龍門嶺隧道洞口淺埋軟弱圍巖段設(shè)計(jì)及施工

宋鵬翀

(黃山市交通建設(shè)總公司，安徽黃山 245700)

1 工程概況

龍門嶺隧道位于太平區(qū)甘棠鎮(zhèn)城邊，為單洞雙向行車隧道。隧道樁號(hào)K6+314～K7+433，全長(zhǎng)1 119 m，主洞限界凈寬9 m，凈高5 m。隧道主要穿越砂巖、花崗巖地層，圍巖級(jí)別較低，完整性較差。

隧道洞口Ⅴ級(jí)淺埋段長(zhǎng)約60 m，巖土體主要是亞粘土、全～強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖，其中亞粘土夾少量碎石土，層厚1.4 m，遇水易軟化;花崗閃長(zhǎng)巖風(fēng)化強(qiáng)烈，結(jié)構(gòu)、構(gòu)造已全部改變，層厚11.6 m。地下水豐富，仰坡穩(wěn)定性極差，施工時(shí)易產(chǎn)生崩塌。

地下水豐富、圍巖差是造成進(jìn)洞和施工困難的兩大主要原因，所以治理水患和加強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性成了我們要解決的首要問題。

2 洞口設(shè)計(jì)

針對(duì)龍門嶺隧道洞口段特殊的地質(zhì)條件，應(yīng)嚴(yán)格控制邊仰坡的坡度，盡量采用“零開挖”進(jìn)洞方案，避免大挖大刷。通過多方案對(duì)比分析，最終選擇削竹式洞門結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了隧道早進(jìn)晚出，同時(shí)又降低了邊仰坡高度，減少了防護(hù)工程量。

具體設(shè)計(jì)方案見圖1，圖2。

圖1 龍門嶺隧道甘棠端洞門側(cè)面圖

圖2 洞口效果圖

由于洞頂上部有一自然沖溝，常年有水，雨雪季節(jié)水流大且急，洞頂覆蓋層較薄，對(duì)隧道施工和竣工后的運(yùn)營(yíng)不利，存在著極大的安全隱患。因此，在開挖施工前，應(yīng)對(duì)水流截流引排。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的調(diào)研分析制定了如下處理方案:在K7+400處設(shè)置片石混凝土擋墻，左右側(cè)做3m×2.8m×2m的鋼筋混凝土排水溝排水，同時(shí)對(duì)洞頂?shù)屯萏庍M(jìn)行回填壓實(shí)。K7+433～K7+506.659段為挖方，開挖后為流砂堆積而成，水位高。故將該段反挖至路床底，換填透水性材料，并在兩側(cè)做滲水盲溝，滲水盲溝底部在路床以下80 cm，將水排到路基之外，降低地下水位，保持路基和套拱基礎(chǔ)底部相對(duì)干燥。

3 洞口段支護(hù)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

3.1 支護(hù)設(shè)計(jì)

龍門嶺隧道采用超前大管棚進(jìn)洞。管棚采用外徑108×6 mm的熱軋無縫鋼花管，每段長(zhǎng)4 m～6 m，分段拼裝達(dá)到超前支護(hù)長(zhǎng)度，導(dǎo)管上鉆注漿孔，孔徑20 mm，孔間距20 cm，呈梅花形布置，尾部4 m留不鉆孔的止?jié){段。管棚沿套拱外輪廓周邊以1°～3°外插角打入，環(huán)向中心間距40 cm，長(zhǎng)度為30 m。注漿材料用1∶1水泥漿，注漿壓力為1.0 MPa～2.0 MPa。

管棚示意圖如圖3所示。

圖3 洞口大管棚布置圖

隧道采用新奧法施工，洞口淺埋段選用Ⅴ級(jí)加強(qiáng)復(fù)合式襯砌。具體支護(hù)參數(shù)如下:初期支護(hù)采用Ⅰ18工字鋼拱架，縱向間距60 cm，由Φ22的縱向鋼筋連接;沿洞周環(huán)向布置3.5 m長(zhǎng)中空注漿錨桿，間距60 cm×100 cm呈梅花形布置，尾部與鋼拱架連接;φ8@20 cm×20 cm單層鋼筋網(wǎng)，焊接于鋼拱架上;24 cm厚早強(qiáng)噴射混凝土。二次襯砌采用45 cm厚C30鋼筋混凝土。

