高陡仰坡橋隧相接隧道出洞施工方案

李 昕，劉建超，李 棟

(1.陜西省高速公路建設(shè)集團(tuán)公司，陜西 西安 710065；2.陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710018；3.陜西省交通建設(shè)集團(tuán)西安外環(huán)高速公路南段建設(shè)管理處，陜西 西安 710109)

0 引 言

近年來，隨著中國高速公路建設(shè)的迅猛發(fā)展和國家路網(wǎng)的逐步完善，新建高速公路不斷向山區(qū)延伸。山區(qū)高速公路具有地形復(fù)雜、構(gòu)造物多和橋隧比大等特點(diǎn)，橋隧相接現(xiàn)象越來越普遍，而且不可避免會(huì)上跨既有運(yùn)營公路。隧道洞口處圍巖往往較為破碎、松散，風(fēng)化嚴(yán)重，地質(zhì)條件一般較差，受施工或降雨影響極易產(chǎn)生滑塌甚至滑坡等災(zāi)害，對(duì)施工安全以及公路運(yùn)營安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1-2]。在此復(fù)雜地形、地質(zhì)和環(huán)境條件下，隧道進(jìn)出口施工不僅要考慮洞口施工本身的安全問題，還要考慮施工期間洞口下方既有公路的運(yùn)營安全，以及新建高速公路建成通車后的運(yùn)營安全[3-8]。

目前不少學(xué)者分別對(duì)隧道進(jìn)出洞施工方案[9-14]、橋隧相接型式及適用條件[15-19]、洞口邊坡穩(wěn)定性及防護(hù)措施[20-23]進(jìn)行了研究，但很少對(duì)復(fù)雜條件下的隧道進(jìn)出洞技術(shù)、洞口坡面防護(hù)、既有公路和新建公路運(yùn)營安全防護(hù)等方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究。同時(shí)，橋隧相接處也未引起廣大設(shè)計(jì)和施工人員的足夠重視，造成施工過程中發(fā)生坍塌，甚至危及安全運(yùn)營。本文以安(康)嵐(皋)高速公路花壩隧道工程為例，對(duì)地形、地質(zhì)和環(huán)境條件復(fù)雜的橋隧相接處隧道出洞施工的原設(shè)計(jì)方案和優(yōu)化方案進(jìn)行系統(tǒng)介紹，以期為類似工程設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。

圖1 新建高速公路上跨S207省道

1 工程概況

安康至嵐皋高速公路花壩隧道位于陜西省安康市嵐皋縣境內(nèi)，隧道采用雙向四車道分離式設(shè)計(jì)，左線長931 m，右線長874 m，設(shè)計(jì)時(shí)速為100 km·h-1。隧道出口與嵐河大橋相接，且上跨S207省道。S207省道是嵐皋至安康的惟一通道，車流量較大，其與隧道洞口路面高差約20 m，與隧道洞頂高差約28 m，如圖1所示。隧道出口段位于山體斜坡上，地形自然坡度陡峭，約55°～65°。出口段無斷裂通過，洞口邊坡工程地質(zhì)條件較好，邊坡基本穩(wěn)定，但隧道出口強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r受節(jié)理、裂隙和風(fēng)化的影響，巖體較破碎，開挖易產(chǎn)生坍塌、崩塌、掉塊現(xiàn)象，使得洞口巖體的穩(wěn)定性差。從現(xiàn)場條件看，花壩隧道洞口坡面陡峭，且位于橋隧相接處，出口不利于進(jìn)洞施工。因此，設(shè)計(jì)更為合理的出洞方案，保證洞口施工期間S207省道的運(yùn)營安全，避免新建高速公路通車運(yùn)營過程中隧道洞頂坡面滾石對(duì)橋梁以及行車構(gòu)成的威脅，是擺在設(shè)計(jì)、施工和管理人員面前的一系列難題。

2 隧道左線出口原設(shè)計(jì)情況

2.1 隧道邊仰坡及洞門原設(shè)計(jì)情況

花壩隧道左線出口段圍巖為V級(jí)，出口明暗洞交界樁號(hào)為ZK37+746，明洞終點(diǎn)樁號(hào)為ZK37+748，明洞長2 m，洞門為環(huán)框式洞門(圖2)。隧道洞口臨時(shí)仰坡采用Φ22藥卷錨桿，長3.5 m，間距120×120 cm，Φ8鋼筋網(wǎng)間距20×20 cm，噴射厚10 cm的C25混凝土進(jìn)行加固(圖3)。洞口坡面防護(hù)采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索的形式加固，預(yù)應(yīng)力錨索長度為21 m，根數(shù)為67孔(圖4)。

圖2 洞門設(shè)計(jì)

圖3 仰坡防護(hù)設(shè)計(jì)

圖4 洞口坡面防護(hù)設(shè)計(jì)

