耳墻蓋挖法在淺埋偏壓隧道洞口段的應(yīng)用研究

張紅日

（山西路橋集團 隰吉高速公路有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

黃土地區(qū)由于特殊的地形限制，導致某些隧道洞口必須采用非常規(guī)的進洞方式和洞門結(jié)構(gòu)。同時黃土地區(qū)特有的溝壑地形，導致大多數(shù)黃土隧道的進洞位置處都存在不同程度的偏壓情況，加之洞口段埋深較淺，圍巖風化強，極易受降雨和開挖擾動等影響，自穩(wěn)性差。在淺埋偏壓隧道洞口段施工中，常因施工工法選取不當而造成洞門塌方冒頂、洞口邊仰坡滑塌等工程事故[1]。蓋挖法，兼具明挖法與暗挖法優(yōu)點[2]，能在保證開挖支護安全的前提下明顯降低洞口段邊坡開挖高度，與明挖相比，可減少洞口刷方方量，降低工程建設(shè)成本，減少對洞口植被的影響，是綠色交通倡導的優(yōu)先進洞方法[3]。

國內(nèi)外學者在隧道洞口蓋挖法方面進行了大量研究，劉傳利等[4]、龐新剛[3]和胡平等[5]結(jié)合不同工程案例研究了蓋挖法在淺埋偏壓、超淺埋偏壓段與洞口段的設(shè)計方法和施工技術(shù)；伍毅敏等[6]采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測對半明半暗隧道洞口段力學特征進行了分析；劉傳利等[4]采用數(shù)值模擬方法分析了蓋挖法施工隧道變形受力規(guī)律。

本文依托隰吉高速南嶺塬隧道工程，對偏壓黃土隧道洞口段蓋挖法設(shè)計參數(shù)進行了介紹，并對蓋挖法施工過程進行了詳細闡述，提出了耳墻蓋挖法的施工要點，可為類似隧道工程的設(shè)計和施工提供參考。

1 工程概況

南嶺塬隧道位于山西省隰縣縣城以東龍泉鎮(zhèn)衛(wèi)家垣村，設(shè)計為左右分離式，總體走向呈北南向，左線洞身全長2 210.0 m，右線全長2 187.0 m，最大埋深136.12 m。

隧址區(qū)地勢總體上中部較高，南北兩側(cè)低。隧道進口位于龍泉鎮(zhèn)古城村古城磚廠南側(cè)一斜坡上，岸坡較陡峭，坡向北，坡角在24°～31°之間；溝底未見基巖出露，洞口及以上溝壁部分為第四系中更新統(tǒng)離石黃土。隧道出口位于龍泉鎮(zhèn)衛(wèi)家垣村銀山溝北岸斜坡上，岸坡較陡峭，坡向南，自然坡度約20°～38°之間；溝底為耕地。

隧址區(qū)地層結(jié)構(gòu)較為簡單，根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及鉆探揭示，地層由新至老依次有：第四系上更新統(tǒng)粉土、粉質(zhì)黏土（Q3eol、Q3dl），第四系中更新統(tǒng)離石黃土（Q2pl），新近系靜樂組（N2j）粉質(zhì)黏土夾薄層礫巖。

圖1 南嶺塬隧道洞口概貌

2 耳墻+蓋挖法施工方案的確定

2.1 地形條件

隧址區(qū)地勢總體上中部較高，南北兩側(cè)低，右線地表高程1 052.10～1 182.00 m，相對高差129.9 m；左線地表高程1 047.69～1 181.10 m，相對高差133.41 m，岸坡較陡峭。隧址區(qū)地貌單元屬黃土殘塬區(qū)，洞口以上溝壁部分為第四系中更新統(tǒng)離石黃土。

圖2 南嶺塬隧道右線洞口段地質(zhì)縱斷面圖

2.2 施工方案比選

對于淺埋偏壓隧道，目前國內(nèi)外多采用加固處理偏壓邊坡再進行洞門施工，常見措施有：削坡、回填反壓、地表注漿、設(shè)置抗滑樁、預應(yīng)力錨桿和混凝土擋墻等。各種方案之間經(jīng)濟效益差別顯著。

削坡和回填反壓是通過調(diào)整隧道兩側(cè)土體壓力來降低邊坡偏壓對隧道穩(wěn)定性的影響。削坡的治理效果與開挖范圍密切相關(guān)。如果處治范圍小，無法起到很好的治理效果，范圍大則經(jīng)濟性降低且對周邊環(huán)境的破壞較大。當偏壓程度不大時，采用回填反壓，該方案通常與施作明洞共同使用。

當隧道淺埋且地層非常松散破碎，時常采用地表注漿，該方法是通過提高土體參數(shù)來提高圍巖自穩(wěn)能力。但是，注漿量估算和控制比較難以把握。

設(shè)置支擋措施，包括混凝土擋墻、預應(yīng)力錨桿和抗滑樁等，有時相互結(jié)合采用。支擋措施的主要作用：抵擋仰坡下滑、削弱山體偏壓力和增強端墻穩(wěn)定性。

山嶺隧道洞口淺埋段施工常采用暗挖法或明挖法進行施工。暗挖法需要有足夠的上覆巖土體，且能夠形成承載拱，該工程不適合采用。明挖法因為要開挖坡體，對植被環(huán)境破壞較大，故也不采用。

