大跨隧道穿越淺埋偏壓段處理方案探討

姜同虎 吳 華

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司 公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

1 工程概況

滁州至淮南高速公路滁州至定遠(yuǎn)段瑯琊山隧道為分離式小凈距隧道，右洞長407 m，左洞長478 m。隧道凈寬14.50 m，近期為雙向四車道通行(含硬路肩)，遠(yuǎn)期可升級(jí)為雙向六車道隧道，隧道單洞最大開挖跨度為17.06 m，最大開挖高度為11.49 m，屬大跨扁平隧道。

瑯琊山隧道主要穿越粉質(zhì)粘土、強(qiáng)～中風(fēng)化千枚狀頁巖、強(qiáng)～中風(fēng)化硅質(zhì)頁巖等軟弱地層，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，整體穩(wěn)定性差，隧道圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)～Ⅳ級(jí)，其中Ⅴ級(jí)圍巖約占71%。

瑯琊山隧道右洞定遠(yuǎn)端洞口K13+703～K13+765段與自然沖溝斜交，沖溝長130 m，底寬約30 m，沖溝區(qū)周邊為滁州市林科所所屬高大林木。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，該處隧道埋深最淺約8.5 m，上部地表粘土層厚0.6 m，強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)頁巖厚7.9 m，隧道洞身為中風(fēng)化硅質(zhì)頁巖。

隧道施工至該淺埋偏壓時(shí)，沖溝附近林木已砍伐，如圖1所示，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)隧道頂覆蓋層最薄僅5.6 m。由于地勘鉆孔位置距離沖溝較遠(yuǎn)，為探明該處實(shí)際地質(zhì)情況，現(xiàn)場(chǎng)開挖探坑1處，如圖2所示，深度約2.0 m，未見基巖，均為粉質(zhì)黏土層。

隧道右洞掌子面已開挖至K13+703處，發(fā)現(xiàn)巖體破碎嚴(yán)重，呈松散狀，泥質(zhì)膠結(jié)，敲擊易碎，CD法中隔壁與主洞交叉處沉降量較大，初期支護(hù)局部出現(xiàn)裂縫，現(xiàn)場(chǎng)施工采用臨時(shí)仰拱及斜向鋼支撐加固，控制初期支護(hù)變形，如圖3所示。

由于實(shí)際地質(zhì)及地形同原設(shè)計(jì)有出入，地質(zhì)地形的變化均不利于隧道施工，同時(shí)本隧道自身開挖跨度大(約17.0 m)，隧道穿越淺埋偏壓施工時(shí)發(fā)生坍塌、冒頂?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)高，安全隱患較大，需采取一定處理措施，確保該段隧道施工安全。

2 處理方案

根據(jù)瑯琊山隧道淺埋偏壓現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)條件，結(jié)合國內(nèi)部分隧道穿越淺埋偏壓段的理論研究及相關(guān)工程處理經(jīng)驗(yàn)，提出了暗挖方案、路基方案、明洞方案。

2.1 暗挖方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況、實(shí)測(cè)地表橫斷面及監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)等相關(guān)資料，同時(shí)考慮隧道初期支護(hù)沉降量已較大，為確保施工安全，對(duì)瑯琊山隧道右洞淺埋偏壓隧道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整如下：

1)Ⅴa型復(fù)合式襯砌鋼支撐間距由50 cm調(diào)整為40 cm，相應(yīng)系統(tǒng)錨桿、鎖腳錨桿及臨時(shí)中隔壁的縱向間距也調(diào)整為40 cm；

2)在施作原有超前小導(dǎo)管的基礎(chǔ)上，每2循環(huán)超前小導(dǎo)管間增加1環(huán)超前小導(dǎo)管，長度為4.5 m，環(huán)向間距30 cm，以改善拱圈圍巖的自穩(wěn)能力；

3)隧道右洞淺埋偏壓地表采用φ70×5 mm PVC管注漿加固，預(yù)注漿漿液采用1∶1水泥漿，并摻入3%～5%的水玻璃作為速凝劑，加固范圍為K13+720～K13+750，橫向?qū)挾葹樗淼乐芯€兩側(cè)各13 m，以改善圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)，提高圍巖的自穩(wěn)能力，同時(shí)起到止水防滲的作用。

2.2 路基方案

瑯琊山隧道右洞沖溝距原設(shè)計(jì)隧道洞口約80 m，為降低淺埋偏壓段隧道施工風(fēng)險(xiǎn)，該段改為明挖路基，具體方案如下：

1)為盡量降低隧道洞口邊仰坡的高度，確保坡面穩(wěn)定，隧道洞口樁號(hào)定于沖溝埋深最淺K13+730處，設(shè)置端墻式洞門，并且重新施作30 m超前大管棚，確保K13+703～K13+730段施工安全；

