削坡影響的淺埋偏壓隧道洞口安全性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)研究

王年近 張洋溢 王曉勇

（中電建路橋集團(tuán)有限公司， 北京 100160）

0 引言

隨著城市公路建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，建設(shè)過(guò)程中遇到穿越山體、大斷面等情況更為普遍。由于山區(qū)地形、地質(zhì)條件復(fù)雜多變，橋隧相連等原因，工程實(shí)際施工過(guò)程中出現(xiàn)了較多的隧道洞口設(shè)計(jì)邊坡被切削，造成隧道仰坡坡腳出現(xiàn)豎向臨空面的情況。隧道洞口設(shè)計(jì)邊坡的切削加劇破壞了山體的原有受力平衡，形成淺埋偏壓隧道施工條件，增加了隧道洞口施工風(fēng)險(xiǎn)，使得這些洞口往往成為設(shè)計(jì)和施工中的控制難點(diǎn)。

代樹(shù)林、左天宇、侯晶石等[1]對(duì)地形偏壓隧道地表處理措施開(kāi)展研究，得到隧道偏壓優(yōu)化處理方案；張永利，李冬生[2]對(duì)削坡后洞口圍巖受力方式開(kāi)展數(shù)值模擬，分析了山體削坡后對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響。

本文以杭州蕭山區(qū)博奧路山嶺隧道施工項(xiàng)目為研究對(duì)象，對(duì)該削坡淺埋隧道洞口施工安全性施工方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行實(shí)際工程驗(yàn)證，為以后類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)提供了參考

1 工程概況

本項(xiàng)目位于杭州市蕭山區(qū)博奧路段的山嶺隧道隧道施工段，主線隧道為雙向六車(chē)道，采用分離式獨(dú)立雙洞形式穿越西山，主線隧道左線北起里程樁號(hào)ZK2+009.00, 南至里程樁號(hào)ZK2+580.00 的山嶺隧道段，長(zhǎng)度571m。主線隧道右線北起里程樁號(hào)YK1+928.00,南至里程樁號(hào)YK2+580的山嶺隧道段，長(zhǎng)度652m。慢行系統(tǒng)隧道北起里程樁號(hào)K0+140,南至里程樁號(hào)K0+800,全長(zhǎng)660m。

由于本隧道地處城市交通重點(diǎn)密集區(qū)域，需要對(duì)隧道上部坡體進(jìn)行切削施工，本項(xiàng)目主線隧道進(jìn)洞口段地面橫坡較為陡峻，邊仰坡開(kāi)挖工程量較大，洞口處為淺埋偏壓以及開(kāi)挖位置較深且隧道圍巖以砂巖為主，節(jié)理裂隙較發(fā)育且破碎，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)為主，圍巖自穩(wěn)性較差，給施工造成了較大的施工安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)隱患。

由于隧道上部削坡施工處理，造成隧道施工難點(diǎn)在于洞口左偏壓且屬于淺埋段，如果開(kāi)挖掘進(jìn)工藝不當(dāng)極易導(dǎo)致因圍巖變形過(guò)大甚至山體滑坡，進(jìn)而影響施工質(zhì)量安全且延誤施工工期。

圖1 隧道洞洞口斷面

2 削坡影響下隧道洞口安全性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)

綜合考慮各方面因素，結(jié)合博奧路西山隧道圍巖情況，針對(duì)上部坡體切削隧洞施工條件進(jìn)行施工設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.1 隧洞開(kāi)挖支護(hù)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)

洞頂截水溝設(shè)在距離邊仰坡開(kāi)口線5m 外，采用M10 漿砌片石砌筑。采用機(jī)械配合人工開(kāi)挖，局部地形受限采用人工開(kāi)挖，擠漿法施工漿砌片石，在隧道洞口段開(kāi)挖前施工完畢。

