復(fù)雜地形條件下高速公路施工通道布置實(shí)例與探討

李世春 肖小偉 趙思黎

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

隨著我國公路交通事業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的高速公路在高山峽谷中建設(shè)。由于受到山區(qū)地形、地貌條件的限制，施工通道往往修建難度很大甚至無法修建，且會(huì)對(duì)周邊民居、植被、水系、已有建筑等造成一定程度的破壞，施工成本高。高速公路施工時(shí)間通常緊張，在不修建施工通道的情況下無法滿足工期需要。鑒于此，必須全面掌握現(xiàn)場(chǎng)施工條件，積極開拓思路，提出具有可行性的施工通道建設(shè)方案，以達(dá)到增加施工工作面、加快施工進(jìn)度的目的。本文通過復(fù)雜地形條件下的高速公路實(shí)例探討施工通道布置，為后續(xù)同類工程施工拓展思路。

一、工程概況

云南宜昭高速公路在昭通市新廠區(qū)域布置了核桃樹隧道、埡口中橋、新廠隧道、埡口大橋及孟家梁隧道，從核桃樹隧道進(jìn)口至孟家梁隧道出口左線長5171.21m，右線長5156.85m，橋隧群平面布置如圖1所示。

該區(qū)域隧道巖體主要為強(qiáng)～中風(fēng)化砂巖，夾薄層泥巖，砂巖呈中厚層狀；強(qiáng)風(fēng)化帶巖層節(jié)理、裂隙發(fā)育，強(qiáng)度低，自穩(wěn)能力差，受水浸潤后易加劇松散破壞；中風(fēng)化帶巖層節(jié)理裂隙稍發(fā)育，結(jié)構(gòu)完整，自穩(wěn)能力較強(qiáng)，地層結(jié)合緊密，總體穩(wěn)定性好，但局部遇軟弱夾層、巖性接觸帶等薄弱結(jié)構(gòu)面，圍巖穩(wěn)定性差。地下水主要為碎屑巖類孔隙裂隙水且主要分布于三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組巖層中，受大氣降水補(bǔ)給，泥巖為相對(duì)隔水巖層，地下水力聯(lián)系差，水量小?？傮w來說，該區(qū)域隧道地質(zhì)條件較差，地質(zhì)條件復(fù)雜，大大限制了施工速度。

一方面，該區(qū)域地形較為復(fù)雜，山高坡陡，大多為V形河谷，且山坡上民房較多，不具備在工作面附近修筑臨時(shí)施工便道增加工作面的條件；另一方面，隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，采用核桃樹隧道進(jìn)口和孟家梁隧道出口兩個(gè)工作面相向施工無法滿足工期要求。因此，新廠區(qū)域橋隧群成為了宜昭高速施工的控制性工程，如何通過布置施工通道增加工作面、緩解施工壓力，是項(xiàng)目組面臨的重大難題。

圖1 新廠區(qū)域橋隧群平面布置圖

二、施工通道布置

（一）施工通道的布置思路

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，在核桃樹隧道中部距出口約500m處的一個(gè)深溝里山體較薄，僅約130m，且施工便道可修建到該位置，考慮在此增加施工斜井，將橋隧群長度減小約1940m，在一定程度上緩解施工壓力。

通過工期分析，增加施工斜井仍然無法滿足總體工期要求。倘若采用沿主洞設(shè)置施工導(dǎo)洞率先出洞方案，則具有因施工導(dǎo)洞斷面較小，施工速度快，洞室穩(wěn)定問題不突出；因臨時(shí)支護(hù)簡(jiǎn)單，施工難度小等優(yōu)點(diǎn)，亦可加快施工進(jìn)度。總體來說，施工導(dǎo)洞的方案即能保證施工進(jìn)度，也能保證施工安全。因此，項(xiàng)目組決定沿核桃樹隧道右線主洞開挖導(dǎo)洞，盡快貫通至隧道出口，為新廠隧道、埡口大橋、孟家梁進(jìn)口的施工提供工作面。完成核桃樹隧道左線隧道開挖支護(hù)后，項(xiàng)目組調(diào)整為以左線隧道為施工通道，繼續(xù)施工新廠隧道、埡口大橋、孟家梁進(jìn)口，同時(shí)為核桃樹隧道右線隧道擴(kuò)挖及支護(hù)提供了施工條件。施工通道布置如圖2所示。

（二）施工斜井的設(shè)計(jì)

施工斜井的設(shè)計(jì)主要考慮了施工設(shè)備的通行，以及風(fēng)水電、排風(fēng)系統(tǒng)的布置，其凈空尺寸為7m×6.5m（寬×高）。由于施工斜井處于山體邊緣，地質(zhì)條件相對(duì)較差，以Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖為主，根據(jù)圍巖等級(jí)采取相適應(yīng)的支護(hù)方法，初步擬定的支護(hù)參數(shù)。

1.Ⅳ級(jí)圍巖

圖2 施工通道布置示意圖

隧道開挖后圍巖整體穩(wěn)定性較好，圍巖可維持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，因此采用φ25mm、L=4.5m、φ1.5m×1.5m的系統(tǒng)砂漿錨桿+噴射C25混凝土（厚度為10cm）相結(jié)合的方式，并靈活優(yōu)化方法，例如在局部支護(hù)需求較高時(shí)輔以φ8mm φ20cm×20cm鋼筋網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)有效的防護(hù)。

