蓋挖法在大坡隧道洞口段施工中的應用

段曉彬　張　濤

(云南省交通規(guī)劃設計研究院，云南 昆明　650041)

1　工程概況

1.1　設計概況

大坡隧道位于楚雄至大姚高速公路，左幅全長1 577 m、右幅全長1 558 m，為全線最長的三車道隧道。隧道所在路段設計為雙向六車道高速公路，設計時速100 km/h，汽車荷載等級：公路—Ⅰ級，按7度地震設防，隧道凈寬14.5 m，凈高5 m。

1.2　氣候條件

擬建路線位于云貴高原西南側，氣候溫和濕潤，冬無嚴寒，夏無酷暑，素有“四季如春”之稱，年平均氣溫15.3 ℃，最高33 ℃，最低-5 ℃。多年平均降雨量814.4 mm，最大1 132.5 mm，最小638.9 mm，80%集中于6月～10月，旱、雨季節(jié)分明。年蒸發(fā)量1 600 mm～2 000 mm，最強3月～5月。絕對濕度6.3 mb～30.1 mb。相對濕度50%～88%。每年11月～次年2月20 d～80 d的霜期，偶見高山有少量降雪，災害性氣候不突出。

1.3　進口段地質概況

進口段隧道圍巖分級劃分為Ⅴ1級。隧道圍巖為侏羅系上統(tǒng)高豐寺組(J3g)紫紅泥巖、長石石英砂巖及第四系坡殘積(Qdl+el)粉質粘土為主。粉質粘土主要分布于隧道進口段表層，硬塑狀態(tài)，層厚一般2 m～5 m；泥巖、泥質粉砂巖及長石石英砂巖以強風化為主，碎塊、塊狀碎裂結構，受周邊斷層錯動強烈，巖層產狀變化大，差異風化明顯。巖體基本無自穩(wěn)能力，開挖時不及時支護或支護(處理)不當易產生較大規(guī)模的坍塌，側壁穩(wěn)定性差。電阻率值一般在50 Ω·m～210 Ω·m之間。泥巖富水性弱，開挖時存在小量滲水、滴水現(xiàn)象。

2　方案比選

左幅隧道進口ZK40+755～ZK40+855段臨近既有廣姚公路(路基寬6.5 m)，平面距離最小處僅為18 m。隧道洞口段位于溝谷，地形存在偏壓，部分地段隧道局部外露，整體成洞條件差。

項目施工過程中需保證廣姚公路通車，根據(jù)現(xiàn)場情況不具備臨時改路的條件。與廣姚公路臨近段若采用挖方路基方案存在邊坡較高、坡比較陡、邊坡與既有公路過近的問題，施工與運營過程中邊坡穩(wěn)定及臨近公路安全均存在較大風險，故決定采用隧道方案，針對實際地形條件提出了兩種可能的方案：明挖法、蓋挖法。

2.1　明挖法

采用傳統(tǒng)明挖法，開挖隧道進口淺埋偏壓段，對臨時邊坡進行防護，施作明洞結構后進行反壓回填。明挖法施作簡單，利于機械操作，但存在以下幾個缺點：

1)明挖段落較長，臨時邊坡暴露時間過長，存在邊坡滑塌的風險。

2)臨時邊坡較高，土石方開挖量過大，對地表影響大。

3)臨時邊坡與廣姚公路相距較近，對廣姚公路安全通行存在隱患。

4)隧道位于溝谷中，明洞段施作需要較長周期，雨季排水困難，雨水對明、暗洞施工安全造成大的影響。

2.2　蓋挖法

蓋挖法，盡可能減少對地表的破壞，挖除地表松散覆蓋層，開挖至較為穩(wěn)定的基巖作為拱腳所在位置，支護臨時邊坡，平整出套拱施工平臺，按照隧道襯砌拱部澆筑混凝土套拱至拱腳處。當混凝土套拱達到設計強度后，采用碎石土反壓回填，在隧道拱頂形成套拱+夯填碎石土的保護結構，同時進行地表改溝。結束上部回填后洞身暗挖通過。

