淺埋偏壓小凈距高速公路隧道施工難點及處理措施

鄔永飛

（中交一公局第六工程有限公司，天津300450）

1 引言

為適應當前經濟、節能環保的公路隧道施工觀念，淺埋偏壓小凈距隧道逐漸普及。此類項目存在洞體結構受力不均勻、穩定性較差以及施工面偏小等問題，因此易出現位移、沉陷等情況，導致相關方產生經濟損失，甚至有人員傷亡。

2 工程概況及現場環境

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，施工現場位于湖南省婁底市毛田鎮。隧道的開挖寬度超過16 m，凈寬為11.65 m。初期支護材料為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，臺階部分采取拱部環形結構，留出核心巖，中臺以及下臺部分采用側面開挖的方式。施工環節包括從最初的超前支護，到最后的兩側開挖支護等多個步驟，左線隧道長度達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重，且左線一側覆蓋層的最小值不足100 m，另一側則僅為24 m。右線一側拱部的最小厚度不足2 m，另一側則為10 m。2條隧道的暗洞洞口采取縱向錯開的布置方式，二者之間的距離超過40 m，橫向最小間距不足9 m。現場的巖石結構主要泥質板巖，各層圍巖的風化程度不一致。

根據現場調查情況，隧道洞口地形對施工質量影響較大，該項目的洞口處于深溝中，附近有林場覆蓋，兩側的山體相對偏高。同時，現場的安全防范難度偏高，洞口地貌形態較為傾斜，且兩側的高度差較大。本項目在冬季開工，室外溫度偏低，增加了項目現場作業的風險。再加上洞口兩側的覆蓋層厚度及土質有差異，左側巖層呈塊狀，一旦開挖，巖層脫落的概率極大。另外，工期較緊，隧道本身存在偏壓段，會影響施工進度。

3 高速公路隧道施工難點

3.1 地形因素

施工現場在深溝內，四面均為林木，兩側山體高度不一致，右高左低。再加上施工方案的標高位置處于懸空狀態，與溝底之間的間距超過4.5 m。同時，隧道洞口與附近村莊農作物距離較近，與附近原有的道路相距2.5 km。現場的地形情況不利于場地布置及材料供給，同時，此種地形大幅提高了施工作業的安全風險，還易破壞周邊的生態環境。

3.2 安全管控

施工現場呈傾斜狀態，左右兩側高度差較大。左線明洞長27 m，右側邊坡為24 m，而右線明洞長度僅為15 m，側邊邊坡高度則為18 m。再加上屬于冬季持續性的雨夾雪施工環境，安全風險管控的難度加大。另外，暗洞處的施工難度偏高，左側的覆蓋層厚度不足，上部土質結構中還包含經過強風化的巖石，整體呈塊狀，向明洞傾斜，在施工時該土質結構可能會發生脫落。在左線暗洞的左側覆蓋層不足100 m，右線的厚度不足2 m，差距極大。隧道采取拱頂設計，其沉降控制值為4.5 cm，對應的地表沉降值為3 cm。此種結構極易出現塌方，其安全管控難度較大。

3.3 工期緊張

該工程項目運行期間，受當地的征地拆遷制約，在中標后的8個多月才完成全部的遷移及征地環節，而且此時的便道拆遷問題未能解決，因此，施工過程中僅能借助附近村落的道路進行材料運輸。而該工程正式開工在冬季，是湖南省持續的雨夾雪季節，施工組織與進度控制難度較大。另外，此項目的偏壓處理屬于施工難點，需要在次年的11月完工，由此才能保證其他環節的有效開展。對于公路隧道工程而言，工期極為緊張。

4 高速公路施工難點處理措施

對于此項高速公路隧道施工項目而言，偏壓問題是最為關鍵的施工難點，需要合理調整淺埋偏壓小凈距段的開展方案，保證施工現場作業的安全性，避免出現偏壓，提高施工效率，確保在工期內完成相應的施工任務。

4.1 相關人員方面

由于該項目組織難度較大，采用的工人大多為民工，之前從未接觸過同類型的項目，因而導致其不具備應有的安全意識。除工人外，合作的設計方及監理、業主以及技術人員接觸過類似工程的經驗較少。為解決此方面的問題，組織專家及該項目的相關方召開專題會，主要討論項目的設計及施工方案。借此，促使相關方對工程方案有更為全面的認識，并綜合考量洞口處的偏壓問題，以及拱部左側的覆蓋層厚度嚴重不足、現場地質不穩等現狀，提出合理的解決方案。具體而言，左線明洞的左側加設27 m的擋墻，并在暗洞左側1 m的范圍內增加混凝土，右線明洞左側增加長度為15 m的擋墻[1]。經過改良的施工方案更符合此工程現場的情況。確定設計及施工方案后，落實技術交底，確保一線施工人員掌握具體的施工重難點。

4.2 開挖高度及錨噴支護

該工程的明洞邊坡坡度較大，且屬于冬季雨夾雪季節施工，未能做好錨噴封閉，因此，安全風險系數較高。對此，施工現場管理者及施工作業人員經過細致分析后，制訂了針對性的施工方案。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，由此實現分層修坡及錨噴支護。另外，為確保錨桿發揮出基本的作用，使用錨固劑錨桿代替最初設計的砂漿錨桿，且錨桿與巖層表面呈垂直關系。