2.Ⅴ級(jí)圍巖

特殊之處在于經(jīng)隧道開挖作業(yè)后該部分圍巖缺乏足夠的自穩(wěn)能力，因此采取的是φ25mm、L=3.0m φ 1.25m×1.25m的系統(tǒng)砂漿錨桿+φ8mm φ20cm×20cm鋼筋網(wǎng)+噴射C25混凝土（厚度增加至15cm）的方式，形成多重防護(hù)，確保開挖期間運(yùn)行安全。斜井開挖支護(hù)示意如圖3所示。

（三）施工導(dǎo)洞的設(shè)計(jì)

施工導(dǎo)洞的設(shè)計(jì)主要考慮了施工設(shè)備的通行，以及風(fēng)水電、排風(fēng)系統(tǒng)的布置，其斷面凈空尺寸為7m×6.5m（寬×高）；考慮到出口段圍巖相對(duì)較差，該部分的圍巖缺乏足夠的穩(wěn)定性，為加強(qiáng)對(duì)洞口50m范圍內(nèi)的防護(hù)，優(yōu)化其開挖斷面的尺寸，調(diào)整為4.5m×5m（寬×高）。

總體來說，隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件欠佳，為保證導(dǎo)洞施工及運(yùn)行的安全性，宜采取可靠的臨時(shí)支護(hù)措施。若采用普通砂漿錨桿的支護(hù)方式，由于錨桿需穿過隧道設(shè)計(jì)線，在施工后存在拆除難度較大的問題，且期間會(huì)對(duì)隧道設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)線以外的巖體產(chǎn)生擾動(dòng)，乃至?xí)?duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)線外的巖體產(chǎn)生撕裂破壞，影響隧道周邊巖體的穩(wěn)定性與完整性。為同時(shí)滿足施工安全性和拆除便捷性的雙重要求，擬采用玻璃纖維錨桿支護(hù)的方式。玻璃纖維錨桿作為一種新型材料錨桿，具有一定的脆性，與普通砂漿錨桿相比，具有受力機(jī)理好、破除簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，因此采用玻璃纖維錨桿能滿足臨時(shí)支護(hù)的需要，又便于拆除，同時(shí)也可有效保護(hù)隧道周邊巖體。結(jié)合工程施工需求及掌握的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件，根據(jù)圍巖類型提出支護(hù)參數(shù)。

圖3 施工斜井開挖支護(hù)示意圖（單位：mm）

1.Ⅳ級(jí)圍巖

φ25mm、L=3.0m φ1.5m×1.5m的系統(tǒng)玻璃纖維錨桿+噴射C25混凝土（厚度為10cm），根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件動(dòng)態(tài)調(diào)整支護(hù)方式，局部掛設(shè)φ8mm φ20cm×20cm鋼筋網(wǎng)。

2.Ⅴ級(jí)圍巖

考慮到開挖后圍巖易失穩(wěn)的情況，采取多重防護(hù)措施，即φ25mm、L=3.0m φ1.5m×1.5m的系統(tǒng)玻璃纖維錨桿+φ8mm φ20cm×20cm鋼筋網(wǎng)+I18鋼拱架+噴射C25混凝土（厚度為15cm），必要時(shí)增設(shè)φ25mm、L=3.0m的超前玻璃纖維錨桿。

此外，對(duì)于圍巖節(jié)理裂隙不發(fā)育的情況，考慮到圍巖完整性較好的特點(diǎn)，采取的是φ25mm、L=3.0m φ 1.5m×1.5m的隨機(jī)玻璃纖維錨桿+噴射C25混凝土（厚度為10cm）的方法，并以實(shí)際情況為準(zhǔn)，在局部地質(zhì)條件欠佳時(shí)增設(shè)φ8mm φ20cm×20cm鋼筋網(wǎng)。

三、應(yīng)用效果

工程施工采取增設(shè)施工斜井和施工導(dǎo)洞相結(jié)合的方法，全程安全性較好，能夠?yàn)槭┕?chuàng)造良好的條件，其中導(dǎo)洞部分的施工耗時(shí)4個(gè)多月，平均每月進(jìn)尺120m，相較于計(jì)劃工期提前約4個(gè)月。此外，通過導(dǎo)洞的應(yīng)用無需修建原設(shè)計(jì)方案中的7#進(jìn)場(chǎng)公路，一方面減少了工作量，另一方面減小了通道開挖對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)造成的不良影響。從效率角度看，快速導(dǎo)洞的應(yīng)用可以省去7#進(jìn)場(chǎng)公路的建設(shè)工作。從成本角度看，可有效減少資源投入，提高經(jīng)濟(jì)效益。

玻璃纖維錨桿的受力機(jī)理良好，可發(fā)揮出支護(hù)作用，但由于該類材料具有脆性，因此施工后可快速拆除，加之系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)片等裝置的綜合作用，可全面確保施工及運(yùn)行安全，洞身處無開裂、缺陷等質(zhì)量問題，施工中導(dǎo)洞也能正常使用，安全、質(zhì)量、效益及效率均得到保證。

四、結(jié)語

在山區(qū)復(fù)雜地形條件中建設(shè)高速公路時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工條件有限、施工難度較大、工期緊、環(huán)境干擾性強(qiáng)、安全問題突出。為推動(dòng)高速公路項(xiàng)目建設(shè)的高效開展，在施工前期，需做好現(xiàn)場(chǎng)勘察工作，了解地質(zhì)條件，通過分析施工進(jìn)度合理布置施工通道，提高物資的通達(dá)水平，以緩解工期壓力，為高速公路的施工提供基礎(chǔ)支持；在施工通道設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮施工的需要及安全問題。