采用蓋挖法能夠有效克服明挖法存在的幾個缺點，對地表破壞及相鄰廣姚公路的影響較小，但也存在以下兩個缺點：

1)施工步驟較多。

2)對施工質量要求較高，拱腳處理不當會造成套拱結構下沉侵限。

2.3　明挖法、蓋挖法比較

通過對明挖法、蓋挖法優(yōu)缺點的分析，二者比較見表1。

由表1對比可以看出，蓋挖法與明挖法相比在對環(huán)境影響、工程安全等多個方面有明顯的優(yōu)勢，故最終選用蓋挖法對此段隧道進行施工。

3　施工方案

表1　明挖法與蓋挖法對比表

3.1　開挖及臨時防護

1)根據(jù)實際地形情況，確定套拱設置范圍。

2)清除地表松散覆蓋層，平整出套拱施工平臺。

3)按1∶0.3開挖臨時邊坡，并采用掛網(wǎng)噴錨進行臨時防護(C20噴射混凝土10 cm，8鋼筋網(wǎng)25×25 cm，22砂漿錨桿L=600 cm)。

4)臨時邊坡開挖過程及防護完成后，加強邊坡和臨近廣姚公路的監(jiān)控量測，并制定相應的應急措施，如圖1所示。

3.2　套拱施作

1)套拱拱腳需保證位于較為穩(wěn)定的基巖處，拱腳基巖采用φ42×4小導管注漿加固，L=450 cm,縱向間距50 cm。

2)架設套拱工字鋼，采用Ⅰ20a工字鋼，間距50 cm。拱腳處采用槽鋼縱向連接，相鄰工字鋼之間采用φ20鋼筋縱向連接、環(huán)向間距100 cm，以增強鋼架整體性。

3)蓋挖段與暗挖段交界處前方2 m鋼架(ZK40+853～ZK40+855)預埋管棚導向鋼管，并先行澆筑此段套拱混凝土，待此段套拱混凝土強度滿足要求后，打設φ108×6超前管棚，為下階段進暗洞做準備。

4)套拱混凝土澆筑，鋼架、管棚施作完成后，對正常段套拱混凝土進行澆筑，套拱采用C20混凝土，厚70 cm，為避免施工過程中及后期套拱沉降侵入隧道主體結構支護范圍，預留10 cm沉降量,見圖2。

3.3　反壓回填

套拱結構混凝土強度達到要求后，對拱頂進行碎石土反壓回填，碎石土應分層夯實，臨時邊坡一側盡可能與原有地面相接，另一側填高以減小地形偏壓對隧道結構造成的影響；碎石土表面設置50 cm粘土隔水層，并及時進行綠化恢復。

3.4　改溝

由于洞口淺埋段位于自然沖溝內，此段結構施工應在旱季內完成，并在回填碎石土上設置水溝與既有自然沖溝連接，將水引出隧道范圍，見圖3。

3.5　正洞結構施作

套拱結構、碎石土回填完成后，即可對正洞進行開挖，結合地質情況，采用三臺階預留核心土法進行開挖，按照暗埋結構參數(shù)進行支護，開挖過程中應加強監(jiān)控量測。

4　經(jīng)驗及體會

楚姚高速大坡隧道進口左幅位于自然沖溝內，地質較差、地形偏壓、臨近既有道路；實際施工中采用蓋挖法，順利渡過了淺埋偏壓段，減小了對既有地表的破壞，保證了廣姚公路的安全通行，并通過夯填碎石土減緩了結構偏壓問題，取得了良好的工程效果。

云南為多山省份，復雜的地質地形情況是公路選線工作中難以避免的難題，由于條件受限隧道洞口常常位于自然沖溝內，給隧道設計帶來了很大的困難。本隧道蓋挖法的成功實施，充分考慮了既有的不利因素，分析風險，因地制宜采用針對性的措施，可以為將來云南山嶺隧道洞口段的施工提供一定的借鑒。