削坡影響的淺埋偏壓隧道洞口安全性優(yōu)化設計研究

王年近 張洋溢 王曉勇

（中電建路橋集團有限公司， 北京 100160）

0 引言

隨著城市公路建設規(guī)模的不斷擴大，建設過程中遇到穿越山體、大斷面等情況更為普遍。由于山區(qū)地形、地質(zhì)條件復雜多變，橋隧相連等原因，工程實際施工過程中出現(xiàn)了較多的隧道洞口設計邊坡被切削，造成隧道仰坡坡腳出現(xiàn)豎向臨空面的情況。隧道洞口設計邊坡的切削加劇破壞了山體的原有受力平衡，形成淺埋偏壓隧道施工條件，增加了隧道洞口施工風險，使得這些洞口往往成為設計和施工中的控制難點。

代樹林、左天宇、侯晶石等[1]對地形偏壓隧道地表處理措施開展研究，得到隧道偏壓優(yōu)化處理方案；張永利，李冬生[2]對削坡后洞口圍巖受力方式開展數(shù)值模擬，分析了山體削坡后對隧道穩(wěn)定性的影響。

本文以杭州蕭山區(qū)博奧路山嶺隧道施工項目為研究對象，對該削坡淺埋隧道洞口施工安全性施工方法進行優(yōu)化設計，并進行實際工程驗證，為以后類似工程的設計提供了參考

1 工程概況

本項目位于杭州市蕭山區(qū)博奧路段的山嶺隧道隧道施工段，主線隧道為雙向六車道，采用分離式獨立雙洞形式穿越西山，主線隧道左線北起里程樁號ZK2+009.00, 南至里程樁號ZK2+580.00 的山嶺隧道段，長度571m。主線隧道右線北起里程樁號YK1+928.00,南至里程樁號YK2+580的山嶺隧道段，長度652m。慢行系統(tǒng)隧道北起里程樁號K0+140,南至里程樁號K0+800,全長660m。

由于本隧道地處城市交通重點密集區(qū)域，需要對隧道上部坡體進行切削施工，本項目主線隧道進洞口段地面橫坡較為陡峻，邊仰坡開挖工程量較大，洞口處為淺埋偏壓以及開挖位置較深且隧道圍巖以砂巖為主，節(jié)理裂隙較發(fā)育且破碎，圍巖級別為Ⅴ級為主，圍巖自穩(wěn)性較差，給施工造成了較大的施工安全質(zhì)量風險隱患。

由于隧道上部削坡施工處理，造成隧道施工難點在于洞口左偏壓且屬于淺埋段，如果開挖掘進工藝不當極易導致因圍巖變形過大甚至山體滑坡，進而影響施工質(zhì)量安全且延誤施工工期。

圖1 隧道洞洞口斷面

2 削坡影響下隧道洞口安全性優(yōu)化設計

綜合考慮各方面因素，結(jié)合博奧路西山隧道圍巖情況，針對上部坡體切削隧洞施工條件進行施工設計優(yōu)化。

2.1 隧洞開挖支護方法優(yōu)化設計

洞頂截水溝設在距離邊仰坡開口線5m 外，采用M10 漿砌片石砌筑。采用機械配合人工開挖，局部地形受限采用人工開挖，擠漿法施工漿砌片石，在隧道洞口段開挖前施工完畢。

整體結(jié)構(gòu)采用C35 自防水鋼筋混凝土進行結(jié)構(gòu)的自防水；之后采用2.0mm 厚EVA 防水卷材，背襯400g/m2無紡布一層作為防水隔離層；最后在襯砌澆筑工作縫設置鋼邊橡膠止水帶，在設置變形縫處設鋼邊止水帶。同時在二襯迎水面設置背貼式止水帶。施工時沿邊溝側(cè)填土夯實，并高于溝頂，以免水滲入截水溝基礎內(nèi)。

邊仰坡采用挖掘機為主，人工配合刷坡，逐級開挖、逐級防護，防護與開挖同步，開挖到成洞面附近時預留核心土體，方便長管棚施工。時刻注意洞口段地質(zhì)狀況，地質(zhì)條件較差時仰坡采取馬口開挖，開挖后及時進行錨、網(wǎng)、噴支護。

2.2 削坡影響下隧道偏壓進洞優(yōu)化設計

首先開展淺埋偏壓隧洞的長管棚施工設計，進洞口均采用30m 管棚，邊仰坡開挖支護到設計位置時，注意預留核心土，方便施做長管棚套拱,管棚采用C25 混凝土套拱做固定端，套拱內(nèi)設3 榀工20a 工字鋼與管棚焊成整體。管棚材料采用熱軋無縫鋼管直徑108mm,壁厚8mm。

充分利用預留的核心土，搭設平臺，安裝鉆機，鉆孔→下管→注漿。

圖2 削坡影響下長管棚優(yōu)化設計圖

右線隧道進口處地形起伏較大，為盡可能少的進行山體刷坡，減小對山體邊坡環(huán)境的影響，在洞口山體外側(cè)施做反壓處理，施做套拱，并在隧道頂部回填土石，防止由于淺埋造成的隧道失穩(wěn)。