4.3 隧道進洞的安全保護

為保證施工過程的安全性，確保人員進洞安全。在暗洞正式施工前，邀請專家、設計人員、監理人員及施工單位等工程相關方的工作人員進行實地查看。對于坡口處頂部位置的巖石過于破碎，且存在嚴重的偏壓情況，在右線隧道的暗洞位置加設雙層的超前注漿小導管，安裝在洞口拱頂110°以及35°的位置，外設2榀I22a工鋼套拱，其和小導管之間采取焊接的方式連接。而左線在左側套拱以下4.75 m位置增設擋墻，暗洞左側的13 m范圍內進行反壓回填混凝土處理。由于洞口周圍的巖體過于破碎，在人員進洞施工前，便在110°的位置安裝小導管，注漿的壓力應在約0.75 MPa。右線的左側淺埋段需加設砂漿錨桿，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），經過進一步分析，在分塊開挖的中部加設臨時支撐，極易被損壞，導致材料彎曲或發生位移，造成相應的支護移動，整體結構不穩定。對此，將原本的4塊開挖調整至三臺階施工，拱部核心巖位置開挖110°的巖體，由此至起拱線位置采取兩側開挖的方式，在下臺階區域采取左右兩側分塊開挖的方式。經過現場查看，針對隧道偏壓問題，研究小組為避免出現水平位移，在隧道的中線區域，以5 m為間距，布設監測點，并在左右兩側的墻體上，以2.5 m的間距布置監測點，繼而掌握圍巖的位移情況，實現全過程監測，保障施工安全。

4.4 凈距過短的解決方式

該工程左右線的邊線凈距過短，屬于偏壓小凈距隧道，施工安全風險較大。從安全層面考量，2條線的縱向錯開距離需超過50 m。此外，左線洞口位置的偏壓情況更為嚴重，施工量偏大。對此，調整作業組織，由右線暗挖上臺階先破口進洞，左線的暗挖則于右線進洞50 m后再開始進洞施工。

4.5 右線沉降速率高問題

經過現場監測，該隧道的右線拱部地表和拱頂的沉降問題明顯，其中，前者的沉降速度在0.3 cm/d，后者為0.25 cm/d。經過現場勘查，洞口拱部的地層中含有雜物，如樹根、泥土，且樹根已經伸到開挖斷面內。為保證隧道整體結構的穩定性，需進行加固處理。具體而言，在拱部初期的支護表面加設小導管，且環向距離為1.2 m，縱向則每隔一榀鋼架設有一環。相關負責人將具體的施工方案移交至監理方審批，完成技術交底后，進行現場檢查[2]。

5 高速公路施工項目建設實例效果討論

5.1 效果檢查

根據本文討論公路項目的建設難點分析，施工難度極大，且風險高，經過專家論證以及施工小組討論，確定前期設計及施工方案。基于監控量測的數字化建設觀念，不斷探索新的管理及應對舉措，總結經驗，有效處理隧道工程的建設難點，保障工程的建設安全性及質量。實際優化成效體現在以下方面：

1）在公路隧道明洞的高邊坡一側，改變設計標準的錨桿角度，并額外添加錨固劑，使高邊坡的穩定性得到保障。

2）左線隧道的左側，運用具有抗偏壓性能的擋墻，以及長度達到13 m的反壓回填混凝土。借此有效解決隧道兩側高度差過大的問題，繼而縮小土層的位移距離，滿足施工標準。

3）針對隧道右線的病害，在隧道出現坡口前，使用雙層注漿的導管，其口部配置工鋼套拱，彌補覆蓋層過薄的問題，達到加固隧道的效果。同時在隧道左線增加規格為6 m的套拱和導管等輔助性用具，在左線的左側進行混凝土回填，以處理因為地質條件導致進洞困難的問題。

4）洞口區域使用三臺階開挖方式，克服原本設計方案中CRD工法施工的不足，提高現場的安全性，并節省部分材料。

5）基于監控數據顯示，在隧道洞口區域存在破碎問題的拱部，關注水泥漿，加強原本結構的強度，較小沉降的幅度，使其處于工程安全可接受的范圍內。在偏壓段開挖處理中，存在偏壓問題的一側添加長5 m的φ22 mm錨桿。經過實地檢測，得出開挖處理的水平方向下收斂效果，實地效果最明顯的位置也達到10 mm。根據現場執行的防范舉措，在地表、洞頂以及側墻3個區域的位移均不超過5 mm，滿足預期此處理標準。

6）針對開挖凈距不足的問題，選擇錯開施工，隧道縱向的錯開間距設置為50 m。下邊墻體施工期間，會使中部作業超前，以構建出臨空面，確實避免對巖體的傷害。經過一系列的處理，有效處理隧道特殊的地理環境。不僅達到預期的建設效果，還為今后應對此類型工程積累實踐經驗。

5.2 施工成果

首先，經濟方面。通過有效落實上述應對舉措，縮短工程的建設時長，在右線的偏壓段施工中，提前兩個多月完成開挖處理，而左線也提前3 d。本項目使用三臺階的開挖作業方式，與原計劃相比，節省鋼材300 kN（30 t），在此方面的造價合理縮減10萬元以上。其次，技術層面。經過專家聯合研討，有效解決該項目因特殊地理條件而帶來的施工難題，處理好兩側高度差超過20 m的問題。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，上述指標都是現場測量的最大值，均在設計限值之內。最后，社會效益。一方面，未因為交通建設破壞珍貴的遺產文物保護區自然景觀。并且即使現場存在嚴重的地層不利條件，也能避免發生滑坡及其他質量缺陷。另一方面，偏壓段實現有序建設，兼顧工期、安全以及質量。

6 結語

該公路隧道項目為抑制現場條件造成的不良影響，增設套拱、小導管、擋墻等，以免出現破口。此外，借助三臺階開挖方式，并配以全面的工程監管，切實解決隧道洞口的開挖過程中不良條件。