隧洞開挖對上交叉公路影響分析及支護(hù)設(shè)計

周廣林

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原030024）

隧洞開挖對上交叉公路影響分析及支護(hù)設(shè)計

周廣林

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原030024）

結(jié)合山西省東山供水工程9號隧洞地質(zhì)及平榆高速公路實際情況，針對隧洞開挖對上交叉公路的影響進(jìn)行了分析計算，得出隧洞開挖對覆蓋層擾動完全不會影響高速公路的安全運(yùn)行。介紹了隧洞與高速公路交叉段施工支護(hù)方案，提出了與普通洞段支護(hù)方案不同的一些技術(shù)特點。

供水工程；隧洞埋深；支護(hù)方案；交叉公路

1 工程概況

東山供水工程是山西省一項跨流域引調(diào)水工程，供水體系分為調(diào)出區(qū)及調(diào)入?yún)^(qū)兩部分，工程從調(diào)出區(qū)3縣（市）的4座水源地調(diào)水，并與調(diào)入?yún)^(qū)5縣（市）的7座已建水庫、水源結(jié)合，為調(diào)入?yún)^(qū)補(bǔ)充工農(nóng)業(yè)用水。

1.1 隧洞設(shè)計

9號隧洞土洞段靠近云竹水庫，上游接8號隧洞，后接9號隧洞巖石洞段，隧洞全長2 327m（樁號YD7+ 205.92—YD9+478.86），采用馬蹄形斷面，隧洞原設(shè)計支護(hù)方案為：一次支護(hù)采用鋼拱架（普通14號工字鋼），掛直徑8mm的鋼筋網(wǎng)（間距150mm×150mm）后噴150mm厚的C20混凝土；二次襯砌為C25鋼筋混凝土，厚300mm。

1.2 隧洞地質(zhì)情況

9號隧洞土洞段地面高程1 052.4～1 129.7m，圍巖厚度30～108m。洞身段巖性為第四系下更新統(tǒng)含砂低液限黏土，地下水位標(biāo)高1 043.5～1 084.0m，地下水位埋深8.0～49.7m，地下水位位于洞頂以上，存在滴水或滲水現(xiàn)象，圍巖類別為Ⅴ類。

2 隧洞與平榆高速公路交叉情況

9號隧洞進(jìn)口位置靠近在建的平榆高速公路，路面寬度20m，9號隧洞土洞段在掘進(jìn)過程中與高速公路交叉一次。

交叉段距離隧洞進(jìn)口位置約435m處，斜穿公路長約60m。洞頂以上土層厚35m左右，穿越高速公路處洞頂距路面約39m。

為了解與高速公路交叉處地質(zhì)資料，在交叉段附近增加了2個地質(zhì)鉆孔（ZK13-2，ZK13-3）；從鉆孔ZK13-3沿洞軸線方向至下游20m段，隧洞為巖石洞段，洞身穿過三疊系中統(tǒng)二馬營組第二亞組灰綠色砂巖夾紫紅色泥巖。圍巖厚度0～5.4m。巖體較破碎，完整性較差，地下水位位于洞頂以上，存在滲水或線狀流水問題，圍巖類別為Ⅴ類。圍巖巖體極不穩(wěn)定，施工過程中應(yīng)及時噴混凝土、系統(tǒng)錨桿加鋼筋網(wǎng)，必要時加鋼拱架。建議圍巖巖體單位彈性抗力系數(shù)（5～15）×104kN/m3，堅固系數(shù)1～2。從20m處沿洞軸線至下游鉆孔ZK13-2段，為土洞段，洞身段巖性為第四系下更新統(tǒng)灰黑色淤泥質(zhì)含砂低液限黏土、級配不良砂層，濕—飽和，呈軟塑狀態(tài)，松散，地下水位位于洞頂以上，存在滲水或涌水現(xiàn)象，圍巖類別為Ⅴ類，洞頂及洞身主要以級配不良砂層為主，開挖過程中易產(chǎn)生塌方，圍巖極不穩(wěn)定，施工過程應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，并及時進(jìn)行襯徹。

3 交叉段結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

9號隧洞土洞段從平榆高速公路下方穿過，因此需對隧洞施工過程對高速公路是否有影響進(jìn)行應(yīng)力分析計算。

3.1 隧洞開挖對公路影響分析計算

3.1.1 隧洞埋深分析計算

論壇上，中國食品工業(yè)協(xié)會科技質(zhì)量部主任楊強(qiáng)對京津冀地區(qū)的酒業(yè)現(xiàn)狀與特色做了介紹。中國質(zhì)量萬里行促進(jìn)會劉兆彬會長就中國酒行業(yè)在2019年的發(fā)展機(jī)遇做了分析，并對白酒行業(yè)的京津冀一體化前景做了深入的解讀。

