淺埋偏壓小凈距高速公路隧道施工難點(diǎn)及處理措施

鄔永飛

（中交一公局第六工程有限公司，天津300450）

1 引言

為適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保的公路隧道施工觀念，淺埋偏壓小凈距隧道逐漸普及。此類項(xiàng)目存在洞體結(jié)構(gòu)受力不均勻、穩(wěn)定性較差以及施工面偏小等問(wèn)題，因此易出現(xiàn)位移、沉陷等情況，導(dǎo)致相關(guān)方產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失，甚至有人員傷亡。

2 工程概況及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境

湖南省益婁高速公路第12合同段竹園隧道由中交一公局六公司承建，施工現(xiàn)場(chǎng)位于湖南省婁底市毛田鎮(zhèn)。隧道的開(kāi)挖寬度超過(guò)16 m，凈寬為11.65 m。初期支護(hù)材料為I22a型鋼以及厚度為0.2 m的C20噴射混凝土，二次襯砌應(yīng)用的材料是C30P8鋼筋混凝土，其施工厚度在0.45 m。具體的施工方式，臺(tái)階部分采取拱部環(huán)形結(jié)構(gòu)，留出核心巖，中臺(tái)以及下臺(tái)部分采用側(cè)面開(kāi)挖的方式。施工環(huán)節(jié)包括從最初的超前支護(hù)，到最后的兩側(cè)開(kāi)挖支護(hù)等多個(gè)步驟，左線隧道長(zhǎng)度達(dá)160 m，右線不足80 m。此高速公路是湖南省重要的交通要道。

該隧道洞口的偏壓情況較為嚴(yán)重，且左線一側(cè)覆蓋層的最小值不足100 m，另一側(cè)則僅為24 m。右線一側(cè)拱部的最小厚度不足2 m，另一側(cè)則為10 m。2條隧道的暗洞洞口采取縱向錯(cuò)開(kāi)的布置方式，二者之間的距離超過(guò)40 m，橫向最小間距不足9 m。現(xiàn)場(chǎng)的巖石結(jié)構(gòu)主要泥質(zhì)板巖，各層圍巖的風(fēng)化程度不一致。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，隧道洞口地形對(duì)施工質(zhì)量影響較大，該項(xiàng)目的洞口處于深溝中，附近有林場(chǎng)覆蓋，兩側(cè)的山體相對(duì)偏高。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的安全防范難度偏高，洞口地貌形態(tài)較為傾斜，且兩側(cè)的高度差較大。本項(xiàng)目在冬季開(kāi)工，室外溫度偏低，增加了項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。再加上洞口兩側(cè)的覆蓋層厚度及土質(zhì)有差異，左側(cè)巖層呈塊狀，一旦開(kāi)挖，巖層脫落的概率極大。另外，工期較緊，隧道本身存在偏壓段，會(huì)影響施工進(jìn)度。

3 高速公路隧道施工難點(diǎn)

3.1 地形因素

施工現(xiàn)場(chǎng)在深溝內(nèi)，四面均為林木，兩側(cè)山體高度不一致，右高左低。再加上施工方案的標(biāo)高位置處于懸空狀態(tài)，與溝底之間的間距超過(guò)4.5 m。同時(shí)，隧道洞口與附近村莊農(nóng)作物距離較近，與附近原有的道路相距2.5 km?，F(xiàn)場(chǎng)的地形情況不利于場(chǎng)地布置及材料供給，同時(shí)，此種地形大幅提高了施工作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，還易破壞周邊的生態(tài)環(huán)境。

3.2 安全管控

施工現(xiàn)場(chǎng)呈傾斜狀態(tài)，左右兩側(cè)高度差較大。左線明洞長(zhǎng)27 m，右側(cè)邊坡為24 m，而右線明洞長(zhǎng)度僅為15 m，側(cè)邊邊坡高度則為18 m。再加上屬于冬季持續(xù)性的雨夾雪施工環(huán)境，安全風(fēng)險(xiǎn)管控的難度加大。另外，暗洞處的施工難度偏高，左側(cè)的覆蓋層厚度不足，上部土質(zhì)結(jié)構(gòu)中還包含經(jīng)過(guò)強(qiáng)風(fēng)化的巖石，整體呈塊狀，向明洞傾斜，在施工時(shí)該土質(zhì)結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生脫落。在左線暗洞的左側(cè)覆蓋層不足100 m，右線的厚度不足2 m，差距極大。隧道采取拱頂設(shè)計(jì)，其沉降控制值為4.5 cm，對(duì)應(yīng)的地表沉降值為3 cm。此種結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)塌方，其安全管控難度較大。

