淺埋偏壓隧道進洞防護優(yōu)化及加固措施研究

摘要：針對淺埋偏壓段隧道進洞存在偏壓、巖體破碎及支護結構不穩(wěn)定等問題，依托鄭家崗二號隧道為工程背景，對原設計方案進行優(yōu)化設計，并提出加固方案。完成施工后制定了監(jiān)測方案，根據(jù)監(jiān)測結果分析地表和圍巖的沉降和收斂及速率。研究結果表明：優(yōu)化設計方案將倒切式洞門改為單壓式洞門，加固樁左側增設5根、右側增設3根，樁截面為2m×3m，左側樁基長度為24～30m，右側均為40m，可有效改善降低地表、圍巖的沉降和收斂。地表A1、A2監(jiān)測點最大累計沉降分別為12mm、13.9mm，相比于原設計方案沉降和收斂降低了73.8%、69.7%，而最大沉降速率分別為2.01mm/d、1.95mm/d；拱頂C監(jiān)測點最大累計沉降和收斂分別為27.5mm、22.5mm，降低了78.1%和73.5%，最大沉降和收斂的速率為5.63mm/d和3.67mm/d；兩側拱腰B1、B2監(jiān)測點最大沉降和收斂分別為9.26mm、8.07mm和7.26mm、6.38mm，沉降和收斂速率均在1.0～1.5mm/d之間。

關鍵詞：偏壓隧道；淺埋段洞口；防護優(yōu)化；加固措施

0" "引言

在隧道工程領域，淺埋偏壓段隧道的進口區(qū)域常常面臨地形復雜性所帶來的挑戰(zhàn)。這些區(qū)域的地表特征表現(xiàn)為顯著的起伏和陡峭的坡面，這些自然條件在隧道開挖過程中極易引發(fā)一系列工程問題，如地表沉降、洞口坍塌以及結構開裂等[1-3]。這些問題不僅對施工過程的順利進行構成威脅，也嚴重影響了工程的施工質(zhì)量和安全性。

在隧道進口洞門設計選擇上，進口洞門類型普遍采用端墻式和削竹式。然而在地質(zhì)條件復雜、地表起伏顯著、坡面陡峭且存在偏壓的地區(qū)，尤其是可能發(fā)生大規(guī)模塌方或滑坡災害的地段，傳統(tǒng)的削竹式洞門不再適用。

在淺埋偏壓段隧道洞門設計的現(xiàn)有研究中，代樹林等[4]針對偏壓隧道地表沉降問題，提出了一系列優(yōu)化設計方案，旨在提升隧道施工的安全性。周克實[5]根據(jù)淺埋偏壓洞口段的地形特征，提出了具體的開挖施工方法、超前支護技術以及加固措施。王年近[6]從削坡隧道洞口偏壓地質(zhì)條件和特征出發(fā)，對圍巖結構受力進行了深入分析，并據(jù)此提出了針對淺埋段進洞口的優(yōu)化設計方案。

本文對淺埋偏壓洞口段的原有設計方案進行優(yōu)化，提出了針對洞口段的施工優(yōu)化設計方案，以及洞門兩側的加固措施，旨在通過這些措施提高隧道的穩(wěn)定性。同時，制定了詳盡的沉降和收斂監(jiān)測方案，通過對地表、拱頂以及兩側拱腰的穩(wěn)定性進行綜合分析，以確保隧道施工的質(zhì)量和安全。通過這些綜合的優(yōu)化和措施，可為淺埋偏壓段隧道的設計與施工提供更為科學、合理的指導，從而有效降低工程風險，提高工程質(zhì)量。

1" "工程概況

本文以西十高鐵湖北段的鄭家崗二號隧道為工程背景。該隧道起訖里程DK252+587～DK253+008，全長421m，最大埋深104m，其中Ⅳ級圍巖295延米，Ⅴ級圍巖80延米，進出口明洞工程46延米。淺埋偏壓段洞門進口的地表地形起伏較大，邊坡陡峭，土體沖溝發(fā)育，偏壓嚴重。該項目堅持“短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測”的原則，采用三臺階工法、機械濕噴工藝、多功能襯砌臺車工裝設備，嚴格控制施工步距，有效確保了施工安全。

鄭家崗二號隧道緊鄰濕地公園，對環(huán)保要求極高。在確保隧道施工安全質(zhì)量的同時，項目部通過優(yōu)化施工方案，減少山體開挖及林地占用面積，對施工排水進行嚴格沉淀和凈化處理，全力保護生態(tài)環(huán)境