先開挖清除部分地表土，然后施作60cm 厚C25 混凝土套拱，套拱內(nèi)設I18 工字鋼鋼拱架，間距50cm,鋼架之間通過Φ22 鋼筋連接，環(huán)向間距100cm,套拱內(nèi)預留Φ127×4mm 孔口管，套拱兩端基礎各延伸至圍巖內(nèi)不小于60cm,并設置鎖腳錨桿，每榀8 根；管棚采用Φ108×8mm 無縫鋼管，長30m。套拱施作完畢后對隧道拱頂進行回填。

3.3 削坡影響下隧道偏壓洞口安全性優(yōu)化設計

針對工程現(xiàn)場削坡影響下的偏壓隧道到工況，開展如下隧洞洞口優(yōu)化設計方案：

左右線及慢行隧道進口洞門根據(jù)地形條件，采用臺階式洞門。慢行隧道出口洞門采用端墻式洞門。

（1）明洞、洞門土石方開挖至洞口大管棚套拱基礎底標高時，人工開挖基坑，進行長管棚套拱及長管棚施工，超前長管棚注漿后，進入正洞施工，正洞開挖與明洞下半部分土石方開挖同時進行。

（2）明洞、洞門土石方開挖至路面設計標高時，轉(zhuǎn)為人工開挖，由人工挖出明洞仰拱及洞門基礎，明洞基礎應落在穩(wěn)固的基礎上，地基承載力≥200kPa。如在土層上，應實測地基承載力，再做處理，保證承載力滿足設計要求。

（3）外模采用5cm 厚木板，插入式振搗器振搗。隧道明洞一次性整體式進行灌注，澆筑砼必須對稱分層澆筑，每層厚度不超過30～50cm，振搗密實又不超振。在明洞與隧道正洞洞內(nèi)接頭處設置變形縫。

明洞及洞門結(jié)構(gòu)施工須符合以下質(zhì)量要求：洞門施工放樣位置準確；洞門基礎必須置于穩(wěn)固的地基上，并滿足設計承載力；明洞襯砌與暗洞交界設沉降縫分開澆注，臺車長度多于部分向洞門段調(diào)節(jié)；洞門建筑完成后，檢查仰坡坡頂?shù)慕厮疁霞奥穳q排水系統(tǒng)的完好與連通。

（4）整體結(jié)構(gòu)采用C35 自防水鋼筋混凝土進行結(jié)構(gòu)的自防水；之后采用2.0mm 厚EVA 防水卷材，背襯400g/m2無紡布一層作為防水隔離層；最后在襯砌澆筑工作縫設置鋼邊橡膠止水帶，在設置變形縫處設鋼邊止水帶。同時在二襯迎水面設置背貼式止水帶。施工時沿邊溝側(cè)填土夯實，并高于溝頂，以免水滲入截水溝基礎內(nèi)。

（5）明洞襯砌達到設計強度，完成防水和排水盲溝后，采用碎石土進行回填。回填應分層、對稱，每層厚度不大于0.3m,兩側(cè)回填土高差不大于0.5m,壓實度應大于90%，應在拱頂中心回填高度達到1.0m,方可采用機械回填。回填土頂部施工30cm 粘土隔水層，并嚴格夯實，表層植草種樹。

3 優(yōu)化設計成果

針對杭州市蕭山區(qū)博奧路段的上部削坡處理的淺埋偏壓山嶺隧道施工條件，結(jié)合本文削坡影響下隧道洞口安全性優(yōu)化設計方案，開展實際項目工程驗證，在本文優(yōu)化方案設計下，現(xiàn)場隧洞施工效果圖如圖3。

圖3 淺埋偏壓隧道洞口效果圖

如圖3 所示，隧洞上部山嶺坡體被切削，破壞了原有的圍巖穩(wěn)定形態(tài)，導致隧洞施工環(huán)境受力較為復雜；本文利用隧洞偏壓優(yōu)化方案設計，穩(wěn)定了圍巖受力情況，工程效果良好，對該洞口設計過程中存在的問題和解決方案進行了探討，為以后類似工程的設計提供了參考。

圖4 淺埋偏壓隧道洞口內(nèi)部效果圖

4 結(jié)束語

本文以杭州蕭山區(qū)博奧路山嶺隧道施工項目為研究對象，對該削坡淺埋隧道洞口施工安全性施工方法進行優(yōu)化設計,得到以下結(jié)論：

（1）對于偏壓型隧道，在洞口山體外側(cè)施做反壓處理，施做套拱，并在隧道頂部回填土石，防止由于淺埋造成的隧道失穩(wěn)，應用效果良好。

（2）偏壓式洞口護拱防護結(jié)構(gòu)及安全性優(yōu)化設計，能夠有效的降低大開挖對山體圍巖擾動。

本施工方案的優(yōu)化設計，很好地解決了淺埋偏壓地形帶來的施工難點，保證了隧洞后續(xù)暗洞施工質(zhì)量安全。通過隧道的施工實踐，為大斷面淺埋隧道施工積累有效且經(jīng)濟的施工經(jīng)驗，為類似的淺埋偏壓隧道施工具有一定的借鑒和參考意義。