3.3 工期緊張

該工程項(xiàng)目運(yùn)行期間，受當(dāng)?shù)氐恼鞯夭疬w制約，在中標(biāo)后的8個(gè)多月才完成全部的遷移及征地環(huán)節(jié)，而且此時(shí)的便道拆遷問(wèn)題未能解決，因此，施工過(guò)程中僅能借助附近村落的道路進(jìn)行材料運(yùn)輸。而該工程正式開(kāi)工在冬季，是湖南省持續(xù)的雨夾雪季節(jié)，施工組織與進(jìn)度控制難度較大。另外，此項(xiàng)目的偏壓處理屬于施工難點(diǎn)，需要在次年的11月完工，由此才能保證其他環(huán)節(jié)的有效開(kāi)展。對(duì)于公路隧道工程而言，工期極為緊張。

4 高速公路施工難點(diǎn)處理措施

對(duì)于此項(xiàng)高速公路隧道施工項(xiàng)目而言，偏壓?jiǎn)栴}是最為關(guān)鍵的施工難點(diǎn)，需要合理調(diào)整淺埋偏壓小凈距段的開(kāi)展方案，保證施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性，避免出現(xiàn)偏壓，提高施工效率，確保在工期內(nèi)完成相應(yīng)的施工任務(wù)。

4.1 相關(guān)人員方面

由于該項(xiàng)目組織難度較大，采用的工人大多為民工，之前從未接觸過(guò)同類型的項(xiàng)目，因而導(dǎo)致其不具備應(yīng)有的安全意識(shí)。除工人外，合作的設(shè)計(jì)方及監(jiān)理、業(yè)主以及技術(shù)人員接觸過(guò)類似工程的經(jīng)驗(yàn)較少。為解決此方面的問(wèn)題，組織專家及該項(xiàng)目的相關(guān)方召開(kāi)專題會(huì)，主要討論項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及施工方案。借此，促使相關(guān)方對(duì)工程方案有更為全面的認(rèn)識(shí)，并綜合考量洞口處的偏壓?jiǎn)栴}，以及拱部左側(cè)的覆蓋層厚度嚴(yán)重不足、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)不穩(wěn)等現(xiàn)狀，提出合理的解決方案。具體而言，左線明洞的左側(cè)加設(shè)27 m的擋墻，并在暗洞左側(cè)1 m的范圍內(nèi)增加混凝土，右線明洞左側(cè)增加長(zhǎng)度為15 m的擋墻[1]。經(jīng)過(guò)改良的施工方案更符合此工程現(xiàn)場(chǎng)的情況。確定設(shè)計(jì)及施工方案后，落實(shí)技術(shù)交底，確保一線施工人員掌握具體的施工重難點(diǎn)。

4.2 開(kāi)挖高度及錨噴支護(hù)

該工程的明洞邊坡坡度較大，且屬于冬季雨夾雪季節(jié)施工，未能做好錨噴封閉，因此，安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高。對(duì)此，施工現(xiàn)場(chǎng)管理者及施工作業(yè)人員經(jīng)過(guò)細(xì)致分析后，制訂了針對(duì)性的施工方案。具體而言，采取分層的處理方式，支架材料為鋼管，每層的高度在5 m，由此實(shí)現(xiàn)分層修坡及錨噴支護(hù)。另外，為確保錨桿發(fā)揮出基本的作用，使用錨固劑錨桿代替最初設(shè)計(jì)的砂漿錨桿，且錨桿與巖層表面呈垂直關(guān)系。

4.3 隧道進(jìn)洞的安全保護(hù)

