隧道洞口設計原則探討——施工便道引入對隧道洞口設計的影響

趙柏文

(中鐵二院貴陽設計研究院有限責任公司，貴州貴陽 550002)

0 引言

近年來，我國西南地區(qū)的幾個鐵路項目陸續(xù)開工建設，現(xiàn)場施工過程中發(fā)現(xiàn)有些隧道洞口設計文件與實際施工的結合做得不夠好，設計要求避免大刷大挖［1－4］，但結合施工實際往往很難做到，現(xiàn)場施工實際與設計意圖不符，給施工及運營安全埋下隱患。經(jīng)查閱相關資料發(fā)現(xiàn)目前針對洞口設計方面的研究關注比較多的是特殊地形［5－6］、地質條件下［7］的進洞方案以及洞口景觀、新型洞門形式［8］等，關于施工對隧道洞口設計的影響少有涉及，本文引用幾個洞口設計與施工實際的對比案例，分析隧道設計與隧道施工條件結合對隧道施工及運營安全的影響，以渝黔線羊角一號隧道洞口設計為例，提出結合洞口便道引入優(yōu)化洞口設計的思路，將結合施工條件確定洞口設計作為一條原則貫徹到隧道洞口設計過程中，特別是洞口地形陡峻時，設計應為施工便道的引入預留條件，使設計文件與實際施工更好地結合起來。

1 洞口設計現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 洞口設計的現(xiàn)狀

隧道洞口位置應根據(jù)地形、地貌、地質、水文等條件，貫徹“早進晚出，不破壞或少破壞自然地貌和地表植被”的原則，同時結合洞內外相關工程、施工條件及運營要求確定。盡可能采用“無仰坡臨界點”進洞，盡量避免刷坡，減少中心挖深及邊、仰坡高度，減少對洞口坡面的擾動，以不破壞或少破壞原地表為宜，必要時采用預加固措施。

1.2 洞口設計存在的問題

在近幾年的工程實踐中發(fā)現(xiàn)目前在隧道洞口設計方面能夠很好地結合地形、地貌、地質及水文條件，也很好地貫徹了“早進晚出，不破壞或少破壞自然地貌和地表植被，無仰坡臨界點進洞”的設計理念，但在滿足施工條件方面還做得不夠好，在洞口設計時，設計意圖多為不破壞或少破壞洞口原地貌，但是當遇到控制工期的隧道工程，或者部分隧道要求獨頭施工時，需要在陡坡洞口開辟工作面及引入施工便道，由于場地狹窄，施工單位不能完全貫徹洞口避免大刷大挖的意圖，造成了現(xiàn)場施工實際與設計脫節(jié)現(xiàn)象。

2 未結合施工條件的工程案例

2.1 案例1

2.1.1 隧道概況

長洪嶺隧道是新建鐵路重慶至利川線的重點工程，全長13.29 km，隧道主要穿越侏羅系上統(tǒng)遂寧組、中統(tǒng)沙溪廟組泥巖夾砂巖、砂巖，隧道設有橫洞及斜井，共分為5個工區(qū)，其中進口工區(qū)承擔2.4 km的正洞施工。

2.1.2 隧道進口設計情況

該隧道進口原設計為臺階式洞門，洞口處路基面開挖寬度為13.6 m，線路左右兩側設計10 m和8 m高的擋墻，建筑材料為C25混凝土，端墻厚1.5 m，建筑材料為C30鋼筋混凝土，洞口正面設計圖如圖1所示。

圖1 案例1洞口正面設計圖Fig.1 Case 1:tunnel portal designed

2.1.3 隧道進口施工情況

隧道施工開辟進口工區(qū)，從隧道洞口右側引入施工便道，由于洞口場地狹窄，不可避免地需要將原設計文件中洞口右側的擋墻及土體開挖至路基面，設計文件與施工實際存在較大出入，原設計文件中未涉及施工便道引入對洞口工程影響的內容，施工中結合便道引入對洞口的開挖及支擋結構做了變更，變更后施工便道從隧道右側引入，隧道洞口照片如圖2所示。從圖2可以看出，洞口右側沒有了端墻與擋墻共同受力的結構，端墻高度過高，不利于隧道仰坡穩(wěn)定。