2.2 洞口段圍巖支護(hù)參數(shù)原設(shè)計(jì)情況

洞口段30 m范圍內(nèi)圍巖級(jí)別為V級(jí)，巖性為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，穩(wěn)定性差，支護(hù)參數(shù)為：Φ108 mm鋼管長管棚超前支護(hù)，長度為30 m，環(huán)向間距為40 cm；I20b鋼架縱向間距為60 cm；Φ22藥卷錨桿，長4 m，間距為1.2 m×0.6 m(環(huán)向、縱向)，Φ8 mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距15×15 cm，C25噴射混凝土厚26 cm，C30混凝土二次襯砌厚50 cm。

2.3 橋隧關(guān)系原設(shè)計(jì)情況

花壩隧道左洞終點(diǎn)樁號(hào)為ZK37+748，嵐河大橋左線起點(diǎn)樁號(hào)為ZK37+749.6，橋隧間距為1.6 m(圖5)，0#橋臺(tái)設(shè)計(jì)形式為落梁式橋臺(tái)。

圖5 橋隧關(guān)系

2.4 S207省道安全防護(hù)措施原設(shè)計(jì)情況

省道S207從隧道出口正下方通過，且隧道距離較近，為了避免隧道施工產(chǎn)生滾石等危險(xiǎn)物影響S207省道正常通行和人員、車輛的安全，需對(duì)省道采取安全防護(hù)。設(shè)計(jì)對(duì)省道影響范圍采用防落石棚架進(jìn)行防護(hù)，防落石棚架用腳手架搭建，并派專人觀察值守，保證省道的正常通行。

3 隧道出口原地面實(shí)測情況及出洞設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 隧道出口原地面實(shí)測情況

施工單位進(jìn)場后，結(jié)合原設(shè)計(jì)對(duì)洞口地形、地貌以及地質(zhì)情況進(jìn)行了核查，并實(shí)地測繪了地形橫斷面圖。隧道出口原地面典型橫斷面如圖6所示。

圖6 隧道出口明洞段原地面典型橫斷

3.2 隧道明暗交界樁號(hào)及橋隧關(guān)系優(yōu)化

根據(jù)隧道出口原地面實(shí)測情況(圖6)，原設(shè)計(jì)明暗洞交界樁號(hào)ZK37+746洞頂埋深13.37 m，埋深較大，ZK37+750洞頂埋深1.76 m，根據(jù)隧道“早進(jìn)洞、晚出洞”的施工原則，為減少開挖，防止對(duì)山體擾動(dòng)，盡量不刷坡或少刷坡，保持山體的原始平衡狀態(tài)，選擇將明暗洞交界樁號(hào)由原設(shè)計(jì)ZK37+746調(diào)整為ZK37+750，并結(jié)合橋梁與隧道關(guān)系，將隧道明洞終點(diǎn)樁號(hào)由原設(shè)計(jì)ZK37+748調(diào)整為ZK37+752，明洞長度為2 m，即橋梁深入隧道2.4 m。

3.3 隧道洞口坡面防護(hù)優(yōu)化

(1)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際勘測情況，洞頂坡面覆蓋層碎石土較薄，且大部分裸露面為巖石，為保證仰坡穩(wěn)定，建議仰坡防護(hù)由原設(shè)計(jì)Ф22藥卷錨桿調(diào)整為Ф36藥卷錨桿，長度由原設(shè)計(jì)3.5 m調(diào)整為6 m。

(2)洞口坡面防護(hù)原設(shè)計(jì)采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索，長度為21 m，根數(shù)為67孔，防護(hù)高度距離隧道洞頂約57 m。但通過現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，山體整體圍巖較好，植被茂盛，因此選擇對(duì)主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、錨索防護(hù)范圍進(jìn)行調(diào)整，將錨索防護(hù)調(diào)整為錨桿框架梁防護(hù)。

3.4 隧道出洞設(shè)計(jì)優(yōu)化

(1)隧道出口位于山體斜坡上，自然坡度陡峭，距S207省道較近，洞口施工便道修建難度大，且修建施工便道對(duì)S207省道通行影響較大，故采用上臺(tái)階小導(dǎo)洞貫通，利用小導(dǎo)洞作為施工便道，在洞口開辟作業(yè)面，待仰坡防護(hù)施工完成后，采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法進(jìn)行隧道擴(kuò)挖直至全斷面貫通的出洞方案。

(2)隧道出口受場地限制，原設(shè)計(jì)30 m超前管棚從洞外無法施做，因此將其取消，而選擇在洞口30 m范圍內(nèi)采用雙層超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)。

(2)為保證隧道出口段施工安全，對(duì)初期支護(hù)參數(shù)進(jìn)行加強(qiáng)，I20b鋼架縱向間距由原設(shè)計(jì)60 cm調(diào)整為50 cm，每榀鋼架在上臺(tái)階拱腳處每側(cè)增設(shè)2根長度為4 m的Φ42×4 mm鎖腳錨管，其余支護(hù)參數(shù)維持原設(shè)計(jì)。

