大跨度淺埋偏壓隧道進(jìn)洞技術(shù)探討

辛講合 別素平

摘 要：以陜西省定漢線坪坎至漢中高速公路某淺埋偏壓隧道單向掘進(jìn)出洞工程為例，分析了在處理淺埋偏壓和洞口高邊坡問題的一種思路，對(duì)于同類隧道施工及設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：偏壓隧道 單向掘進(jìn)出洞 高邊坡

1.大跨度淺埋偏壓隧道洞口施工存在的問題

隨著我國(guó)山區(qū)高速公路的大規(guī)模建設(shè)，越來越多的隧道需要傍山修建。對(duì)于路線布設(shè)為“沿溪線”的路段，公路多以橋隧相連的形式交替出現(xiàn)，隧道洞口位置選擇存在一定的局限性，有時(shí)不得不在河流彎道以上山體斜坡面上進(jìn)洞或出洞，導(dǎo)致出現(xiàn)了大量的偏壓洞口的情況。如遇隧道軸線與地形等高線小角度斜交的情況，往往存在洞口高邊坡路段。對(duì)于地質(zhì)條件較差的軟巖隧道，洞口施工的風(fēng)險(xiǎn)較大，采用開挖山體的大挖方方案會(huì)造成洞口植被較大破壞，后期邊坡運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本增加，還存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，如邊坡掉塊石，邊坡開裂等病害。因此需要綜合考慮一種既安全又環(huán)保的方案，避免高邊坡及施工風(fēng)險(xiǎn)。大跨度淺埋偏壓條件給隧道設(shè)計(jì)施工造成一定的困難和風(fēng)險(xiǎn)，隧道如何安全的進(jìn)洞或出洞是隧道建設(shè)者必須面臨的一個(gè)難題。

隧道偏壓是作用在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力左右不對(duì)稱引起。引起隧道偏壓的原因有地形原因、地質(zhì)原因、施工原因。解決偏壓?jiǎn)栴}主要采取的措施有反壓回填或偏壓耳墻襯砌結(jié)構(gòu)，由于反壓回填需要一定的場(chǎng)地地形條件，本文對(duì)于洞口地面橫坡較大、隧道洞口存在橋隧銜接以及高邊坡的問題進(jìn)行綜合分析，對(duì)采用偏壓耳墻半明半暗開挖方法施工，橋梁進(jìn)入隧道斷面從而降低洞口高邊仰坡的特殊設(shè)計(jì)和施工案例進(jìn)行分析。

2.坪漢高速柿樹壩1#隧道出口工程概況

2.1 工程概況

擬建隧道位于金泰電站以東1 0 0 m，隧道按左、右線分離式設(shè)計(jì)，左線隧道進(jìn)口樁號(hào)ZK127+371，出口樁號(hào)ZK127+522，長(zhǎng)1 5 1 m，屬短隧道；右線隧道進(jìn)口樁號(hào)YK127+400，出口樁號(hào)Y K 127+5 0 8，長(zhǎng)10 8m，屬短隧道。左線進(jìn)出口洞門形式均為端墻式，右線進(jìn)出口洞門形式均為端墻式，左線武貴包大橋起點(diǎn)樁號(hào)ZK127+531.6，橋梁與隧道相距0.6m。

2.2 地形地貌

該隧道屬中山區(qū)地貌單元，地形起伏較大，谷坡和山脊陡峭。植被較發(fā)育，多為喬灌混生林。隧址區(qū)地面高程為1020.00m～1089.00m，相對(duì)高差69.00m。隧道左線最大埋深78.4m，右線最大埋深66.4m。

2.3 工程地質(zhì)

（2）泥盆系（D3jb）板巖：灰色、灰黑色～灰綠色，變余結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀130°∠50°。按其風(fēng)化程度的不同可分為強(qiáng)、中風(fēng)化兩層：

①?gòu)?qiáng)風(fēng)化千枚狀板巖：灰綠色，變余結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈塊狀、短柱狀，錘擊聲??；強(qiáng)風(fēng)化板巖：灰色，變余結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，鈣質(zhì)膠結(jié)，巖芯呈塊狀、短柱狀，錘擊聲啞。

②中風(fēng)化板巖：灰、灰白色，原巖結(jié)構(gòu)完整，變余結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，硅質(zhì)膠結(jié)，巖芯采取率較高，80%左右，巖芯以塊、短柱狀為主，RQD=45%，本次勘察最大揭露厚度為34.40m（未揭穿）。

左、右線出口段位于一陡峻的山體谷坡上，表層局部覆蓋少量的碎石，下伏強(qiáng)風(fēng)化板巖，坡體表層植被較發(fā)育，基本無匯水條件。線路走向與巖層產(chǎn)狀、坡向及節(jié)理①產(chǎn)狀均大角度相交，與節(jié)理②小角度相交，須考慮隧道施工引起工程性滑坡、坍塌、邊坡失穩(wěn)等，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，特別注意施工時(shí)引起冒頂造成坍塌現(xiàn)象，堅(jiān)持“強(qiáng)支護(hù)、短進(jìn)尺，弱爆破”原則，同時(shí)加強(qiáng)觀測(cè)。