圖2 案例1洞口施工后照片F(xiàn)ig.2 Case 1:tunnel portal built

2.2 案例2

2.2.1 隧道概況

貴陽市域鐵路的某隧道全長2.3 km，全隧施工分為進口和橫洞2個工區(qū)，其中，進口工區(qū)承擔1.5 km的隧道施工任務，但隧道進口仰坡陡峻，與橋臺距離較近，洞口段為泥質白云巖，巖性較差。

2.2.2 隧道進口設計情況

隧道進口原設計為柱式洞門，洞口處路基面開挖寬度為13.6 m，端墻厚1.5 m，建筑材料為 C30混凝土，隧道兩側邊坡按穩(wěn)定邊坡率開挖，滿足洞口結構寬度及橋臺設置要求，洞口正面設計圖如圖3所示。

圖3 案例2洞口正面設計圖Fig.3 Case 2:tunnel portal designed

2.2.3 隧道進口施工情況

隧道施工開辟進口工區(qū)，從隧道洞口右側引入施工便道，由于洞口場地狹窄，不可避免地需要將原設計文件中洞口右側的土體開挖至路基面，設計文件與施工實際存在較大出入，原設計文件中未涉及這部分內容，所以結合便道引入對洞口的開挖做了變更。為防止山體出現(xiàn)側滑，在坡腳設置混凝土垛墻，保證坡面穩(wěn)定的措施過于單薄，當遇雨季施工時，很難確保洞口坡體的穩(wěn)定。隧道施工開挖后的隧道洞口照片如圖4所示。

圖4 案例2洞口施工后照片F(xiàn)ig.4 Case 2:tunnel portal built

2.3 案例3

2.3.1 隧道概況

貴陽市域鐵路的某隧道全長2.4 km，全隧施工均由出口工區(qū)承擔，隧道洞口仰坡陡峻，且與橋臺相鄰，地表植被發(fā)育，覆土較厚，洞口段為泥質白云巖，巖性較差。

2.3.2 隧道出口設計情況

隧道進口原設計為擋墻式洞門，洞口處路基面開挖寬度為13.6 m，端墻厚1.8 m，建筑材料為C30混凝土，隧道兩側邊坡設置7 m高的C25混凝土擋土墻，擋墻厚0.8 m，滿足洞口結構寬度及橋臺設置要求，洞口正面設計如圖5所示。

圖5 案例3洞口正面設計圖Fig.5 Case 3:tunnel portal designed

2.3.3 隧道出口施工情況

隧道施工開辟出口工區(qū)，從隧道洞口左側引入施工便道，由于洞口場地狹窄，不可避免地需要將原設計文件中洞口左側的土體開挖至路基面，設計文件與施工實際存在較大出入，原設計文件中未涉及這部分內容，所以結合便道引入對洞口的開挖及支擋結構做了變更，隧道洞口開挖照片如圖6所示，施工實際與設計不符，仰坡開挖高度較大且無預加固措施，坡面經(jīng)多次復噴，局部已出現(xiàn)剝離，如遇連續(xù)陰雨天氣，則無法保證施工安全。

圖6 案例3洞口施工后照片F(xiàn)ig.6 Case 3:tunnel portal built

3 結合施工條件的工程案例

3.1 案例4

3.1.1 隧道概況

羊角一號隧道為渝黔線的重點隧道之一，位于重慶市綦江縣境內，隧道全長5 726 m，為巖溶單面坡隧道，隧道進口以外11 m處為觀音河雙線特大橋，隧道進口段2.7 km的隧道施工任務由進口工區(qū)承擔。洞口段基巖為灰?guī)r，中厚層狀，現(xiàn)狀穩(wěn)定，但隧道仰坡順層，對開挖后仰坡的穩(wěn)定性影響較大。