整體結(jié)構(gòu)采用C35 自防水鋼筋混凝土進(jìn)行結(jié)構(gòu)的自防水；之后采用2.0mm 厚EVA 防水卷材，背襯400g/m2無(wú)紡布一層作為防水隔離層；最后在襯砌澆筑工作縫設(shè)置鋼邊橡膠止水帶，在設(shè)置變形縫處設(shè)鋼邊止水帶。同時(shí)在二襯迎水面設(shè)置背貼式止水帶。施工時(shí)沿邊溝側(cè)填土夯實(shí)，并高于溝頂，以免水滲入截水溝基礎(chǔ)內(nèi)。

邊仰坡采用挖掘機(jī)為主，人工配合刷坡，逐級(jí)開(kāi)挖、逐級(jí)防護(hù)，防護(hù)與開(kāi)挖同步，開(kāi)挖到成洞面附近時(shí)預(yù)留核心土體，方便長(zhǎng)管棚施工。時(shí)刻注意洞口段地質(zhì)狀況，地質(zhì)條件較差時(shí)仰坡采取馬口開(kāi)挖，開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行錨、網(wǎng)、噴支護(hù)。

2.2 削坡影響下隧道偏壓進(jìn)洞優(yōu)化設(shè)計(jì)

首先開(kāi)展淺埋偏壓隧洞的長(zhǎng)管棚施工設(shè)計(jì)，進(jìn)洞口均采用30m 管棚，邊仰坡開(kāi)挖支護(hù)到設(shè)計(jì)位置時(shí)，注意預(yù)留核心土，方便施做長(zhǎng)管棚套拱,管棚采用C25 混凝土套拱做固定端，套拱內(nèi)設(shè)3 榀工20a 工字鋼與管棚焊成整體。管棚材料采用熱軋無(wú)縫鋼管直徑108mm,壁厚8mm。

充分利用預(yù)留的核心土，搭設(shè)平臺(tái)，安裝鉆機(jī)，鉆孔→下管→注漿。

圖2 削坡影響下長(zhǎng)管棚優(yōu)化設(shè)計(jì)圖

右線隧道進(jìn)口處地形起伏較大，為盡可能少的進(jìn)行山體刷坡，減小對(duì)山體邊坡環(huán)境的影響，在洞口山體外側(cè)施做反壓處理，施做套拱，并在隧道頂部回填土石，防止由于淺埋造成的隧道失穩(wěn)。

先開(kāi)挖清除部分地表土，然后施作60cm 厚C25 混凝土套拱，套拱內(nèi)設(shè)I18 工字鋼鋼拱架，間距50cm,鋼架之間通過(guò)Φ22 鋼筋連接，環(huán)向間距100cm,套拱內(nèi)預(yù)留Φ127×4mm 孔口管，套拱兩端基礎(chǔ)各延伸至圍巖內(nèi)不小于60cm,并設(shè)置鎖腳錨桿，每榀8 根；管棚采用Φ108×8mm 無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)30m。套拱施作完畢后對(duì)隧道拱頂進(jìn)行回填。

3.3 削坡影響下隧道偏壓洞口安全性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)削坡影響下的偏壓隧道到工況，開(kāi)展如下隧洞洞口優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：

左右線及慢行隧道進(jìn)口洞門(mén)根據(jù)地形條件，采用臺(tái)階式洞門(mén)。慢行隧道出口洞門(mén)采用端墻式洞門(mén)。

（1）明洞、洞門(mén)土石方開(kāi)挖至洞口大管棚套拱基礎(chǔ)底標(biāo)高時(shí)，人工開(kāi)挖基坑，進(jìn)行長(zhǎng)管棚套拱及長(zhǎng)管棚施工，超前長(zhǎng)管棚注漿后，進(jìn)入正洞施工，正洞開(kāi)挖與明洞下半部分土石方開(kāi)挖同時(shí)進(jìn)行。

（2）明洞、洞門(mén)土石方開(kāi)挖至路面設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，轉(zhuǎn)為人工開(kāi)挖，由人工挖出明洞仰拱及洞門(mén)基礎(chǔ)，明洞基礎(chǔ)應(yīng)落在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，地基承載力≥200kPa。如在土層上，應(yīng)實(shí)測(cè)地基承載力，再做處理，保證承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）外模采用5cm 厚木板，插入式振搗器振搗。隧道明洞一次性整體式進(jìn)行灌注，澆筑砼必須對(duì)稱(chēng)分層澆筑，每層厚度不超過(guò)30～50cm，振搗密實(shí)又不超振。在明洞與隧道正洞洞內(nèi)接頭處設(shè)置變形縫。