對(duì)洞口淺埋段二次襯砌配筋的合理性進(jìn)行了計(jì)算驗(yàn)證，具體計(jì)算結(jié)果見表1，圖4。

表1 拱圈各極值點(diǎn)內(nèi)力及配筋一覽表

經(jīng)過計(jì)算分析，31號(hào)單元安全系數(shù)為2.422，裂縫寬度為0.183 mm，滿足規(guī)范要求。68號(hào)單元安全系數(shù)為2.091，裂縫寬度為0.359 mm，考慮68號(hào)單元在仰拱處，為小偏心受壓構(gòu)件，破壞由混凝土受拉控制，安全系數(shù)略小于規(guī)范系數(shù)2.4，裂縫寬度略大于規(guī)范的背水側(cè)0.3 mm，仰拱處配筋略顯不足，但考慮隧道內(nèi)回填及路面等有利荷載未計(jì)入，實(shí)際仰拱處受力可滿足安全要求。

圖4 洞口段二次襯砌計(jì)算內(nèi)力圖

隧道施工過程中，初期支護(hù)和二次襯砌的施作時(shí)機(jī)尤為重要。開挖出渣后應(yīng)立即噴射混凝土封閉巖面，并及時(shí)施作錨桿、掛網(wǎng)、鋼拱架等初期支護(hù)措施。二次襯砌的施作應(yīng)緊密結(jié)合監(jiān)控量測(cè)的反饋結(jié)果，主要的判斷標(biāo)準(zhǔn)有:1)隧道洞周圍巖基本穩(wěn)定;2)水平收斂速率小于0.2 mm/d，或拱頂沉降速率小于0.15 mm/d;3)洞周收斂量達(dá)到預(yù)計(jì)總收斂量的80%以上。

3.2 施工工法及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)

龍門嶺隧道洞口淺埋段圍巖級(jí)別低，施工難度大。選擇合理、經(jīng)濟(jì)的施工工法，是確保施工質(zhì)量安全的重要因素。該隧道洞口淺埋段采用二臺(tái)階預(yù)留核心土法開挖施工，共分為7個(gè)階段:超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù);上臺(tái)階開挖;上臺(tái)階噴錨支護(hù);核心土開挖;下臺(tái)階開挖;下臺(tái)階噴錨支護(hù);設(shè)置防水層并澆筑拱墻二次襯砌。具體施工步驟如圖5所示。

圖5 洞口段隧道斷面施工過程圖

隧道開挖過程中必須嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，正確把握初期支護(hù)和二次襯砌的施作時(shí)機(jī)，始終堅(jiān)持“管超前、漿嚴(yán)注、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是新奧法施工的重要組成部分，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析反饋，能夠及時(shí)的掌握圍巖的變形情況，準(zhǔn)確的把握二襯的施作時(shí)機(jī)。龍門嶺隧道淺埋段施工采用的監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目主要有:對(duì)地質(zhì)和支護(hù)狀態(tài)的觀察、周邊收斂、拱頂下沉、地表下沉、圍巖壓力、錨桿軸力以及剛拱架的內(nèi)力等。每次量測(cè)后應(yīng)及時(shí)處理數(shù)據(jù)，掌握圍巖的變形情況，分析初期支護(hù)參數(shù)的合理性，判斷有可能發(fā)生的危險(xiǎn)情況并提出解決方案，把握二次襯砌的施作時(shí)機(jī)等，并將結(jié)果反饋到施工現(xiàn)場(chǎng)，以便更好地指導(dǎo)施工。

4 結(jié)語

龍門嶺隧道洞口不良地質(zhì)及淺埋段的施工處理方案，保證了隧道安全順利進(jìn)洞，確保了隧道施工質(zhì)量安全以及合理安排施工組織計(jì)劃。通過對(duì)該不良地質(zhì)段的治理進(jìn)行綜合分析，得出如下結(jié)論:

1)富水隧道洞口施工應(yīng)采取截流引排，降低水位等水患治理措施，為洞口創(chuàng)造良好的施工環(huán)境。

2)洞口軟弱圍巖段應(yīng)采用大管棚預(yù)注漿、超前支護(hù)及地表預(yù)注漿等施工技術(shù)，提高圍巖的穩(wěn)定性，確保隧道順利進(jìn)洞。

3)施工過程中應(yīng)嚴(yán)格遵循新奧法，合理選擇開挖方法及施工工序，盡量縮短各工序的時(shí)間，把握支護(hù)的施作時(shí)機(jī)，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)并優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，以確保隧道安全施工。

［1］JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］李志厚，吳華金.軟弱圍巖段隧道洞口工程的設(shè)計(jì)與施工［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2002(12):49-51.

［3］李 健.虹橋隧道出洞口軟弱圍巖淺埋偏壓段施工技術(shù)［J］.廣東科技，2012(4):33-34.

［4］鐘東雄.新嶺格隧道淺埋軟弱圍巖洞口段施工技術(shù)［J］.公路交通技術(shù)，2007(10):56-57.

［5］關(guān)寶樹，趙 勇.軟弱圍巖隧道施工技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2009.