山區淺埋偏壓隧道進洞施工優化研究

摘要 為了提升山區淺埋偏壓隧道的施工質量，技術人員應該完善好細節控制工作，不斷優化調整隧道進洞施工方案。基于此，文章結合實例分析，通過對地質條件的研究，提出了優化改良山區洞口段偏壓隧道進洞的施工方案;根據施工優化方案的實施效果表明，可以有效解決隧道工程山區淺埋位置極易出現的偏壓問題，確保工程的順利完工。

關鍵詞 山區;淺埋偏壓隧道進洞施工;優化研究

中圖分類號 U455.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）11-0133-03

引言

隨著我國公路網的不斷完善，山區公路隧道的建設中，會有很多的洞口面臨著偏壓、淺埋以及不良地質地形情況，淺埋偏壓隧道洞口施工工序繁多。因此，研究公路隧道洞口淺埋偏壓段的施工技術，可為具有類似情況的隧道設計及施工提供技術參考[1-2]。山區洞口淺埋段偏壓現象是隧道施工中常出現的問題，因為洞口位置比較容易出現破碎問題，受風化影響比較大，在受到偏壓影響后，隧道量測位置可能會出現受力不均勻的問題，在施工期間極易發生變形、塌方、地表沉陷、滑坡等問題，因此隧道施工單位需要結合施工現場的實際情況優化調整偏壓隧道進洞施工方案，提升隧道進洞施工的效果。

1 工程概況

某隧道工程全長1 431 m，屬山嶺隧道，面臨前期進場阻力大、政策處理難、隧道地質條件差、施工工藝要求高等困難。隧道在穿行山嶺位置時，降水量比較大，地形變化比較多，地面高度通常達到43～204 m。在隧道的最大埋置深度達到130 m時，隧道右線進口位置出現地形偏壓問題，此時最小的覆蓋層長度達到1.5 m。通過分析地質勘察資料可知，洞口位置的邊仰坡構成成分主要包括殘積黏土和風化巖，自然坡度達到30°～52°，局部位置容易出現微型崩塌、水土流失問題，產生比較陡峭的山坎以及沖溝。

如圖1所示，對于該山區隧道工程洞口出現的偏壓問題，需要對巖體進行加固處理，主要包括兩種方式，一種是對掌子面實施預加固處理，使用錨桿以及管棚進行加固;一種是對地表位置進行預加固處理，運用注漿、填土反壓方式加固巖體。根據鉆探勘察資料可知，此處地層位置處于碎塊狀的巖層，厚度比較大，巖體容易出現破碎問題。對巖體成分展開自上而下的研究發現，粉質黏土比較濕潤，可塑性比較強，黏性水平比較普通，夾雜著部分碎石，厚度一般達到1～3.1 m。

由于該隧道工程碎石土比較濕潤，密度比較大，碎石顆粒的級配不均勻，呈現出棱角狀態，粒徑范圍為3～

7 cm，最大粒徑達到10 cm，碎石土幾乎是由粉質黏土進行充填處理，粉質黏土處于零散分布狀態，厚度為1.2 m。受強風化、夾中風化影響出現變質問題的砂巖，在巖石風化程度上處于不均勻的狀態，巖芯位置呈現出碎塊狀態，部分呈現出短柱狀態，縫隙位置幾乎都存在銹蝕問題，軟硬度處于不均勻的狀態，厚度為3.4～40.3 m。

受強風化影響的變質砂巖呈現出成塊狀態，如在巖芯出現破碎問題時，砂巖為碎塊狀態和短柱狀態，塊徑為2～5 cm不等，極易出現節理性裂縫，巖石受到風化的影響不同，局面位置將會出現偏中風化問題，厚度為2～58.5 m。為了控制圍巖的變形情況，保證隧道施工安全，使用雙側壁導坑方式設計隧道偏壓段隧道進洞施工方案，在進洞深度達到40 m以后需要轉化為臺階法施工[3]。

2 優化改良山區洞口段偏壓隧道進洞施工方案

在該隧道工程山區洞口段設置2根預加固樁，用于洞口加固;預加固樁施工工藝流程為：施工準備→鎖口護壁→開挖土體或巖石，同時進行護壁施工→樁體鋼筋邦扎→澆注樁體混凝土→制作混凝土試件→混凝土養護。根據相關設計標準以及施工要求，做好隧道洞口天溝與排水系統的施工;針對邊坡與仰坡施工，開挖輪廓線;同時，提前做好洞頂截水天溝，通過合理控制地表水對邊坡和仰坡造成沖刷作用，減少邊坡和仰坡失穩、坍塌的問題。洞口天溝結合工程現場的實際情況，進行合理的施工。在施工過程中，溝底的虛土徹底清理干凈，再進行鋼筋混凝土結構現澆工作;確保坡面順暢，不發生漏水現象。山區洞口段的上半斷面至明暗的交界處開挖時，對臨時邊仰坡和直立開挖面進行有效防護;同時，開展隧道暗洞大管棚施工;隧道明洞的下半斷面至明暗分界位置開展開挖時，做好臨時施工防護措施。加強明洞段襯砌施工;在明洞襯砌符合設計要求和強度后，進行回填層施工;同時，要做好暗洞段施工。另外，在該隧道出口的右側邊坡地段，設置預加固樁，避免邊坡滑坡現象的發生。隧道工程洞口段，隧道的拱頂覆土相對較薄，開挖之前，利用水泥土進行回填反壓，回填到隧道襯砌外輪廓[4]。在洞口拱部設置大管棚，尺寸為108×