3.1.2 便道引入設計

隧道進口下方為既有渝黔高速公路，洞口施工場地狹窄，高速公路右側是一條與既有210國道相連的鄉(xiāng)村公路，結合既有道路情況，設計時考慮施工便道從線路左側的既有鄉(xiāng)村公路上引出，在既有高速公路橋下通過高速公路，在隧道洞口附近時以10%的縱坡由隧道左側引入，施工便道平面布置如圖7所示。

圖7 進口施工便道引入示意圖Fig.7 Access road to tunnel portal

3.1.3 洞口設計方案優(yōu)化

由于隧道仰坡順層，且考慮到施工便道引入增加了隧道左側的開挖范圍，為了保證施工安全，擴大了隧道左側隧道仰坡臨時開挖面的預加固范圍，優(yōu)化前后的隧道洞口正面設計圖見圖8。

圖8 優(yōu)化前后進口正面設計圖Fig.8 Original tunnel portal design VS optimized tunnel portal design

3.1.4 隧道洞口優(yōu)化前后比較

優(yōu)化后隧道洞口增大了左側的開挖及防護范圍，更符合隧道的施工實際情況，對隧道左側端墻后土體進行預加固設計，增加了2根預加固樁，隧道進口工區(qū)施工期間，施工便道的開挖與洞口開挖一并考慮支擋結構，更有利于隧道施工期間仰坡的穩(wěn)定，確保了隧道的施工及運營安全。

4 結論與建議

類似本文前3個案例的情況在目前西南山區(qū)隧道洞口設計中經(jīng)常出現(xiàn)，設計時貫徹不破壞或少破壞原始地貌的設計理念，要求不刷方或者少刷方，但隧道施工時由于便道引入不可避免地改變了原始地貌，造成了施工過程中的變更，對于支擋結構的穩(wěn)定、隧道的施工進度、施工中臨時邊仰坡的穩(wěn)定、施工安全等均產(chǎn)生不利影響。

案例4的設計與實際施工更加契合，設計將洞口邊仰坡的開挖及支擋結構與施工便道的開挖及支擋結構結合考慮，加寬洞門端墻擋護及仰坡的預加固范圍，保證了隧道的施工及結構安全。

目前，部分鐵路隧道洞口存在設計理念與現(xiàn)場施工實際脫節(jié)的現(xiàn)象，當洞口地形開闊時施工因素對隧道洞口的設計影響較小，但是在艱險山區(qū)的隧道設計中應該重視施工因素的影響，將結合施工條件確定洞口設計作為一條原則貫徹到設計過程中。如果施工便道引入對洞口結構有影響時，應該在隧道洞口設計時為便道的引入預留條件，當洞口仰坡陡峻且橋隧相連時，也可以在洞口旁側開辟短橫洞、斜井等輔助施工通道，避免橋、隧施工的相互干擾。

另外，施工因素還包括很多方面，本文僅從施工便道引入方面論述了施工對洞口設計的影響，還需要廣大設計者從實踐中歸納總結，從而使隧道洞口設計文件能夠更好地與實際施工相結合，更好地指導施工。

［1］ 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［2］ 高速鐵路隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［3］ TZ 204—2008鐵路隧道工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［4］ TB 10003—2005鐵路隧道設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］ 高珍忠，郭小紅，柯小華，等.傍山公路隧道洞口設計［J］.公路隧道，2010(1):28 －31.

［6］ 金美海，高海偉，李連習.隧道洞口設計探討［J］.施工技術，2006(S1):75 －76.(JIN Meihai，GAO Haiwei，LI Lianxi.Discussion on design of tunnel portal［J］.Construction Technology，2006(S1):75 －76.(in Chinese))

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