2" "原設計方案

2.1" "原設計情況

鄭家崗二號西安端洞口里程為DK252+587，采用倒切式洞門，洞門長13m，洞門內(nèi)高9.08m，洞門壁厚0.7cm。洞門整段采用鋼筋混凝土整體施作，洞門底部設置溝槽頂面和內(nèi)軌頂面。

端墻起始里程定于DK252+600，明暗分界里程定于DK252+607，銜接處的變形縫寬為2cm，接長明洞共7m，端墻起始和明暗分界里程之間設置排水溝和黏土隔水層，層厚50cm，并在邊坡處打入多組錨桿，以起到加固邊坡、提高穩(wěn)定性的作用。

2.2" "原設計問題分析

鄭家崗二號隧道進口洞門類型采用倒切式，從DK252+596往大里程掘進施工中，通過對上臺階監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的采集和分析，發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場存在嚴重的沉降及水平收斂?，F(xiàn)場立即停止掘進封閉掌子面，對洞內(nèi)初支及地表情況進行調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)DK252+598處出現(xiàn)縱向裂紋，縱向裂紋長度為2m，寬度約3mm。地表上方DK252+620左側出現(xiàn)橫向裂紋，裂紋長度3m，寬度為10mm，累計沉降為45.8mm。

3" "洞口段防護優(yōu)化

3.1" "優(yōu)化目的

因洞口右側實際地形較原設計有所差異，邊仰坡開挖范圍大，對生態(tài)環(huán)境和山體破壞大，后期恢復困難，且坡面過高存在安全風險。為減少邊坡開挖范圍及對生態(tài)環(huán)境和山體的影響，對DK252+596～+607段采用“外側明做、內(nèi)側暗挖”的施工方法。為保證淺埋偏壓段暗洞施工安全，在隧道洞口段增設加固樁。

3.2" "優(yōu)化方案

將洞門型式由倒切式改為單壓式，DK252+587～+596段采用明挖法施作洞門結構，靠近洞口上部設置1：1.25的邊坡和厚50cm黏土隔水層。

DK252+596～+607段采用“外側明做、內(nèi)側暗挖”的施工方法，先施作外側大邊墻，并在外側拱部設C35鋼格柵混凝土護拱，然后進行洞頂回填，夯實土體。內(nèi)側拱部設超前支護（采用φ42超前小導管，長4.0m，環(huán)向間距40cm）再進行暗挖處理。

施工支護采用錨、噴、網(wǎng)結合，并設1榀/0.5m的型鋼鋼架，提高邊坡穩(wěn)定性。此外，在隧道洞口段左右兩側增設加固樁并接長明洞進行防護。

4" "采用新方案后穩(wěn)定性分析

4.1" "施工新方案

對鄭家崗二號隧道分別開展進口截水溝施工、邊仰施工、DK252+596～+607段套拱及管噴施工、DK252+607～+630段加固樁施工、DK252+596～+607段明洞施工等工序。為確保進洞施工安全，經(jīng)過研究決定，在洞口DK252+607～+630段左側增加5根加固樁，右側增加3根加固樁，截面為2m×3m，左側樁基長度為24～30m，右側均為40m。

4.2" "監(jiān)測方案

淺埋偏壓洞口段優(yōu)化設計方案和加固施工完成后，立即在DK251+610的地表、拱頂、兩側拱腰設置監(jiān)測點，開展為期28d的監(jiān)測試驗。地表監(jiān)測點分別設為A1、A2點，拱腰兩側監(jiān)測點設置為B1、B2點，拱頂監(jiān)測點設置為C點，并對優(yōu)化設計和加固工況下各監(jiān)測點的沉降和收斂進行分析。

4.3" "穩(wěn)定性分析

4.3.1" "地表監(jiān)測結果

圖1為優(yōu)化設計和加固下地表沉降監(jiān)測變化曲線。由圖1可知，地表累計沉降隨著時間增長呈現(xiàn)先緩慢再迅速后平穩(wěn)增加的變化趨勢；而地表累計沉降速率大致為先迅速增加再逐漸減小至平穩(wěn)的變化趨勢。

監(jiān)測時間28d完成后，地表A1、A2監(jiān)測點累計沉降最大值分別為12mm、13.9mm，相比于原設計方案，優(yōu)化設計和加固后地表沉降降低了73.8%和69.7%；同理，A1、A2監(jiān)測點在第7d的地表沉降量最大值分別為1.95mm和2.01mm，單日最大沉降速率達到2.01mm/d、1.95mm/d；A1監(jiān)測點主要沉降量發(fā)生在11d前，比A2監(jiān)測點提前3d，分別占比總沉降量的92.5%和93.9%；監(jiān)測15d后，兩個地表監(jiān)測點的沉降速率大致在-0.1137～0.0716mm/d之間，沉降量在可控范圍之內(nèi)。