6 mm，并在大管棚內增設鋼筋籠。

單向掘進方式在該隧道工程抑制圍巖結構出現變形問題具有一定的應用優勢，使用這種方式能夠將開挖斷面位置分成多個小塊，每一個小塊在完成開挖處理以后，使得隧道工程產生閉環，以避免圍巖在隧道進洞施工期間出現變形問題。這種方式導致的地表沉陷深度減少，通常只有臺階法的50%，將其運用在隧道進洞施工中更為安全，但是單向掘進法也存在一些不足之處：施工過程復雜性比較好、施工速度比較慢、建設成本比較高[5]。

此外，使用單向掘進方式進洞施工，在后續進行掘進處理、更換方式的時候會花費比較多的時間，將會對如期完工產生不利影響。如果隧道進洞施工項目的施工時間比較緊迫，使用單向掘進方式難以切實滿足隧道施工位置通車的基本條件，而隧道進洞施工具有一定的連續性，因此應該將其調整為預留核心土法開展隧道進洞施工[6]。

該工程處于山區的降水量比較大，為了防止洞口路段處于破碎狀態的巖體在經過雨水滲透處理以后出現逐漸劣化的問題，再加上淺埋偏壓的影響，需要在隧道施工進洞之前，提前預留出40 m左右的長管棚，對偏壓側圍巖的地表位置使用小導管進行注漿操作，運用混凝土材料進行反壓、護拱處理，從而達到加固效果。

3 分析優化方案的實施效果

該隧道工程使用加固方案處理山區洞口偏壓段圍巖時，若是使用預留核心土開挖方式開展隧道進洞施工，應該將單次進尺深度控制在0.5～1 m，通過分析實時監控測量數據、二次襯砌施工數據進行安全評價，從而研究山區洞口偏差問題的處理效果[7]。

3.1 分析監控測量結果

通過分析隧道進洞施工的地表沉降值（如圖2）、拱頂沉降值（如圖3）、洞口周邊位置的觀測數據可知，山區偏壓段圍巖地表位置進行注漿加固、護拱反壓處理以后，搭配使用預留核心土方式進行開挖，圍巖在變形方面會比較穩定，在地表位置最大沉降數值達到45 mm時施工，每天的沉降速度在趨近于平緩以后達到0.88 mm[8]。

由于該隧道工程埋置深度比較小，拱頂和地表的沉降值相差不大，最大差值是45 mm，周邊位置的峰值在達到16 mm時施工，變化比較穩定以后速度達到每天0.3 mm。

通過分析監控量測數據在隧道進洞施工7天左右的增長趨勢發現，下臺階開挖處理會造成仰拱位置處于閉合成環狀態以后，圍巖變形值處于平穩狀態，結合變化區域制定偏壓問題處理舉措，能夠確保山區淺埋段偏壓區域隧道施工的安全。

3.2 隧道工程存在的裂縫和裂縫發展狀況

在該隧道工程山區洞口偏壓位置使用優化改良的施工方案進行隧道施工，整體施工狀況比較好，監控數據比較穩定，在隧道施工進度深度達到30 m以后，在初期支護位置、管棚導向墻區域將會產生一些比較輕微的裂縫問題，裂縫的寬度達到0.1 mm，裂縫深度達到2 cm。

在山區洞口位置產生裂縫時，立刻安排技術人員對隧道地表施工位置展開全面的巡查工作;檢測后，地表位置并未出現裂縫問題，表明地表注漿處理已經發揮出加固作用。在監測管理洞內裂縫發展狀況時，需要每隔15天測量一次裂縫的寬度及深度，在測量數據趨于穩定時，基本不會再出現新的縫隙，初步判定這類非貫穿型裂縫屬于非結構裂縫，并不會直接影響隧道施工安全，從追求設計規范性的角度，仍然需要繼續開展驗算工作[9]。

4 驗算結構安全性

技術人員需要依照《公路隧道設計規范》的相關規定，使用荷載結構方式驗算二次襯砌結構的安全性，確定山區淺埋偏壓位置的圍巖荷載力;同時，使用Midas軟件計算山區淺埋路段圍巖的壓力，經過計算發現該工程的分界高度為33 m，此時處于山區洞口偏壓路段的范圍以內，在埋置深度達到19.4 m的時候K13+870斷面將會受到負面影響。

