750kV高壓鐵塔下特大斷面隧道洞口偏壓分析及處置措施

丁中銘 何文桃

中交路橋建設(shè)華北有限公司

1 引言

高速公路是國(guó)家主干線網(wǎng)絡(luò)，其高能、高效、快速通達(dá)的功能，能促進(jìn)高速公路沿線商品經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展。如何安全、高效、快速的完成高速建設(shè)并安全運(yùn)營(yíng)，成了當(dāng)下高速公路建設(shè)重要任務(wù)。高速公路建設(shè)過程中公路隧道的施工又是重要關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在安全性、經(jīng)濟(jì)性、施工效率等方面對(duì)高速公路建設(shè)具有非常大的影響作用，而隧道洞口偏壓處置是隧道能否快速、安全進(jìn)出洞的關(guān)鍵點(diǎn)，尤其是下穿750kV 高壓鐵塔的情況下。因此洞口偏壓處置不得當(dāng)，既延誤了工期，又間接增加了工程建設(shè)成本，還會(huì)留下一定的安全質(zhì)量隱患。故確定一種適合下穿750KV高壓鐵塔隧道偏壓段地質(zhì)條件處置方案至關(guān)重要。

2 洞口偏壓段概況

連霍高速（G30）新疆境內(nèi)小草湖～烏魯木齊段改擴(kuò)建工程杏花村2號(hào)隧道位于新疆烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū)白楊河右岸，為單洞四車道高速公路隧道。隧道下行線全長(zhǎng)880.0m。其中XK3497+728～XK3497+747 段，下穿750kV 高壓鐵塔(垂直距離為80m)。經(jīng)勘探查明此大體積堆積體（堆積體厚20m，寬度16m，呈∠40°～50°堆積）覆蓋層已經(jīng)侵入隧道凈空范圍一大半。右側(cè)斷面位于松散角礫堆積體中，左側(cè)斷面位于基巖中。侵入堆積體由小樁號(hào)至大樁號(hào)逐漸變大，偏壓嚴(yán)重。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)清除堆積體后堆積體裸露巖面后，巖體成鑲嵌結(jié)構(gòu)，邊坡陡立，坡體高度約40m左右，呈∠70°～80°。有掉塊現(xiàn)象，但總體穩(wěn)定性較好，無整式滑動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

3 擬定初步處置方案

根據(jù)隧道洞口偏壓段的工程地質(zhì)概況及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從高效、安全出發(fā)對(duì)處置方案進(jìn)行研究討論：①需進(jìn)一步掌握偏壓段左側(cè)基巖在開挖過程中的危險(xiǎn)程度，尤其是對(duì)750kV 高壓鐵塔的影響程度；②洞口基底基巖埋置深度不深且較完整強(qiáng)度好，擬采用形式簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)劃算的低強(qiáng)度等級(jí)片石混凝土偏壓擋墻來抵消巖體的偏壓；③隧道二襯設(shè)計(jì)為非受力構(gòu)件，故需在偏壓擋墻和二襯之間設(shè)置一道護(hù)拱（與隧道暗洞初支受力形式相同），既能承受偏壓擋墻的應(yīng)力，同時(shí)也能保證二襯的結(jié)構(gòu)安全。④還需考慮左側(cè)山體在爆破震動(dòng)、地震力作用、長(zhǎng)期自然力侵蝕作用下出現(xiàn)滑塌的預(yù)加固措施（錨索），確保750kV 高壓鐵塔和隧道在施工期和運(yùn)營(yíng)期的長(zhǎng)久安全。

4 洞口偏壓段模擬分析

采用midas 對(duì)750KV 高壓鐵塔下隧道洞口偏壓段進(jìn)行模擬分析及根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行抗滑驗(yàn)算模擬在沒有設(shè)置偏壓擋墻、護(hù)拱及錨索的情況下進(jìn)行隧道開挖，隧道洞身僅部分處于基巖中，為分析隧道開挖過程中洞身的穩(wěn)定性及750KV 高壓鐵塔穩(wěn)定性。

