橋隧相接隧道洞口淺埋偏壓段施工技術(shù)研究

王薦

【摘?要】淺埋偏壓隧道由于地形與地勢的非對稱性而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不均，表現(xiàn)為地層差異沉降，而地層差異沉降控制不當(dāng)又會威脅隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。本文對橋隧相接隧道洞口淺埋偏壓段施工技術(shù)進行分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】橋隧相接;洞口段;偏壓段研究

引言

隨著我國西南地區(qū)經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也進行的如火如荼。但受西南地區(qū)地形、地質(zhì)條件的約束，時常會出現(xiàn)隧道洞口段埋深較淺且為偏壓的情況。由于我國西南地區(qū)多處于高烈度地震區(qū)，且隧道洞口段抗震能力較差，有必要對具有淺埋偏壓特點的隧道洞口段采取有效的抗震措施。

1工程概況

云茂高速公路某隧道穿過構(gòu)造剝蝕丘陵，為分離式長隧道，洞口小凈距，雙向四車道設(shè)計，設(shè)計速度為100km/h。根據(jù)隧道洞口地形情況，左、右線云浮端隧道洞門均采用端墻式，分離布設(shè)，左線隧道洞口里程為ZK39+534，明暗分界里程為ZK39+540，明洞長6m;右線隧道洞口里程為K39+510，明暗分界里程為K39+516，明洞長6m。左、右線隧道云浮端洞口地段主要為坡殘積粉質(zhì)黏土、全～強風(fēng)化變質(zhì)砂巖組成，巖體破碎，強度低，左、右線洞口段24m及30m范圍內(nèi)采用長管棚超前支護，保證安全進洞。（這段不要了）

2概述

淺埋偏壓隧道結(jié)構(gòu)受力特征影響分析已得到眾多專家學(xué)者的關(guān)注。通過三維數(shù)值模擬對淺埋偏壓條件下施工對圍巖和支護結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的影響規(guī)律進行了研究。基于Hoek-Brown破壞準(zhǔn)則，采用極限分析上限理論，對淺埋偏壓隧道圍巖壓力分布規(guī)律進行了研究分析，得到了隧道上方塌落體的構(gòu)成曲線。依托某高速公路隧道，運用極限平衡原理，推導(dǎo)了臨近路基下淺埋偏壓隧道圍巖壓力解析解。通過ABAQUS軟件對淺埋偏壓條件下隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力變形特征及穩(wěn)定性進行了數(shù)值分析，重點研究了不同覆土厚度條件下隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力特征、裂縫擴展情況及混凝土單元損傷失效程度。借助結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理論建立了梯形荷載作用下的簡支梁模型求解拱頂上覆巖體最小安全厚度。根據(jù)虛功原理推導(dǎo)了淺埋偏壓隧道圍巖壓力的極限上限解析解。

3洞口段問題及處理方案

3.1進口左洞洞口段偏壓、淺埋

該隧道進口左洞采用CD法開挖施工，目前開挖進尺38m，仰拱施作24m，保留了導(dǎo)洞豎撐未拆除。由于該洞口存在一定偏壓且圍巖整體較破碎，隧道初期支護發(fā)生較大變形，洞口超前大管棚施工的護拱拱部及右側(cè)腰部出現(xiàn)縱向裂縫，隧道初期支護及仰坡噴射混凝土出現(xiàn)多處裂紋。洞口段地層巖性為第四系坡殘積粉質(zhì)黏土、元古代云開巖群變質(zhì)砂巖及其風(fēng)化層，由于受F1斷裂影響，巖體總體風(fēng)化強烈，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，較破碎。坡殘積土層、強風(fēng)化巖巖質(zhì)極軟，遇水易軟化崩解。山體受隧道開挖而擾動，且在多次雨水共同作用下發(fā)生變形。