該文設置的假設條件二次襯砌需要承擔一半的荷載力，且需要使用Midas軟件進行建模處理，再使用平面梁單元仿真模擬二次襯砌施工的結構，利用地基彈簧仿真模擬地基土壤和側墻漿砌片石具有的抗力影響，此時襯砌處理的厚度值需要達到50 cm。

在該隧道工程中的山區動力圍巖大都由粉砂巖和風化層構成，因此在計算時需要將圍巖設想為性質、質地均勻的巖體結構，通過對比分析實際圍巖結構以及相關技術參數，結合各級圍巖結構具有的力學指標、理化指標、混凝土參數、二次襯砌結構的編號、位移變形情況、剪力數據、軸力數據了解彎矩分布狀況。在山區淺埋段隧道進洞施工場地進行現場觀測處理時，裂縫聚集區域一般處于拱頂的右側位置，裂縫的寬度值一般能夠達到0.1 mm。

在永久荷載條件下、永久荷載和基本可變荷載條件下，鋼筋混凝土在進行襯砌處理時，需要依照鋼筋極限強度值以及抗壓能力、極限抗剪強度以及抗拉能力達到極限時，安全系數設置為2或者2.4。該隧道工程裂縫位置在進行二次襯砌施工處理以后能夠提升圍巖結構的安全穩定性，此時拱頂位置、拱腰位置、拱腳位置的最低安全系數值高于4，滿足圍巖結構安全需要。因此，技術人員依照隧道工程偏壓問題制定了處理方案;但由于初支結構上還會出現一些比較輕微的裂縫問題，要進一步優化調整隧道進洞施工方案;實施后在二次襯砌施工完工以后，圍巖結構的安全穩定性恢復正常[10]。

該文將隧道作為案例分析依據，在施工周期不受影響的基礎上，替換原本使用的雙側壁導坑法，對于降水量比較大的區域，使用管棚處理、小導管注漿處理、混凝土反壓護拱處理的方式，從而發揮加固圍巖的作用;再搭配使用預留核心土的方式開展隧道進洞開挖處理，同時控制隧道施工安全以及圍巖變形情況，有助于減少隧道施工時間。在隧道進洞施工中，需要強化對圍巖結構變形情況的觀測管理，搭配使用結構驗算方式，從而有效處理圍巖結構的裂縫問題。在進行二次襯砌施工處理以后，有助于進一步提升隧道施工安全。

5 結論

在山區隧道工程施工中，淺埋位置極易出現偏壓問題。針對這些問題，要在發生偏壓問題的位置開展隧道進洞施工。技術人員需要結合實際情況，不斷優化調整偏壓問題處理方案以及隧道進洞施工方案，采用科學合理的技術和方法進行施工，對隧道施工的形變問題進行有效控制。同時洞內要加強超前支護處理和初期支護參數的調整。依托該隧道工程采用優化方案后，進洞施工總體較為順利。

參考文獻

[1]吳建. 淺埋偏壓隧道進洞施工技術實例分析[J]. 建筑工程技術與設計， 2018（16）： 638+4226.

[2]張向東， 李慶文， 李桂秀， 等. 淺埋松軟地層管棚注漿施工引起地表沉降分析[J]. 巖石力學與工程學報， 2013（z2）： 4091-4097.

[3]張富有， 黃守輝， 于野. 公路隧道淺埋、偏壓段施工技術應用[J]. 公路， 2018（10）： 149-157.

[4]焦永欣. 淺埋偏壓隧道進洞施工技術[J]. 建筑工程技術與設計， 2016（30）： 715.

[5]袁文龍. 淺埋偏壓隧道進洞施工技術[J]. 建筑工程技術與設計， 2016（18）： 281.

[6]孫修德. 高壓旋噴樁在隧道洞頂地表和洞口基地加固中的應用[J]. 石家莊鐵道大學學報， 2012（1）： 58-62.

[7]潘學政. 監控量測在隧道洞口滑坡診治中的作用分析[J]. 地下空間與工程學報， 2007（z2）： 1387-1390+1396.

[8]鐘祺， 王寶善. 山區淺埋偏壓隧道進洞方案比選[J]. 中外公路， 2012（4）： 234-236.

[9]張林， 汲紅旗， 賈志銳. 雞公嶺隧道淺埋段仰拱軟基處理[J]. 公路交通科技（應用技術版）， 2010（1）： 161-162.

[10]高翔， 王文星， 鄭國平. 浙江省公路連拱隧道設計的幾點經驗[J]. 巖石力學與工程學報， 2015（S2）： 5527-5530.

收稿日期：2022-03-24

作者簡介：陳一新（1979—），男，本科，高級工程師，研究方向：高速公路施工管理。