同明挖法相比，蓋挖法減少了開挖深度和寬度，故南嶺塬隧道洞口段采用蓋挖法結(jié)合耳墻的支護方案，既達到了對周邊環(huán)境最小限度的干擾，同時又解決了偏壓的難題。

3 設(shè)計與施工方法

根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》[7]中對隧道拱肩厚度的覆蓋層要求、隧道洞口的地形地貌和邊仰坡的實際情況，明暗洞交界里程樁號確定為K21+471，蓋挖拱起點樁號為K21+471。

3.1 洞口截排水施工

邊仰坡施工前應(yīng)先沿開挖邊緣線5～10 m開挖并施作洞頂截水天溝，待進洞后及時施作洞門和兩側(cè)排水溝，與洞頂截水溝相連形成完整的排水系統(tǒng)。

3.2 邊、仰坡開挖防護

按設(shè)計要求從上至下開挖邊仰坡，并及時按設(shè)計要求進行邊仰坡的防護。邊仰坡采用噴錨網(wǎng)防護+窗孔式護面墻防護+植生防護，以防雨水滲入而坍塌。開挖高側(cè)臨時邊坡采用錨、網(wǎng)、噴防護。鋼筋網(wǎng)間距15×15 cm，C25噴混凝土厚度 10 cm，Φ22 mm水泥砂漿錨桿間距1 m×1 m，呈梅花型布置，一級邊坡錨桿長3 m，二級邊坡錨桿長8 m。端頭與鋼筋網(wǎng)焊接，以增強坡面防護的整體穩(wěn)定性。

3.3 明洞段施工

明洞采用明挖法施工，采用挖掘機分段、分層開挖，拱上部采用放坡開挖，拱下垂直邊坡開挖，必要時輔以破碎錘開挖，人工配合挖掘機刷邊（仰）坡。

3.4 蓋挖段施工

蓋挖段施工順序為：套拱、耳墻和蓋拱、大管棚施工。

圖3 蓋挖段起點K21+471立面圖

a）蓋拱施工 拱部120°范圍采用C30鋼筋混凝土護拱，厚80 cm，內(nèi)設(shè)9榀I20a型鋼，鋼架緊貼仰坡放置，間距60 cm?？可襟w一側(cè)采用Φ42 mm錨管，管長5 m，以增強護拱體系的穩(wěn)定性和安全性。另一側(cè)偏壓耳墻采用C30現(xiàn)澆混凝土，與蓋挖護拱整體澆筑。護拱鋼筋設(shè)計，耳墻設(shè)計見圖4。

圖4 支護結(jié)構(gòu)配筋圖

b）回填 當蓋挖段混凝土套拱達到設(shè)計強度95%后，洞頂回填碎石土?；靥钏槭翍?yīng)分層夯實，回填高度可根據(jù)實際地形作適當調(diào)整，其上設(shè)置50 cm厚黏土隔水層，其坡度施工時根據(jù)實際地形進行調(diào)整，黏土層表面鋪設(shè)網(wǎng)格植草。

c）大管棚施工 采用Φ108 mm，壁厚6 mm熱軋無縫鋼管進行超前支護。環(huán)向間距40 cm，外插角1°。施作管棚前，先行施作2 m的套拱，安裝導向管用于管棚精準定位和導向。注漿采用“單”“雙”號注漿。

d）洞身開挖支護 蓋挖段采用CD（中隔壁）法分部、分塊施工，盡量采用人工或機械開挖。將隧道分成左右兩部分，每部分又分為上、中、下3個臺階，每步開挖后，應(yīng)及時施作錨噴支護、安設(shè)鋼架、施作中隔壁。中隔壁墻依次分部聯(lián)結(jié)而成。待該側(cè)初期支護完成，且強度達到設(shè)計強度的70%后，再分層開挖隧道的另一側(cè)。最后，拆除支護，施作仰拱及填充、再施作拱墻襯砌。

3.5 暗洞段施工

該隧道洞口為V級圍巖黃土地質(zhì)段，按設(shè)計采用預留核心土法施工。具體施工工序為：拱部超前小導管注漿預支護→拱部環(huán)形開挖→上半斷面初期支護→核心土開挖→下半斷面開挖→下半斷面初期支護→澆筑仰拱封底。

4 結(jié)語

本文依托南嶺塬隧道工程，通過分析其洞口段地形地貌及地質(zhì)情況，對常用的隧道進洞方案進行了比選，探討了耳墻蓋挖法對該工程的適用性，并論述了該方案在南嶺塬隧道的具體設(shè)計和施工應(yīng)用情況，分析結(jié)果表明：

a）蓋挖法可減少開挖面，耳墻可有效提高偏壓側(cè)邊坡的穩(wěn)定性，解決偏壓問題，兩者結(jié)合，既達到了對周邊環(huán)境最小限度的干擾，同時又解決了淺埋偏壓的工程難題。

b）耳墻蓋挖法可有效避免邊仰坡失穩(wěn)，減少永久占地，很好地體現(xiàn)了綠色環(huán)保理念，尤其在黃土地區(qū)綠色植被覆蓋率本就不高的條件下，該方案兼具景觀生態(tài)和工程防護的優(yōu)點，在黃土地區(qū)隧道建設(shè)中具有很好的應(yīng)用前景。