3.2處理方案及效果

（1）在進洞左側(cè)ZK39+538—ZK39+555洞外左側(cè)約10m處，沿山坡等高線設(shè)置長度約17m的鋼筋混凝土偏壓擋墻，擋墻高8m;擋墻基礎(chǔ)采用4根直徑為160cm抗滑樁，抗滑樁沿等高線直線排列，樁距4.5m，樁長10m，擋墻施工完成后，墻內(nèi)回填土石方反壓隧道。擋墻頂部設(shè)置沉降觀測點，定期進行觀測。（2）若對變形侵限段落采用換拱處理，將對整個初支體系及圍巖產(chǎn)生二次擾動，破壞既有支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)，極易產(chǎn)生崩塌、冒頂，引起山體失穩(wěn)，存在極大的安全隱患。具體采取以下處理方式：①在保證鋼拱架保護層厚度的基礎(chǔ)上，采用鑿除鋼拱架表面處的部分噴射混凝土，使得最大侵限處不大于15cm;②調(diào)整隧道內(nèi)輪廓，在原設(shè)計基礎(chǔ)上內(nèi)輪廓半徑縮小5cm，保證侵限部分二襯最小厚度為40cm;③二襯鋼筋直徑由φ22mm調(diào)整為φ28mm，二襯混凝土標(biāo)號由C30調(diào)整為C35;④由于內(nèi)輪廓半徑的縮小，變更段二襯與標(biāo)準(zhǔn)段二襯接縫處會出現(xiàn)5cm的錯臺，需注意順接，避免出現(xiàn)較大錯臺。

4洞口施工

4.1施工測量

（1）開挖洞口之前先要做好測量準(zhǔn)備工作①對洞口地表地質(zhì)情況進行復(fù)核;②在洞口位置進行刷坡線放樣（2）觀測地表沉降，預(yù)埋基準(zhǔn)點首先需要對基準(zhǔn)點進行預(yù)埋，選擇的預(yù)埋地點需要挨近截水溝，而且需要具備較好的斷面通視條件，方便進行測量操作。然后沿著地面在隧道軸線和兩側(cè)各布置4個測點。

4.2隧道出口端洞口工程施工順序

出口端洞口地段通常都會存在嚴(yán)重偏壓，因此洞門通常會采用抗壓性能比較好的端墻式。先進行地基加固處理，洞門地基承載力設(shè)計要求大于380KPA，地基加固預(yù)注漿漿液采用雙液，外圍注漿管加密先注漿以形成帷幕。耳墻地基承載力設(shè)計要求大于300KPA，對明洞基礎(chǔ)和耳墻基礎(chǔ)進行開挖并換填，耳墻基礎(chǔ)施工是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，耳墻施工必須能夠滿足設(shè)計的承載力，完成施工后還需要將10%的水泥土回填到耳墻和地表之間的空隙，然后才能進行下一步施工。

4.3出口端左側(cè)耳墻施工

先對左線明洞基礎(chǔ)進行開挖，并換填M7.5漿砌片石作為明洞與耳墻的基礎(chǔ)以達到設(shè)計承載力，再對耳墻進行施工，由于耳墻澆筑受地形、施工環(huán)境等條件制約，耳墻澆筑現(xiàn)場采用分階段進行施工，立模板3次成型，澆筑時考慮了二襯搭接時的鋼筋。待耳墻砼全部澆注完畢再進行回填，回填高度為設(shè)計洞頂回填線。回填處理，回填前清除表面的植被、腐植土，并在山體表面開挖臺階，填料采用穩(wěn)定性好的碎石土，水泥摻量10%，施工時分層碾壓，壓實度應(yīng)達到97%，并采用保濕養(yǎng)生，不使水泥土表層干燥，水泥土的7天浸水抗壓強度應(yīng)大于3.5MPa;待洞口回填壓實完成之后，再施作Φ22砂漿錨桿，錨桿端部與襯砌外邊緣的距離至少為30cm，錨桿長度根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在施工中應(yīng)根據(jù)錨桿打設(shè)的位置來選取錨桿的長度，間距150×150cm，按梅花型布置。

結(jié)束語

根據(jù)疊加原理推導(dǎo)了淺埋偏壓隧道施工誘發(fā)的地層沉降計算公式，該公式考慮真實淺埋偏壓隧道的坡面情況，并與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)進行了對比分析，計算結(jié)果和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的誤差在隧道施工可接受范圍之內(nèi)，說明所提計算方法的準(zhǔn)確性和合理性。該計算方法簡單、方便，所需參數(shù)較少。

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（作者單位：北京遠(yuǎn)達國際工程管理咨詢有限公司）