使用隧道工程推薦公式，埋深H=40m情況下圍巖垂直均布荷載。計算公式為：

式中：qv——圍巖垂直均布荷載，kPa；

s——圍巖級別，取5；

γ——土重度，取19 kN/m3；

ω——跨度影響系數(shù)。

經(jīng)計算，圍巖垂直均布荷載為109 kPa。

3.1.2 分析

隧洞實際埋深39m，大于分界深度，因此洞室為深埋洞室，隧洞開挖對覆蓋層擾動完全不會影響到高速公路安全運(yùn)行。經(jīng)隧洞襯砌計算，原設(shè)計的襯砌結(jié)構(gòu)可以滿足規(guī)范要求。

3.2 汽車荷載對隧洞開挖影響分析

使用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范附加應(yīng)力擴(kuò)散公式，汽車荷載簡化為均布荷載，最大汽車荷載取35 kN/m2，假設(shè)汽車覆蓋面積L=8m，B=2m，在埋深39m處，附加應(yīng)力系數(shù)查得0.004，因此在隧洞與公路交叉處，汽車荷載造成的附加應(yīng)力約為0.14 kPa。此數(shù)值與圍巖本身應(yīng)力相比可忽略不計，因此不考慮對隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的影響。

4 交叉段加強(qiáng)支護(hù)措施

經(jīng)以上計算分析，隧洞開挖不會對高速公路正常安全運(yùn)行造成任何影響。為進(jìn)一步確保隧洞施工安全及公路正常運(yùn)行，在原設(shè)計支護(hù)方案基礎(chǔ)上對交叉段隧洞進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，并對施工過程采取一定措施。

4.1 交叉段隧洞加強(qiáng)支護(hù)措施

與公路交叉段一次支護(hù)采用臺階開挖搭管棚加18號工字鋼鋼拱架全斷面支撐的支護(hù)方案。支護(hù)間距0.5m；鋼拱架拱頂設(shè)直徑42mm的超前小導(dǎo)管，長3.5m，間距400mm，搭接長度不小于1m；每兩榀鋼拱架之間增焊6根12號工字鋼，安裝鋼拱架時可設(shè)置直徑25mm鎖腳錨桿，錨桿每根長2m，每榀拱架最多可布設(shè)6根；拱頂及直墻設(shè)直徑8 mm的鋼筋網(wǎng)（間距150 mm× 150mm），噴C20混凝土，厚200mm；底部鋼拱架之間采用C20混凝土填平，厚180mm；隧洞底部視地下水情況挖深1～0.5m，并進(jìn)行片石夯填作為基礎(chǔ)；隧洞與高速公路交叉段兩邊各延伸10m。采用以上支護(hù)措施，共計支護(hù)長度約80m。

4.2 控制措施

一是質(zhì)量保證措施。應(yīng)切實做好工程施工前的準(zhǔn)備工作，施工員、技術(shù)人員必須熟悉圖紙、施工規(guī)范、規(guī)程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確保施工質(zhì)量。加強(qiáng)施工中的質(zhì)量控制和檢查工作，配合測量員做好測量定位、放線，確保結(jié)構(gòu)軸線、幾何尺寸、形狀、標(biāo)高、位置正確。做好各工種與工序、工序與工序之間的自檢、互檢、交檢工作，并做好記錄，實行工序交接傳遞制度，對達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn)的工序，不得進(jìn)入下一道施工工序。

二是安全保證措施。加強(qiáng)安全監(jiān)督、檢測力度，并要求全體施工人員自覺遵守操作規(guī)程和各項安全制度，防止安全事故發(fā)生。配合專業(yè)測量人員每天對洞內(nèi)進(jìn)行沉降觀測，并做好記錄，發(fā)現(xiàn)沉降嚴(yán)重及時上報部門負(fù)責(zé)人?，F(xiàn)場施工員及質(zhì)檢員，實行旁站監(jiān)督，出現(xiàn)問題及時上報，發(fā)生緊急情況迅速撤離現(xiàn)場，避免造成安全事故。

隧洞掘進(jìn)過程中，采用短進(jìn)尺、快封閉、強(qiáng)支護(hù)、二次襯砌及時跟進(jìn)的原則，并指定專人做好地表沉陷、頂拱下沉、周邊位移等施工監(jiān)控工作，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5 結(jié)語

隧洞穿越高速公路段一次支護(hù)經(jīng)過加強(qiáng)后，有效增加了支護(hù)強(qiáng)度，確保了工程安全順利施工，進(jìn)一步減小了隧洞施工對路面的擾動，為公路的安全運(yùn)行及工程的順利施工提供了有力保證。

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］1004-7042（2016）08-0024-02

周廣林（1980-），男，2002年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利水電建筑專業(yè)，工程師。

2016-06-14；

2016-07-17