選取XK3497+730、XK3497+739、XK3497+747 三個(gè)斷面進(jìn)行數(shù)值模擬分析，隨著開挖基巖斷面的不斷增大，隧道的穩(wěn)定性越來越差，直至隧道斷面全部進(jìn)入基巖才逐漸穩(wěn)定（XK3497+747 斷面最大變形量7mm，XK3497+730 和XK3497+739 斷面洞頂巖體垮塌，已經(jīng)發(fā)生順層滑動(dòng)，最大位置出現(xiàn)在洞頂尖角處）。在這個(gè)過程中，邊坡會(huì)出現(xiàn)局部破壞，洞頂外側(cè)臨空處為最危險(xiǎn)處，會(huì)出現(xiàn)洞頂塌落危害，對(duì)750kV 高壓鐵塔安全穩(wěn)定性造成影響。

左側(cè)洞頂邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算。邊坡安全等級(jí)取一級(jí)，抗滑安全系數(shù)取1.35，抗傾覆安全系數(shù)取1.6，設(shè)定假想破裂角為66°。在邊坡的抗滑移和抗傾覆性驗(yàn)算得出：需對(duì)750kV 高壓鐵塔下隧道洞口偏壓段采用錨索預(yù)加固（14φs15.2的錨索加固，預(yù)應(yīng)力鎖定載荷700kN，錨索間距3.6×3.6m（水平×豎向），錨索傾角向下2°，錨孔直徑200mm，錨固長(zhǎng)度10m。）才能滿足抗滑性要求。

4.1 工況1

隧道出口XK3497+747-XK3497+745 段施作鋼筋混凝土管棚套拱，全斷面打設(shè)管棚，偏壓側(cè)設(shè)置1：0.75的偏壓擋墻。洞頂邊坡巖體采用14φs15.2的錨索加固，預(yù)應(yīng)力鎖定載荷700kN，錨索間距3.6×3.6m（水平×豎向），錨索傾角向下2°，錨孔直徑200mm，錨固長(zhǎng)度10m。隧道周邊拱頂存在沉降，仰拱存在隆起。拱頂最大沉降為1.95cm，仰拱隆起最大為1.11cm，在右側(cè)墻由于受壓會(huì)存在水平位移，其最大值為0.67cm。

4.2 工況2

隧道出口XK3497+745-XK3497+736 段施作鋼筋混凝土護(hù)拱，全斷面打設(shè)管棚，偏壓側(cè)設(shè)置1：0.75的偏壓擋墻。洞頂邊坡巖體采用14φs15.2的錨索加固，預(yù)應(yīng)力鎖定載荷700kN，錨索間距3.6×3.6m（水平×豎向），錨索傾角向下2°，錨孔直徑200mm，錨固長(zhǎng)度10m。隧道周邊拱頂存在沉降，仰拱存在隆起。拱頂最大沉降為2cm，仰拱隆起最大為1.15cm，在右側(cè)墻由于受壓會(huì)存在水平位移，其最大值為1.14cm。

4.3 工況3

隧道出口XK3497+736-XK3497+728 段施作鋼筋混凝土護(hù)拱，全斷面打設(shè)管棚，偏壓側(cè)設(shè)置1：0.75的偏壓擋墻。洞頂邊坡巖體采用14φs15.2的錨索加固，預(yù)應(yīng)力鎖定載荷700kN，錨索間距3.6×3.6m（水平×豎向），錨索傾角向下2°，錨孔直徑200mm，錨固長(zhǎng)度10m。隧道周邊拱頂存在沉降，仰拱存在隆起。拱頂最大沉降為2.54cm，仰拱隆起最大為0.76cm，在右側(cè)墻由于受壓會(huì)存在水平位移，其最大值為0.56cm。

分析結(jié)果：采用鋼筋混凝土管棚套拱，全斷面打設(shè)管棚，偏壓側(cè)設(shè)置1：0.75 的偏壓擋墻，洞頂邊坡巖體采用14φs15.2 的錨索加固，最大位移僅2cm 左右，無大位移出現(xiàn)，圍巖穩(wěn)定，750kV高壓鐵塔安全穩(wěn)固，方案可行。

5 現(xiàn)場(chǎng)處置措施

5.1 監(jiān)控量測(cè)措施

加大洞口段施工過程監(jiān)測(cè)頻率，尤其是750KV 高壓鐵塔沉降位移量、邊坡穩(wěn)定性、圍巖壓力、拱頂下沉、周邊收斂進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。延長(zhǎng)初支監(jiān)測(cè)周期，確保位移、沉降真正穩(wěn)定后方可施作二次襯砌。