3.5 隧道出口洞門型式優(yōu)化

花壩隧道左洞出口洞門原設(shè)計(jì)形式為全斷面環(huán)框式洞門，根據(jù)實(shí)測斷面情況，明洞邊坡開挖量較大，為了減少開挖，確保山體穩(wěn)定，將全斷面環(huán)框式洞門調(diào)整為半斷面環(huán)框式洞門(圖7)，靠山側(cè)設(shè)置初期支護(hù)，設(shè)置I20b鋼架，縱向間距50 cm，Φ22藥卷錨桿長度為6 m，單層Φ8 mm鋼筋網(wǎng)，C25噴射混凝土厚26 cm。

圖7 半斷面環(huán)框式洞門

3.6 S207省道安全防護(hù)措施優(yōu)化

3.6.1 S207省道改移

通過現(xiàn)場實(shí)地查勘發(fā)現(xiàn)，由于地形陡峭，防落石棚架采用腳手架搭建難以起到有效的安全防護(hù)作用；并且由現(xiàn)場勘測可知，花壩隧道出口范圍S207省道正處于彎道，設(shè)置安全防護(hù)棚易影響行車視線。經(jīng)組織專家進(jìn)行咨詢后，決定取消安全防護(hù)棚設(shè)置，而將S207省道截彎取直，臨時(shí)改移至嵐河河道中(圖8)，使其遠(yuǎn)離隧道出口施工段落30 m，并在原省道靠近山體一側(cè)設(shè)置1排被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)。改移道路長度約200 m，改移道路采用隧道洞渣分層壓實(shí)填筑，路面寬度不小于原省道寬度，并在臨河一側(cè)做好防護(hù)措施，保證行車安全。該方案能夠從根本上減少或躲避滾石、飛石及滑塌體等帶來的威脅，有效保證省道正常通行和車輛人員安全。

圖8 S207省道改移平面

3.6.2 交通管制

(1)成立交通協(xié)調(diào)管理小組，對(duì)S207省道K63+700～K63+900段進(jìn)行交通管制。組織不少于3人的交通安全協(xié)調(diào)管理小組，負(fù)責(zé)指揮車輛進(jìn)出施工區(qū)域及確保車輛行駛暢通；疏導(dǎo)員要求具有熟練指揮交通的能力，指揮交通時(shí)必須穿好具有反光標(biāo)志的安全衣，袖章穿戴整齊，并用紅色小三角旗指揮交通。在隧道放炮時(shí)，禁止車輛通行，待排險(xiǎn)完成后，及時(shí)指揮車輛通行，每次交通管制時(shí)間約20分鐘。

(2)在沿S207省道設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志標(biāo)牌和防護(hù)設(shè)施。根據(jù)道路情況設(shè)置5個(gè)交通控制區(qū)，即：警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、作業(yè)區(qū)、下游終止區(qū)。

(3)在行車前進(jìn)方向200 m、100 m、50 m、施工區(qū)域設(shè)置“前方施工200 m”、“前方施工100 m”、“前方施工50 m”、“右(左)道封閉”、“車輛慢行”、“限速”“禁止停車”等警告標(biāo)志牌，引導(dǎo)車輛行駛，保證行車的暢通。

4 出洞施工安全注意事項(xiàng)

(1)施工人員應(yīng)提前在施工影響范圍設(shè)立安全警戒線，并派專人看守，防止人員進(jìn)入施工危險(xiǎn)區(qū)域。

(2)安排專人對(duì)洞口圍巖進(jìn)行觀察，對(duì)存在的安全隱患及時(shí)采取加固措施。

(3)堅(jiān)持短進(jìn)尺、弱爆破，盡量減少對(duì)巖體的擾動(dòng)，以提高洞口段圍巖和邊仰坡的穩(wěn)定性。

(4)加強(qiáng)地表位移、洞內(nèi)初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)變形等監(jiān)控量測工作，按反饋信息指導(dǎo)施工。

(5)隧道開挖必須在超前支護(hù)完成后進(jìn)行，在上臺(tái)階初期支護(hù)基本穩(wěn)定后，才能進(jìn)行下半斷面開挖。

5 結(jié) 語

通過對(duì)花壩隧道左線出口特殊的地形、環(huán)境條件進(jìn)行分析，在遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”原則的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了隧道明暗洞交界位置，采用了半斷面環(huán)框式洞門型式，以減少開挖，確保山體穩(wěn)定；采用上臺(tái)階小導(dǎo)洞貫通，并以此作為施工便道進(jìn)行仰坡防護(hù)，同時(shí)取消了洞口由外向內(nèi)施做的超前管棚，采用雙層超前小導(dǎo)管出洞，解決了出口場地限制問題；另外，還優(yōu)化了隧道洞口坡面防護(hù)方案以及S207省道的安全防護(hù)措施，確保施工期間S207省道的運(yùn)營安全，以及新建高速公路建成通車后的運(yùn)營安全。