2.4 隧道施工情況

從現(xiàn)場(chǎng)情況來看，柿樹壩1號(hào)隧道左線出口地形陡峭，路線與坡面斜交角度小，隧道出口偏壓嚴(yán)重，如果隧道提前出洞，隧道洞外將出現(xiàn)5級(jí)路基邊坡，邊坡巖石為強(qiáng)風(fēng)化板巖，仰坡開挖后高度也會(huì)很高，為減少邊、仰坡開挖高度及防護(hù)工程規(guī)模，在保證隧道洞門明洞基礎(chǔ)安全穩(wěn)定的前提下盡可能延長(zhǎng)明洞。同時(shí)要保證橋臺(tái)的穩(wěn)定性，武貴包大橋起點(diǎn)可向小樁號(hào)方向延長(zhǎng)，縮小斷面伸入隧道。

3.柿樹壩1#隧道左線出口出洞方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

隧道1 / 4斷面出洞，原設(shè)計(jì)出洞樁號(hào)為Z K 1 2 7 + 5 1 3，ZK127+513～522為9m半明半暗結(jié)構(gòu)，ZK127+522～531.6為9.6m挖方路基，ZK127+531.6 ～ ZK127+542為10.4m橋梁挖方段。隧道洞外有20m的挖方路基和橋梁邊坡挖方段，邊坡較高為4級(jí)～5級(jí)邊坡。挖方邊坡采用錨桿框架梁防護(hù)。

為了降低洞外路基邊坡高度，由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)斷面及調(diào)查情況認(rèn)為隧道（半明半暗結(jié)構(gòu)）外移至ZK127+538處可將洞外路基5級(jí)邊坡減低至2級(jí)邊坡。因洞口斜交偏壓造成ZK127+522～ZK127+538段右側(cè)半明半暗耳墻基礎(chǔ)拱腳落空，需采用高大擋墻進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

結(jié)合總體優(yōu)化方案，左線武貴包大橋起點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。考慮隧道明洞接長(zhǎng)，明洞終點(diǎn)樁號(hào)為ZK127+538，橋梁起點(diǎn)樁號(hào)（ZK127+531.6）不變，橋進(jìn)隧道。橋梁起點(diǎn)位置及跨徑組合均保持原設(shè)計(jì)不變，第一跨（15m）變窄進(jìn)入隧道明洞內(nèi)6.4m。為防止0號(hào)橋臺(tái)樁基與橋臺(tái)明洞基礎(chǔ)干擾，橋臺(tái)邊樁中心距臺(tái)帽外邊緣的距離由2.5m調(diào)整為3m。結(jié)合隧道延長(zhǎng)方案，路基工程減短16m，原上邊坡防護(hù)工程為錨桿框架梁相應(yīng)減少699.400m2。

此處邊坡地質(zhì)條件較差，圍巖以風(fēng)化板巖為主。隧道拱圈以上進(jìn)行φ50mm注漿小導(dǎo)管加固，L-6.0m，間距為1.0m×1.0m；暗挖部分采用φ32mm中空注漿錨桿，L-6.0m，環(huán)向間距為1.0m×1.0m。半明半暗護(hù)拱采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，拱部厚度1.0m，偏壓耳墻厚度2.5m?；A(chǔ)采用C25鋼筋混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)開挖為臺(tái)階狀，以提高穩(wěn)定性。在基礎(chǔ)開挖邊坡側(cè)面及基地采用φ50mm注漿小導(dǎo)管進(jìn)行加固，以減小邊坡側(cè)壓力，提高基礎(chǔ)地基承載力。鋼筋混凝土基礎(chǔ)地基承載力要求≥800kPa，基礎(chǔ)前緣若位于河道內(nèi)，應(yīng)埋入最大沖刷線以下≥3m。

具體實(shí)施要點(diǎn)：①施工組織第一步坡面防護(hù)工作一定要加固處理到位，防止影響后續(xù)工序。②隧道偏壓套拱基礎(chǔ)要采用橫向和縱向挖臺(tái)階，并對(duì)基礎(chǔ)地面進(jìn)行基礎(chǔ)加固，采用錨固φ50mm注漿小導(dǎo)管與基礎(chǔ)混凝土固結(jié)，確?；A(chǔ)穩(wěn)定。③隧道暗挖部分盡量減少爆破振動(dòng)對(duì)橋梁及偏壓套拱基礎(chǔ)的影響，盡量采用機(jī)械開挖，減少爆破。④偏壓套拱基礎(chǔ)應(yīng)預(yù)留伸縮縫，水位線以上部分預(yù)留泄水孔。⑤基底承載力≥800kPa，基礎(chǔ)前緣若位于河道內(nèi)，埋入最大沖刷線下≥3m或根據(jù)開挖后的情況采用石籠護(hù)坦等其他防護(hù)形式。施做基礎(chǔ)之前對(duì)開挖后的天然地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，不滿足要求需采取措施提高加固。⑥基礎(chǔ)大體積混凝土采用分層澆筑，每層厚2m～2.5m，每層間設(shè)置冷卻管。⑦該方案施工過程中存在一定風(fēng)險(xiǎn)，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)地表、洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)以上優(yōu)化方案調(diào)整，現(xiàn)場(chǎng)施工完之后，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，隧道洞口避免了大刷大挖。洞口邊坡由路基方案的48m降低為18.6m，大幅降低了邊坡高度，降低了洞口邊仰坡運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于傍山隧道洞口存在淺埋偏壓的情況，采用半明半暗結(jié)構(gòu)是一種行之有效的解決方案。隧道應(yīng)遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，不得大挖大刷，確保邊坡及仰坡的穩(wěn)定。但在特殊情況下，為了降低風(fēng)險(xiǎn)，隧道基礎(chǔ)可以靈活處理，從而使隧道、橋梁和路基的綜合方案最優(yōu)。

參考文獻(xiàn)：

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