存在相互影響；大地坪隧道軌面標高略高于雷鋒山隧道，其中進口高差為2.224 m，出口高差為6.13 m，兩隧道的洞口便道、場地規劃及防護工程施工等存在交叉影響，如圖1所示。

擬建施工便道沿山坡走向，呈“之”字形進行展線實施至洞口仰拱填充頂面，將兩次下穿擬建的西渝鐵路橋梁，兩者平面關系如圖2所示。

圖2表明，擬建的西渝鐵路橋梁的0#橋臺和1#橋墩位于施工便道的上邊坡側，因山體邊坡比較陡，進行施工便道的刷坡防護時，將影響橋墩及橋臺的結構安全性。西渝鐵路大地坪隧道的出口也位于施工便道的上邊坡處，便道的刷坡防護將影響隧道洞口基底的結構安全性。因此，從西渝鐵路橋梁及隧道洞口的結構安全方面來看，橋臺下的山體邊坡不適宜修建施工便道。

3 隧道出口地質災害分析

現場調查發現，雷鋒山隧道出口上部坡體為多級折線坡型，隧道出口洞身及底部向下約15 m范圍內為弱風化泥巖，泥巖帶坐落于厚約24 m砂巖帶上；隧道出口頂部上方約13 m范圍為一處弱風化砂巖帶，砂巖帶上方覆蓋約25 m厚弱～中風化泥巖層，表層覆蓋粉質性黏土，現場調查發現較為嚴重風險點為洞頂上方裸露砂巖帶。該段砂巖帶為弱風化，整體產狀呈反傾狀態，傾角平緩近水平，裸露巖體底部存在不同程度部落脫空，巖體表面及底部呈現不同程度的碎裂、掉塊現象。近隧道線路左側，出現過大體量巖體崩落現象，崩落危巖體（約10～15 m3）墜于溝底，整體性較好，弱風化。

為了揭示巖體崩落的危害，選取6 m3危巖體進行軌跡分析，分別位于隧道出口左側30 m和右側30 m、35 m、50 m，其落石軌跡、沖擊能量、彈跳高度及沖擊速度分析結果表明，該工點主要風險源為隧道出口頂部砂巖帶，落石沿線路軸線左右兩側30 m范圍形成一處三角沖擊區，可能造成的危險性較大，需要開展危巖體專項調查及風險評估，并提出針對性防護補強措施：

（1）洞頂仰坡進行放坡打刷。

（2）刷坡后危巖帶所在坡面采用錨桿（索）框格梁防護結構。

（3）根據刷坡后的地形，選取適當位置布設一道被動防護網。

4 進洞方案比選

根據隧道洞口工程設計及洞口地形地貌及現場踏勘情況，隧道出口主要難點工程為洞頂仰坡防護施工方案和進洞施工方案。由于洞頂為直立巖，需進行刷坡防護，洞頂邊仰坡防護施工方案在線路左側沿施家洞水庫泄洪河道山坡，即距線路200 m處修建施工便道，引至隧道洞頂，完成洞口危石、邊仰坡開挖及防護施工，刷坡高度約32 m。

進洞（包含便道）施工方案是該文研究的重點問題，比較了三種進洞方案：方案1在線路右側沿山體走向放坡修建施工便道至出口進洞；方案2在線路左側沿河道修建施工便道至出口進洞；方案3在出口線路左側增設出口斜井進洞。

4.1 右側“之”字形便道進洞方案

方案1在線路右側沿山體走向放坡修建施工便道至出口進洞。由施家洞大橋橋下在建的村道引入，跨過下方河流后，沿山坡走向，呈“之”字形進行展線實施施工便道至洞口仰拱填充頂面處。施工便道貫通后，進行洞頂仰坡防護施工，完成洞口危石清理、截排水措施、邊仰坡開挖及防護、橋臺、洞口管棚等工程，隨后進行暗洞掘進，待隧道貫通后再施作明洞和洞門。方案1新建便道0.6 km，改擴建便道2.5 km，利用便道6 km，新建長約45 m的棧橋1座，新建便道的挖方約19 000 m3。結合現場情況分析，方案1主要存在以下難點：

（1）山坡施工便道對西渝鐵路大地坪隧道出口有安全風險影響，且兩者交叉施工干擾大。西渝鐵路大地坪隧道出口位于設計施工便道的上方，施工便道刷坡將影響西渝鐵路隧道洞口的穩定性，且與洞口場地布置有很大的交叉影響。