為保證施工過(guò)程的安全性，確保人員進(jìn)洞安全。在暗洞正式施工前，邀請(qǐng)專家、設(shè)計(jì)人員、監(jiān)理人員及施工單位等工程相關(guān)方的工作人員進(jìn)行實(shí)地查看。對(duì)于坡口處頂部位置的巖石過(guò)于破碎，且存在嚴(yán)重的偏壓情況，在右線隧道的暗洞位置加設(shè)雙層的超前注漿小導(dǎo)管，安裝在洞口拱頂110°以及35°的位置，外設(shè)2榀I22a工鋼套拱，其和小導(dǎo)管之間采取焊接的方式連接。而左線在左側(cè)套拱以下4.75 m位置增設(shè)擋墻，暗洞左側(cè)的13 m范圍內(nèi)進(jìn)行反壓回填混凝土處理。由于洞口周圍的巖體過(guò)于破碎，在人員進(jìn)洞施工前，便在110°的位置安裝小導(dǎo)管，注漿的壓力應(yīng)在約0.75 MPa。右線的左側(cè)淺埋段需加設(shè)砂漿錨桿，并噴射厚度約為10 cm的混凝土。暗洞口的施工原本采取CRD工法（交叉中隔墻法），經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分析，在分塊開(kāi)挖的中部加設(shè)臨時(shí)支撐，極易被損壞，導(dǎo)致材料彎曲或發(fā)生位移，造成相應(yīng)的支護(hù)移動(dòng)，整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。對(duì)此，將原本的4塊開(kāi)挖調(diào)整至三臺(tái)階施工，拱部核心巖位置開(kāi)挖110°的巖體，由此至起拱線位置采取兩側(cè)開(kāi)挖的方式，在下臺(tái)階區(qū)域采取左右兩側(cè)分塊開(kāi)挖的方式。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看，針對(duì)隧道偏壓?jiǎn)栴}，研究小組為避免出現(xiàn)水平位移，在隧道的中線區(qū)域，以5 m為間距，布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并在左右兩側(cè)的墻體上，以2.5 m的間距布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，繼而掌握圍巖的位移情況，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程監(jiān)測(cè)，保障施工安全。

4.4 凈距過(guò)短的解決方式

該工程左右線的邊線凈距過(guò)短，屬于偏壓小凈距隧道，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大。從安全層面考量，2條線的縱向錯(cuò)開(kāi)距離需超過(guò)50 m。此外，左線洞口位置的偏壓情況更為嚴(yán)重，施工量偏大。對(duì)此，調(diào)整作業(yè)組織，由右線暗挖上臺(tái)階先破口進(jìn)洞，左線的暗挖則于右線進(jìn)洞50 m后再開(kāi)始進(jìn)洞施工。

4.5 右線沉降速率高問(wèn)題

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，該隧道的右線拱部地表和拱頂?shù)某两祮?wèn)題明顯，其中，前者的沉降速度在0.3 cm/d，后者為0.25 cm/d。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，洞口拱部的地層中含有雜物，如樹(shù)根、泥土，且樹(shù)根已經(jīng)伸到開(kāi)挖斷面內(nèi)。為保證隧道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需進(jìn)行加固處理。具體而言，在拱部初期的支護(hù)表面加設(shè)小導(dǎo)管，且環(huán)向距離為1.2 m，縱向則每隔一榀鋼架設(shè)有一環(huán)。相關(guān)負(fù)責(zé)人將具體的施工方案移交至監(jiān)理方審批，完成技術(shù)交底后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查[2]。

5 高速公路施工項(xiàng)目建設(shè)實(shí)例效果討論

5.1 效果檢查

根據(jù)本文討論公路項(xiàng)目的建設(shè)難點(diǎn)分析，施工難度極大，且風(fēng)險(xiǎn)高，經(jīng)過(guò)專家論證以及施工小組討論，確定前期設(shè)計(jì)及施工方案?；诒O(jiān)控量測(cè)的數(shù)字化建設(shè)觀念，不斷探索新的管理及應(yīng)對(duì)舉措，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，有效處理隧道工程的建設(shè)難點(diǎn)，保障工程的建設(shè)安全性及質(zhì)量。實(shí)際優(yōu)化成效體現(xiàn)在以下方面：

1）在公路隧道明洞的高邊坡一側(cè)，改變?cè)O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的錨桿角度，并額外添加錨固劑，使高邊坡的穩(wěn)定性得到保障。

2）左線隧道的左側(cè)，運(yùn)用具有抗偏壓性能的擋墻，以及長(zhǎng)度達(dá)到13 m的反壓回填混凝土。借此有效解決隧道兩側(cè)高度差過(guò)大的問(wèn)題，繼而縮小土層的位移距離，滿足施工標(biāo)準(zhǔn)。