5.2 處置措施

（1）偏壓擋墻及拱墻基礎(chǔ)換填時(shí)，將基礎(chǔ)底部的松散物清理干凈并用水進(jìn)行沖洗潔凈，并埋設(shè)φ25連接鋼筋，確保偏壓擋墻與基底基巖可靠銜接。

（2）偏壓擋墻及護(hù)拱分層澆筑至拱腰導(dǎo)向管下方，在不影響設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)受力的情況下同步施工進(jìn)一步節(jié)約一定工期，注意護(hù)拱鋼筋的埋設(shè)及預(yù)留搭接長(zhǎng)度。

（3）護(hù)拱鋼筋、模板、導(dǎo)向管安裝，保證導(dǎo)向管向外1°傾角，并將導(dǎo)向管端部封堵嚴(yán)實(shí)，確保鋼筋、導(dǎo)向管、模板按照設(shè)計(jì)安裝固定牢固。在護(hù)拱與巖面的接觸面將護(hù)拱設(shè)置成喇叭口型，加大套拱與巖體的接觸面積，并在巖體內(nèi)埋設(shè)連接鋼筋，確保套拱與巖面有效連接閉合成環(huán)。

（4）澆筑C25 套拱混凝土，澆筑完成后及時(shí)灑水覆蓋養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)周期不少于7 天。待強(qiáng)度滿足要求后方可拆除內(nèi)側(cè)承重模板。

（5）管棚鉆孔、注漿，管棚注漿應(yīng)隔孔進(jìn)行。

（6）先分層澆筑偏壓擋墻混凝土至套拱頂部，為第一排錨索施工提供施工平臺(tái)，待第一排錨索施工完畢后，再澆筑至第二排錨索位置，為第二排錨索施工提供施工平臺(tái)，最后施工至設(shè)計(jì)頂標(biāo)高，為第三排錨索施工提供施工平臺(tái)。在偏壓擋墻與巖面連接處設(shè)置臺(tái)階，并采用埋設(shè)鋼花管與巖面可靠連接，使偏壓擋墻與巖面閉合成環(huán)。

（7）錨索施工順序：錨索孔道成孔→放置鋼套管及預(yù)應(yīng)力錨索→由注漿管進(jìn)行錨固段注漿（一期注漿）→安裝封錨處錨具→張拉預(yù)應(yīng)力錨索→自由段注漿（二次注漿）。在安裝預(yù)應(yīng)力錨索時(shí)注意需在自由段部分錨索套上PEφ20保護(hù)管。承壓板應(yīng)安裝平整牢固，承壓面應(yīng)與錨孔軸線垂直，承壓板下方混凝土應(yīng)填充密實(shí)，并滿足抗壓強(qiáng)度要求。錨索張拉至設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力0.65 標(biāo)準(zhǔn)值的1.05～1.1 倍時(shí)，持荷15min，然后卸至鎖定荷載進(jìn)行鎖定。注漿壓力控制在0.4MPa～0.6MPa，確?？變?nèi)灌漿飽滿密實(shí)。

（8）待預(yù)應(yīng)力錨索張拉壓漿施工完畢強(qiáng)度達(dá)到要求后進(jìn)行暗洞開挖工作，750kV高壓鐵塔下偏壓段開挖遵循短進(jìn)尺、弱爆破、勤量測(cè)、早封閉的原則，盡量減小爆破震動(dòng)對(duì)偏壓段圍巖的擾動(dòng)，確保750kV高壓鐵塔安全穩(wěn)定性，及時(shí)完成偏壓段初期支護(hù)及仰拱混凝土工作。待偏壓段變形、沉降完全穩(wěn)定后施作二次襯砌。

6 結(jié)論與建議

通過模擬分析及現(xiàn)場(chǎng)處置措施，得出以下結(jié)論：750kV高壓鐵塔下洞口偏壓段落采取偏壓擋墻、護(hù)拱、管棚、錨索綜合措施對(duì)洞口偏壓進(jìn)行處置，各項(xiàng)位移、沉降量監(jiān)測(cè)結(jié)果也滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。符合該地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況下，滿足既安全、又高效、還經(jīng)濟(jì)的施工需求。