淺談連拱隧道沖溝進洞方案

段曉彬，張濤，錢伊默，鄭勇

（云南省交通規劃設計研究院有限公司，昆明 650041）

1 連拱隧道在云南的應用

隨著云南高速公路的不斷建設，為了降低路線縱坡、改善公路線形、優化車輛行駛條件、保護生態環境，隧道在山區公路建設中的出場率越來越高，不同規模、不同形式的隧道在云南的山嶺中得以不斷實踐。在長隧道、特長隧道在路線方案中占比越來越大的同時，通過體量不大的“小山包”時連拱隧道方案與路塹方案的比較也越來越多。

連拱隧道作為山嶺隧道的一種重要形式，兩端接線對地形要求不高，布線方便，接線工程小，線形順暢，與路塹方案相比具有明顯優勢，避免了高邊坡的出現，同時也減少了土石方開挖，減小對既有地表環境的破壞。在云南公路建設中，連拱隧道已經成為不可或缺的一種構筑物[1]。

云南省地形地質條件復雜，連拱隧道的線位常常服從總體路線的選擇，隧洞穿過小埡口、雞爪地形的情況屢見不鮮，此時，隧道在沖溝進洞不可避免。如何保證連拱隧道在沖溝安全進洞，解決淺埋、偏壓等問題，是連拱隧道設計、施工中常常要面對的問題[2-3]。

2 工程概況

2.1 設計概況

陳家沖隧道位于楚雄至大姚高速公路，隧道全長425 m。隧道所在路段為雙向4車道高速公路，設計速度100 km/h，汽車荷載等級為公路-Ⅰ級，抗震設防烈度Ⅶ度，隧道凈寬10.75 m，凈高5 m。

2.2 氣候條件

隧址區位于云貴高原西南側，氣候溫和濕潤，冬無嚴寒，夏無酷暑，素有“四季如春”之稱，年平均氣溫15.3℃，最高33℃，最低-5℃。多年平均降雨量814.4 mm，最大1 132.5 mm，最小638.9 mm，集中于6~10月，旱、雨季節分明。偶見高山有少量降雪，災害性氣候不突出。

2.3 出口段地質概況

項目所在區域屬于滇西紅層地區，隧道出口圍巖為Ⅴ1級。隧道圍巖以第四系坡殘積粉質黏土及侏羅系上統妥甸組泥巖為主，局部夾鈣質泥巖條帶。粉質黏土呈硬塑狀，鈣質泥巖、泥巖呈強風化，節理裂隙發育，巖體破碎呈碎塊狀碎裂結構。泥巖富水性較弱，雨季開挖時可能存在較小量的滴水現象，旱季基本無水。仰坡有表層覆蓋層，巖層產狀對仰坡穩定有利，電阻率一般小于80Ω·m。

3 方案比選

隧道出口K10+125~K10+170段右洞位于一自然沖溝內，受沖溝影響，隧道局部地段外露，地形偏壓嚴重，隧道洞口左右幅埋深差異，進洞位置不同一，進洞困難，洞口橫斷地面線見圖1。

圖1 洞口典型橫斷地面線

結合實際地形、地質情況，提出了進洞3種方案：明挖進洞方案、交錯進洞方案及局部蓋挖進洞方案。

3.1 明挖進洞方案

明挖進洞是常見的隧道進洞方法，即對隧道洞口埋深較淺的地段進行明挖處理，在地表埋深高于隧道約1.5~3 m時確定明暗交界樁號，打設套拱、管棚，對臨時邊仰坡進行防護，施作明洞結構后進行回填。明挖法施作簡單，施工人員對機械操作熟練。

本方案存在以下缺點。

1）本隧道地形偏壓較大，左右洞合適進洞的位置相差較多，若按右幅地形選擇合適整體進洞位置，則左幅邊仰坡較高，不利于長期安全。

2）臨時邊仰坡防護范圍大，暴露時間過長，不利于隧道施工安全。

3）土石方開挖較大，對原有地表植被破壞較大，不利于環境保護。

3.2 交錯進洞方案

交錯進洞將洞口樁號交錯布置，左右洞分別進洞，交錯段兩洞之間設置擋墻，交錯段一半隧道一半路基。本方案能夠解決左右洞進洞位置不一致帶來的問題，減少了不必要的開挖。本方案存在以下幾個缺點。