明洞及洞門(mén)結(jié)構(gòu)施工須符合以下質(zhì)量要求：洞門(mén)施工放樣位置準(zhǔn)確；洞門(mén)基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固的地基上，并滿足設(shè)計(jì)承載力；明洞襯砌與暗洞交界設(shè)沉降縫分開(kāi)澆注，臺(tái)車(chē)長(zhǎng)度多于部分向洞門(mén)段調(diào)節(jié)；洞門(mén)建筑完成后，檢查仰坡坡頂?shù)慕厮疁霞奥穳q排水系統(tǒng)的完好與連通。

（4）整體結(jié)構(gòu)采用C35 自防水鋼筋混凝土進(jìn)行結(jié)構(gòu)的自防水；之后采用2.0mm 厚EVA 防水卷材，背襯400g/m2無(wú)紡布一層作為防水隔離層；最后在襯砌澆筑工作縫設(shè)置鋼邊橡膠止水帶，在設(shè)置變形縫處設(shè)鋼邊止水帶。同時(shí)在二襯迎水面設(shè)置背貼式止水帶。施工時(shí)沿邊溝側(cè)填土夯實(shí)，并高于溝頂，以免水滲入截水溝基礎(chǔ)內(nèi)。

（5）明洞襯砌達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，完成防水和排水盲溝后，采用碎石土進(jìn)行回填?；靥顟?yīng)分層、對(duì)稱(chēng)，每層厚度不大于0.3m,兩側(cè)回填土高差不大于0.5m,壓實(shí)度應(yīng)大于90%，應(yīng)在拱頂中心回填高度達(dá)到1.0m,方可采用機(jī)械回填?；靥钔另敳渴┕?0cm 粘土隔水層，并嚴(yán)格夯實(shí)，表層植草種樹(shù)。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)成果

針對(duì)杭州市蕭山區(qū)博奧路段的上部削坡處理的淺埋偏壓山嶺隧道施工條件，結(jié)合本文削坡影響下隧道洞口安全性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)方案，開(kāi)展實(shí)際項(xiàng)目工程驗(yàn)證，在本文優(yōu)化方案設(shè)計(jì)下，現(xiàn)場(chǎng)隧洞施工效果圖如圖3。

圖3 淺埋偏壓隧道洞口效果圖

如圖3 所示，隧洞上部山嶺坡體被切削，破壞了原有的圍巖穩(wěn)定形態(tài)，導(dǎo)致隧洞施工環(huán)境受力較為復(fù)雜；本文利用隧洞偏壓優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，穩(wěn)定了圍巖受力情況，工程效果良好，對(duì)該洞口設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題和解決方案進(jìn)行了探討，為以后類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)提供了參考。

圖4 淺埋偏壓隧道洞口內(nèi)部效果圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以杭州蕭山區(qū)博奧路山嶺隧道施工項(xiàng)目為研究對(duì)象，對(duì)該削坡淺埋隧道洞口施工安全性施工方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),得到以下結(jié)論：

（1）對(duì)于偏壓型隧道，在洞口山體外側(cè)施做反壓處理，施做套拱，并在隧道頂部回填土石，防止由于淺埋造成的隧道失穩(wěn)，應(yīng)用效果良好。

（2）偏壓式洞口護(hù)拱防護(hù)結(jié)構(gòu)及安全性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)，能夠有效的降低大開(kāi)挖對(duì)山體圍巖擾動(dòng)。

本施工方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，很好地解決了淺埋偏壓地形帶來(lái)的施工難點(diǎn)，保證了隧洞后續(xù)暗洞施工質(zhì)量安全。通過(guò)隧道的施工實(shí)踐，為大斷面淺埋隧道施工積累有效且經(jīng)濟(jì)的施工經(jīng)驗(yàn)，為類(lèi)似的淺埋偏壓隧道施工具有一定的借鑒和參考意義。