研究結果表明：優(yōu)化設計和加固后淺埋偏壓隧道洞口段的地表沉降有顯著降低，地表沉降得到了有效控制。

4.3.2" "拱頂監(jiān)測結果

圖2為優(yōu)化設計和加固下拱頂沉降和收斂及速率變化曲線。由圖2可知，拱頂沉降和收斂隨時間增長呈現(xiàn)先迅速增加后平穩(wěn)的變化趨勢；而拱頂沉降和收斂速率同地表沉降速率有相同變化趨勢。

監(jiān)測時間28d內(nèi)，拱頂C監(jiān)測點累計沉降和收斂的最大值分別為27.5mm、22.5mm。由于偏壓的作用，拱頂收斂向左偏移，相較于原設計方案，優(yōu)化設計和加固后分別降低了78.1%和73.5%；拱頂沉降速率的最大值為5.63mm/d，發(fā)生在第3d，而最大收斂速率為3.67mm/d，發(fā)生在第7d，相較于地表最大沉降量的時間提前4d，拱頂沉降先于地表發(fā)生，地表沉降具有延遲性。

研究結果表明：經(jīng)過優(yōu)化設計和加固后，拱頂累計沉降相較于原設計方案均有明顯減小趨勢，增強了支護結構的承載能力。

4.3.3" "左右拱腰監(jiān)測結果

圖3為優(yōu)化設計和加固下拱腰沉降和收斂及速率變化曲線。由圖3可知，拱腰沉降和收斂均隨時間增長呈現(xiàn)先迅速增加后平穩(wěn)的變化趨勢。左、右拱腰的B1、B2監(jiān)測點累計沉降最大值分別為9.26mm、8.07mm，左、右拱腰累計收斂最大值為7.26mm、6.38mm；左拱腰沉降和收斂整體小于右拱腰，拱腰兩側產(chǎn)生不均勻沉降和收斂。分析認為，由于洞口段坡面陡峭、地形起伏較大，存在嚴重偏壓，導致圍巖受力不均勻。

對左、右拱腰進行沉降和收斂速率監(jiān)測，兩側拱腰的最大沉降速率分別發(fā)生在第5d和第6d，其速率為1.42mm/d和1.66mm/d；兩側拱腰的最大收斂速率分別為0.98mm/d和0.95mm/d，分別發(fā)生在第6d和第7d。根據(jù)最大沉降和收斂的速率及時刻，若超過監(jiān)控預測的安全預警值，需要停止隧道施工，及時采取加固措施，待沉降和收斂速率降低后，則繼續(xù)施工。

研究結果表明：淺埋偏壓段隧道洞口通過優(yōu)化設計方案和增設加固樁的方式，有效減小了其沉降和收斂。

5" "結束語

本文針對淺埋偏壓段隧道進洞存在偏壓、巖體破碎及支護結構不穩(wěn)定等問題，依托鄭家崗二號隧道為工程背景，對原設計方案進行優(yōu)化設計，提出加固方案，并制定了監(jiān)測方案。

對淺埋偏壓段隧道洞門采用倒切式，將洞門類型更改為單壓式，并提出具體優(yōu)化設計方案。DK252+587～+596段采用明挖法施作洞門結構，DK252+596～+607段采用“外側明做，內(nèi)側暗挖”施工方法，在并外側施作大邊墻，拱部設C35鋼格柵混凝土護拱，內(nèi)側拱部施作φ42超前小導管，環(huán)向間距40cm的超前支護，最后錨、噴、網(wǎng)結合加固邊坡土體。

在優(yōu)化設計方案基礎上，提出加固措施。DK252+607～+630段左側增加5根加固樁，右側增加3根加固樁，并制定了詳細監(jiān)測方案，將地表、拱頂、兩側拱腰作為重點監(jiān)測對象，為后續(xù)穩(wěn)定性分析提供支持。

地表A1、A2監(jiān)測點的累計最大沉降分別為12mm、13.9mm，相較于原設計方案降低了73.8%和69.7%；拱頂C監(jiān)測點的累計最大沉降和收斂分別為27.5mm、22.5mm，降低了78.1%和73.5%；兩側拱腰B1、B2監(jiān)測點的累計沉降和收斂分別為9.26mm、8.07mm和7.26mm、6.38mm。

洞門采用優(yōu)化設計和加固措施后，淺埋偏壓段隧道洞門段各監(jiān)測點的沉降和收斂均有所降低，有效改善了偏壓帶來的不均勻沉降，提高了隧道施工安全和穩(wěn)定性。

參考文獻

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