3）針對(duì)隧道右線的病害，在隧道出現(xiàn)坡口前，使用雙層注漿的導(dǎo)管，其口部配置工鋼套拱，彌補(bǔ)覆蓋層過(guò)薄的問(wèn)題，達(dá)到加固隧道的效果。同時(shí)在隧道左線增加規(guī)格為6 m的套拱和導(dǎo)管等輔助性用具，在左線的左側(cè)進(jìn)行混凝土回填，以處理因?yàn)榈刭|(zhì)條件導(dǎo)致進(jìn)洞困難的問(wèn)題。

4）洞口區(qū)域使用三臺(tái)階開(kāi)挖方式，克服原本設(shè)計(jì)方案中CRD工法施工的不足，提高現(xiàn)場(chǎng)的安全性，并節(jié)省部分材料。

5）基于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，在隧道洞口區(qū)域存在破碎問(wèn)題的拱部，關(guān)注水泥漿，加強(qiáng)原本結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，較小沉降的幅度，使其處于工程安全可接受的范圍內(nèi)。在偏壓段開(kāi)挖處理中，存在偏壓?jiǎn)栴}的一側(cè)添加長(zhǎng)5 m的φ22 mm錨桿。經(jīng)過(guò)實(shí)地檢測(cè)，得出開(kāi)挖處理的水平方向下收斂效果，實(shí)地效果最明顯的位置也達(dá)到10 mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行的防范舉措，在地表、洞頂以及側(cè)墻3個(gè)區(qū)域的位移均不超過(guò)5 mm，滿足預(yù)期此處理標(biāo)準(zhǔn)。

6）針對(duì)開(kāi)挖凈距不足的問(wèn)題，選擇錯(cuò)開(kāi)施工，隧道縱向的錯(cuò)開(kāi)間距設(shè)置為50 m。下邊墻體施工期間，會(huì)使中部作業(yè)超前，以構(gòu)建出臨空面，確實(shí)避免對(duì)巖體的傷害。經(jīng)過(guò)一系列的處理，有效處理隧道特殊的地理環(huán)境。不僅達(dá)到預(yù)期的建設(shè)效果，還為今后應(yīng)對(duì)此類型工程積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

5.2 施工成果

首先，經(jīng)濟(jì)方面。通過(guò)有效落實(shí)上述應(yīng)對(duì)舉措，縮短工程的建設(shè)時(shí)長(zhǎng)，在右線的偏壓段施工中，提前兩個(gè)多月完成開(kāi)挖處理，而左線也提前3 d。本項(xiàng)目使用三臺(tái)階的開(kāi)挖作業(yè)方式，與原計(jì)劃相比，節(jié)省鋼材300 kN（30 t），在此方面的造價(jià)合理縮減10萬(wàn)元以上。其次，技術(shù)層面。經(jīng)過(guò)專家聯(lián)合研討，有效解決該項(xiàng)目因特殊地理?xiàng)l件而帶來(lái)的施工難題，處理好兩側(cè)高度差超過(guò)20 m的問(wèn)題。此外，地表沉降僅為30 mm，拱頂沉降為25 mm，水平方向的收斂距離為10 mm，地層和隧道框架水平方向的平移距離只有5 mm，上述指標(biāo)都是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的最大值，均在設(shè)計(jì)限值之內(nèi)。最后，社會(huì)效益。一方面，未因?yàn)榻煌ńㄔO(shè)破壞珍貴的遺產(chǎn)文物保護(hù)區(qū)自然景觀。并且即使現(xiàn)場(chǎng)存在嚴(yán)重的地層不利條件，也能避免發(fā)生滑坡及其他質(zhì)量缺陷。另一方面，偏壓段實(shí)現(xiàn)有序建設(shè)，兼顧工期、安全以及質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

該公路隧道項(xiàng)目為抑制現(xiàn)場(chǎng)條件造成的不良影響，增設(shè)套拱、小導(dǎo)管、擋墻等，以免出現(xiàn)破口。此外，借助三臺(tái)階開(kāi)挖方式，并配以全面的工程監(jiān)管，切實(shí)解決隧道洞口的開(kāi)挖過(guò)程中不良條件。