（2）洞口山坡的灌木清理后，山坡上存在大量危石，且在半腰存在直立巖，刷坡高度大，因此便道安全風險非常大，防護量大。

（3）便道土石方開挖量大，且污染下方河道，對山體生態破壞較嚴重。

因此，綜合考慮對西渝鐵路大坪山隧道的安全、便道施工的安全風險和生態環保破壞的影響，擬不建議雷鋒山隧道出口采用方案1進洞。

4.2 左側放坡便道進洞方案

方案2在線路左側沿河道修建施工便道至出口進洞。在線路左側沿施家洞水庫泄洪河道山坡，從上向下刷坡修建施工便道，引至隧道出口仰拱填充頂面。便道規劃長度320 m，局部最大坡度10%，路面寬度6 m。靠山側邊坡按坡率1∶0.75進行放坡，邊坡采用C25噴錨防護。施工便道貫通后，進行洞頂仰坡防護施工，完成洞口危石清理、截排水措施、邊仰坡開挖及防護、橋臺、洞口管棚等工程。方案2新建便道長度0.55 km，改擴建便道1.3 km，新建便道的挖方約19 000 m3。

根據現場情況，方案2主要存在以下難點：

（1）方案2從上向下進行刷坡修建便道進洞，便道最大挖方高度約為39 m，便道坡度大，施工安全風險大，防護量大。

（2）修建便道須把洞頂上方左側的直立砂巖層全部清除，影響其整體穩定性，對隧道安全存在一定風險。

（3）便道土石方開挖量大，且污染下方河道，對山體生態破壞較嚴重。

（4）洞口位于懸崖半腰，布局場地受限。

因此，綜合考慮便道開挖的施工安全風險、隧道洞頂的安全穩定性、高邊坡防護和生態環保破壞的影響，擬不建議雷鋒山隧道出口采用方案2進洞。

4.3 左側增設出口斜井進洞方案

方案3在出口線路左側增設出口斜井進洞。在線路左側約176 m處新增一斜井，斜井長約195 m，綜合坡度約10.87%，與正洞交于DK111+168，交點內軌頂面標高為328.603 m，交匯夾角90 °，斜井洞口高程約349.288 m，洞口位于緩坡位置，洞口邊仰坡防護與方案1相同。斜井進入正洞后，分兩個作業面進行暗洞掘進，小里程作業面往進口施工至貫通里程，大里程作業面往出口施工。出口的刷坡、管棚、橋臺等工程平行施工，待隧道貫通后施作明洞及洞門。方案3新建便道0.36 km，新增斜井195 m。

主要優點：

（1）出口的邊仰坡、橋臺工程可平行作業。

（2）對出口的山體破壞小，利于洞口圍巖穩定，減小了對生態環境的影響。

（3）斜井洞口場地較開闊。

（4）進正洞時間快，隧道貫通工期能提前，有工期糾偏的空間。

方案3的缺點及難點：

（1）需變更原設計方案增加斜井。

（2）斜井的軟巖挑頂施工存在一定風險。

（3）斜井進入正洞后，洞身反坡施工距離較長。

（4）進口工程量大，進入正洞施工的日期存在不可控因素，需進一步對進口工期進行分析。

（5）隧道洞身的不良地質，即淺埋段、下穿既有建筑和水塘（溝）、穿越多處裂隙發育帶（含水）等，對隧道進度有影響。

通過三套施工方案的優缺點及施工難點對比分析發現，方案1和方案2均因安全風險等影響無法進行出口進洞，擬建議選用方案3，即在出口線路左側新增斜井方案。

5 結語

該文綜合考慮近接工程大地坪隧道的影響，研究了雷鋒山隧道出口復雜仰坡進洞施工技術。主要結論：

（1）雷鋒山隧道出口施工的主要風險源為隧道出口頂部砂巖帶，需要對危巖體進行專項風險評估并提出針對性防護補強措施。

（2）雷鋒山隧道進洞施工存在“陡”“危”“狹”“險”的特點，同時，與西渝鐵路大地坪隧道出口存在近接工程相互影響的問題，需要優化進洞施工方案以保證在計劃工期內完成洞口施工。

（3）雷鋒山隧道出口線路左側增設出口斜井進洞施工方案具有明顯的優點，既減小了進洞施工對生態環境的影響，又有利于洞口圍巖穩定，還保證了雷鋒山隧道貫通的工期。

參考文獻

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