大偏壓下隧道半明半暗洞口段施工技術(shù)的思考

胡銳

【摘 要】由于施工結(jié)構(gòu)復(fù)雜與荷載多變，半明半暗洞口在大偏壓下的力學(xué)差異很大，增加了施工難度。文章以杭新景高速公路（衢州段）工程西山隧道建設(shè)為例[1]，介紹大偏壓下隧道半明半暗洞口段的施推壓組合工技術(shù)，該施工技術(shù)以整體性提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性為核心，在邊坡整體達(dá)到十分穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，采用先開挖后回填的施工方法。此方法能提高明暗交接點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性，減少一些不利影響，如明暗洞不均勻或內(nèi)空變形。可以根據(jù)洞口結(jié)構(gòu)承受水平、垂直荷載的不同，將洞口分為受推型、受壓型及推壓組合型，利用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，測(cè)量不同條件下半明半暗洞口的位移與應(yīng)力分布，解決洞口早期拱腰至拱頂豎向壓力偏大的問題，實(shí)現(xiàn)早進(jìn)洞早開挖，提高工程效益，降低工程成本。該隧道目前已全面完工，效果良好，可供同類工程設(shè)計(jì)施工人員參考。

【關(guān)鍵詞】大偏壓隧道；半明半暗；施工技術(shù)；先開挖后同步回填

【中圖分類號(hào)】U455.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）05-0159-02

0 前言

本文以浙江省宏圖交通建筑公司的杭新景高速公路（衢州段）工程西山隧道建設(shè)為例，介紹大偏壓下隧道半明半暗洞口段的施推壓組合工技術(shù)，該施工技術(shù)以整體性提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性為核心，在邊坡整體達(dá)到十分穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，采用先開挖后回填的施工方法。此方法能提高明暗交接點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性，減少一些不利影響，如明暗洞不均勻或內(nèi)空變形?？梢愿鶕?jù)洞口結(jié)構(gòu)承受水平、垂直荷載的不同，將洞口分為受推型、受壓型及推壓組合型，利用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，測(cè)量不同條件下半明半暗洞口的位移與應(yīng)力分布，解決洞口早期拱腰至拱頂豎向壓力偏大的問題，實(shí)現(xiàn)早進(jìn)洞早開挖，提高工程效益，降低工程成本。此外，能減少工程施工對(duì)周邊坡旁植被的破壞，可為同類施工項(xiàng)目提供參考。

1 工法介紹

傳統(tǒng)施工方法采用高刷坡及強(qiáng)支護(hù)施工大開挖，不僅造成大量土石方開挖外運(yùn)、高邊坡支護(hù)，而且對(duì)原始地貌和自然景觀的破壞嚴(yán)重，同時(shí)使暗洞側(cè)圍巖因失去支撐而造成上方圍巖失穩(wěn)[2]，會(huì)造成襯砌開裂等質(zhì)量安全事故，甚至?xí)?dǎo)致隧道洞口段塌方。

本工法針對(duì)傳統(tǒng)施工方法進(jìn)行總結(jié)，采用先施工半明段的側(cè)向反壓擋墻，緊接著施工半明側(cè)初期支護(hù)封閉半明部分；再進(jìn)行大管棚施工，待半明半暗段二次襯砌施工結(jié)束后進(jìn)行半明部分洞頂回填的施工方法。減少了隧道洞口土石方開挖、外運(yùn)及邊坡防護(hù)，確保了山體穩(wěn)定；減少了對(duì)原地貌的破壞，保護(hù)了洞口的自然景觀；縮短了隧道洞口施工時(shí)間，節(jié)約了施工成本。

2 半明半暗洞口類型介紹

（1）設(shè)計(jì)概括。根據(jù)承受暗洞荷載的不同，可以將半明半暗洞口分為3個(gè)類型，即受壓型、受推型、推壓組合型，圖1、圖2、圖3是3種半明半暗洞口類型圖及其受力分析。

（2）受推型半明半暗洞口。此類隧道結(jié)構(gòu)直接承載范圍力很小，豎向承載能力弱，明暗交接點(diǎn)主要在腰部以下，大約在拱圈45°附近。

（3）受壓型半明半暗洞口。此類洞拱圈承受的豎向荷載占主導(dǎo)地位，半明半暗洞口在明洞側(cè)拱圈45°附近。隧道大部分承受的是山體荷載，偏壓擋墻（明洞側(cè)）承載范圍很小。

（4）推壓組合型半明半暗洞口。此類洞口明暗交界點(diǎn)在拱圈點(diǎn)附近，也就是拱圈頂上，主要是在拱圈墻角邊，拱壁承受主要壓力，水平荷載和豎著荷載相當(dāng)。

3 洞口段支部參數(shù)

明洞MSC與初期相支護(hù)套拱直接相連，最高處是10 cm的半明半暗洞口，這是目前最高級(jí)的施工技術(shù)，施工難度大，因此采用的是推壓組合型半明半暗洞口。