1）洞口交錯進洞，對洞口美觀有一定影響。

2）連拱隧道左右洞中間空間較小，中間設置偏壓擋墻難度較大。

3）一側隧道一側路基，對于路基側而言，隧道側上部的邊坡為永久結構，需加強隧道頂部的防護。

3.3 局部蓋挖進洞方案

局部蓋挖進洞，對于外露部分隧道，在開挖整平后設置套拱，將套拱拱腳設置于沖溝兩側基巖，套拱施作完成后對用碎石土進行回填反壓，緩解左洞隧道的偏壓情況，同時在右洞隧道頂部形成“保護蓋”，洞身采用暗挖施工。采用局部蓋挖進洞方案開挖最小，對原地表破壞最小。

本方案存在以下幾個缺點：（1）施工工藝相對煩瑣，施工工序多；（2）施工質量要求較高，套拱拱腳部位需進行重點加固。

3.4 方案比選

對3個進洞方案優缺點的對比分析，見表1。

表1 進洞方案比選表

由表1可以看出，局部蓋挖進洞方案與其余兩個方案相比在對環境影響、工程安全、洞口美觀等多個方面有明顯的優勢，故最終選用局部蓋挖進洞方案作為進洞方案。

4 施作方案

4.1 套拱施作

1）選擇右幅隧道合適的進暗洞位置，確定局部蓋挖段落。局部開挖，對沖溝覆蓋層進行清除，并對局部沖溝進行填充。

2）平整套拱施工平臺，對臨時邊坡進行防護，見圖2。

圖2 平臺開挖圖

3）施作套拱，對套拱拱腳處用小導管注漿加強；先架設套拱工字鋼，采用I18工字鋼；完成后采用小模板澆筑混凝土套拱，混凝土套拱采用60 cm的C20混凝土，見圖3。套拱設置時考慮后期下部隧道結構施作時造成套拱沉降，在套拱與下部隧道襯砌之間設置10 cm預留變形量。套拱施作的范圍可結合地形和覆蓋層地表覆蓋層厚度進行調整。套拱的施作順序由明暗交界處向洞口進行，在臨近暗洞的2 m套拱中預埋導向管并打設大管棚，保證后續暗洞段施作時的安全。

圖3 套拱施作圖

在整段套拱完全施作完成后，進行頂部反壓回填，消減沖溝地形帶來的偏壓，為保證回填質量，回填材料采用夯填水泥穩定土，摻加少量水泥，待回填完成后再回填層表面設置防水層，并做截排水溝。

至此，局部蓋挖段套拱施作完畢。

4.2 隧道結構施作

結合本隧道的特點，選擇右幅隧道作為先行洞，待上述上部結構完成后先進行右洞的施工，右洞施作完成后方才進行左洞施工，結構斷面見圖4，施工過程中先后行洞需拉開距離，盡可能減小相互之間的施工干擾，同時加強監控量測工作。

右幅隧道下部結構在套拱的保護下進行暗挖施作，襯砌采用暗洞襯砌形式，先施作初支，取消拱頂套拱范圍內的徑向錨桿，再施作二襯。

圖4 結構斷面圖

4.3 改溝與地表恢復

局部蓋挖及回填的施作對既有沖溝地形進行了改變，為避免雨季沖溝流水對洞口造成沖刷影響，需對沖溝進行改溝處理，在反壓回填層上設置水溝與既有沖溝相連，并引排至隧道范圍外。

結構、回填、改溝都施作完畢后，應對洞口開挖段洞頂回填區域進行地表植被恢復，減少人工擾動的痕跡。

5 結語

連拱隧道由于其特殊的結構特點，左右洞相互影響，在洞口處理時受限因素較多，當連拱隧道位于沖溝進洞時，常常面對著一側淺埋甚至出露、另一側偏壓的情況，兩洞進洞不同步。此時，采用局部蓋挖方案進行進洞，施作套拱反壓回填，一方面解決了沖溝段淺埋、出露的問題，另一方面能夠減緩偏壓。

陳家沖隧道出口是連拱隧道沖溝進洞的典型案例，在設計施工方案確定過程中充分考慮了各個不利因素，對不同方案的優缺點進行比選，最終確定局部蓋挖方案。蓋挖施工應充分考慮沖溝水的因素，盡可能選擇在旱季進洞施工，降低施工難度和施工風險。蓋挖的范圍由地形和地質確定，一方面避免過高臨時邊坡的出現，另一方面套拱的拱腳應落在基巖位置，避免套拱產生過大沉降。

陳家沖隧道已于2020年施工完畢并通車，到目前為止隧道運營正常，取得了良好的工程效果，陳家沖隧道的進洞方案可以為今后類似工程提供一定的參考。