2)隧道右洞沖溝至原設(shè)計(jì)隧道洞口K13+730～K13+810段采用明挖路基方案，邊坡采用錨桿框架防護(hù)，最大挖方斷面為5級(jí)坡，坡高約32 m。圖4為路基方案開挖示意圖。

2.3 明洞方案

瑯琊山隧道右洞沖溝至隧道原設(shè)計(jì)洞口段采用明洞回填，具體方案如下：

1)為盡量降低隧道洞口臨時(shí)邊仰坡高度，確保坡面穩(wěn)定，隧道明暗交界樁號(hào)定于沖溝埋深最淺K13+730處，并重新施作30 m超前大管棚，確保K13+703～K13+730段施工安全；

2)隧道右洞沖溝至原設(shè)計(jì)隧道明暗交界處K13+730～K13+796段采用明洞回填方案，臨時(shí)邊坡采用錨網(wǎng)噴防護(hù)，施作明洞后回填碎石土、粘土隔水層及種植土，因該段為臨時(shí)征地，需回填至原地面線，回填厚度、坡度均較大，需加強(qiáng)明洞襯砌配筋。圖5為明挖方案開挖回填示意圖。

3 處理方案比選

綜合瑯琊山隧道地形、地質(zhì)條件及施工風(fēng)險(xiǎn)、造價(jià)、環(huán)境影響等因素，對(duì)暗挖方案、路基方案、明洞方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析，詳見表1。

表1 各方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析表

暗挖方案能徹底避免對(duì)生態(tài)環(huán)境及對(duì)左洞偏壓的不利影響、施工組織難度也相對(duì)較小。通過加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)，結(jié)合監(jiān)控量測(cè)工作，掌握施工過程中圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，據(jù)此適時(shí)調(diào)整施工工法、時(shí)序等，基本可確保隧道的施工安全。但暗挖方案施工工期較長，且淺埋偏壓段施工存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

路基方案施工簡(jiǎn)便，但路基邊坡坡度較高，施工風(fēng)險(xiǎn)大，易發(fā)生次生災(zāi)害，同時(shí)路基方案的實(shí)施將右洞的淺埋偏壓?jiǎn)栴}轉(zhuǎn)移到了左洞，左洞將受到嚴(yán)重的永久性偏壓，經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，受右線邊坡影響，左洞隧道拱頂、仰拱部位安全系數(shù)、裂縫寬度均不滿足規(guī)范要求，同時(shí)該方案存在征地困難、對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不利影響等缺點(diǎn)。

明洞方案施工簡(jiǎn)便，對(duì)左洞隧道襯砌結(jié)構(gòu)影響相對(duì)較小，但臨時(shí)邊仰坡坡度較高，坡面巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)理面與巖層層面、開挖坡面組合切割形成楔形體，易發(fā)生局部崩塌、掉塊等危害。且該方案開挖、回填工程量均較大，需做好臨時(shí)棄渣場(chǎng)的場(chǎng)地選擇、防護(hù)及明洞襯砌參數(shù)優(yōu)化等工作，同時(shí)需加強(qiáng)施工組織，制定隧道左洞監(jiān)測(cè)預(yù)案。

綜上分析，路基方案邊坡開挖范圍過大，存在征地困難、對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不利影響等缺點(diǎn)，特別是對(duì)左洞也將引起嚴(yán)重的永久性偏壓，將隧道右洞的問題轉(zhuǎn)移到了左洞，不建議采用該方案；暗挖方案、明洞方案基本可行，由于明洞方案存在開挖、回填工程量大，臨時(shí)防護(hù)要求高，生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，對(duì)左洞產(chǎn)生偏壓影響等缺點(diǎn)，而暗挖方案能徹底避免對(duì)生態(tài)環(huán)境及左洞偏壓的不利影響、施工組織難度也相對(duì)較小，因此推薦采用暗挖方案。

4 結(jié)論與建議

根據(jù)滁淮高速瑯琊山隧道穿越淺埋偏壓地形、地質(zhì)條件，為確保隧道施工安全，對(duì)該段落進(jìn)行暗挖方案、路基方案、明洞方案三種處理方案進(jìn)行論證分析。綜合考慮施工安全、生態(tài)影響、工程造價(jià)等因素，推薦采用暗挖方案，以便徹底避免對(duì)生態(tài)環(huán)境及左洞偏壓的不利影響，順利通過淺埋偏壓段。

在隧道穿越淺埋偏壓段施工過程中，施工單位應(yīng)做好施工組織設(shè)計(jì)，落實(shí)各項(xiàng)加固措施，加強(qiáng)隧道監(jiān)控量測(cè)，掌握施工過程中圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，據(jù)此適時(shí)調(diào)整施工工法、時(shí)序等，確保隧道施工安全。