4 工程概況

半明半暗洞口直徑為8～24 m，坡度為45°～55°，但隧道存在大偏壓狀況，洞上植被覆蓋1～2 m碎土石，碎石裂縫發(fā)育較全，隧道圍巖[BQ]≤250，少有滑坡現(xiàn)象，水量少。

5 半明半暗施工技術(shù)方案設(shè)計(jì)

5.1 方案

制訂施工方案如下：①采用半明段的側(cè)向反壓擋墻；②施工半明側(cè)初期支護(hù)封閉半明部分；③進(jìn)行大管棚施工，待半明半暗段二次襯砌施工結(jié)束后進(jìn)行半明部分洞頂回填的施工。

5.2 施工重點(diǎn)

根據(jù)周圍環(huán)境及條件選用單一或組合施工技術(shù)，施工主要內(nèi)容為改善偏壓條件，其中偏壓擋墻和反壓回填是重點(diǎn)。在施工中要加強(qiáng)監(jiān)督與測(cè)量，爭(zhēng)取打造出高質(zhì)量隧道。

5.3 半明半暗隧道洞口類型選擇

利用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，此次施工采用推壓組合型半明半暗支護(hù)結(jié)構(gòu)。

5.4 套拱拱架措施

明挖時(shí)施工安全最為重要，明挖施工內(nèi)容包括套拱和導(dǎo)向管長(zhǎng)管棚搭設(shè)及移出，ZK185+252～254為2 cm的套拱部分，孔口套管要增加6 cm，隧道明挖處套拱左側(cè)要增加8 cm，共25根。為了洞口安全，應(yīng)及時(shí)實(shí)施仰底和二次寸砌之后再進(jìn)行隧道開挖。稍硬巖層用風(fēng)鎬開挖，采用人工開挖方式的是上臺(tái)階環(huán)形，每循環(huán)開挖0.5 m，機(jī)器開挖時(shí)要預(yù)留0.25 m給人工挖，以免挖超過精確數(shù)值。針對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力進(jìn)行分析，假設(shè)圍巖為松散巖體，可根據(jù)太沙基的散體壓力理論，并假設(shè)水平線與山體破裂面呈一定角度，回填土石會(huì)相對(duì)松散，其中上方兩處混凝土強(qiáng)度高、剛度大，能承受較大的荷載作用，支護(hù)結(jié)構(gòu)在山體荷載下產(chǎn)生變形，而另一處混凝土結(jié)構(gòu)相對(duì)比較松散，變形會(huì)更大，出現(xiàn)事故的概率會(huì)更高。通過對(duì)比半明半暗洞口段特性發(fā)現(xiàn)，半明半暗施工技術(shù)方案存在支護(hù)結(jié)構(gòu)整體性較差、暗洞側(cè)早期內(nèi)空變形偏大、回填工作時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，大量的監(jiān)控量測(cè)工程實(shí)踐表明，隧道拱頂下沉、水平收斂、地表沉降等應(yīng)表現(xiàn)出“先較快增大，后逐漸趨于穩(wěn)定”的特征。綜上所述，半明半暗洞口施工仍然存在許多需要改進(jìn)的問題。

6 討論研究

SMC套拱為剛性支撐，與噴射混凝土直接連接，具有支護(hù)柔性。在山體荷載作用下，易產(chǎn)生不均勻變形，拱頂也是施工最薄弱的環(huán)節(jié)，易產(chǎn)生變形裂縫，這是最需要關(guān)注的地方。回填土石一方面可以約束因偏壓引起的拱頂變形，另一方面可將山體荷載直接傳遞到其他部位，如果山體穩(wěn)定性較好，水平推力相對(duì)較小，半明部分支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度較大，區(qū)域向外側(cè)變形量小，那么回填土石能增加豎向壓力，從而約束拱頂向外的變形。

7 結(jié)語(yǔ)

目前，半明半暗施工技術(shù)屬于前沿施工技術(shù)，但采用此技術(shù)會(huì)消耗大量資金和資源，而且每實(shí)施一段隧道工程就必須進(jìn)行環(huán)境、地質(zhì)、氣壓、偏壓情況的監(jiān)控測(cè)量。施工過程要貫徹“零爆破、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、勤監(jiān)測(cè)、早封閉”的施工理念，采用先進(jìn)和有效的措施，保證支護(hù)質(zhì)量、減少開挖擾動(dòng)，確保工程質(zhì)量與工程進(jìn)度。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]朱培良，高小微.偏壓狀態(tài)下明暗交界段隧道進(jìn)洞開挖施工工法[Z].杭州：浙江省宏途交通建設(shè)有限公司，2010.

[2]夏齊勇.偏壓隧道施工圍巖變形監(jiān)控量測(cè)與分析[J].公路，2014（1）.

[3]謝雄耀，黃宏偉.公路隧道洞口滑坡機(jī)制分析及監(jiān)控預(yù)報(bào)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25（2）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]