順層地質(zhì)條件下淺埋偏壓連拱隧道洞口段施工技術(shù)研究

摘要 淺埋偏壓連拱隧道洞口段施工面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是在順層地質(zhì)條件下，施工難度顯著增大。針對(duì)實(shí)際工程案例，文章分析了順層地質(zhì)的特點(diǎn)及施工難點(diǎn)，通過對(duì)隧道洞口段前期施工準(zhǔn)備、進(jìn)洞施工、施工異常情況監(jiān)測(cè)三部分進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的施工方案和關(guān)鍵技術(shù)措施。實(shí)例分析結(jié)果表明，順層地質(zhì)條件下淺埋偏壓連拱隧道洞口段施工技術(shù)可有效提高施工的安全性和穩(wěn)定性，可為類似工程提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞 施工技術(shù)；洞口段施工；淺埋偏壓連拱隧道；順層地質(zhì)條件

中圖分類號(hào) D226.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）13-0049-03

0 引言

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，隧道工程在山區(qū)公路和鐵路建設(shè)中越來越普遍。在隧道施工過程中，順層地質(zhì)條件是一種常見的地質(zhì)現(xiàn)象，給施工帶來了許多技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是在淺埋偏壓連拱隧道洞口段，由于地形復(fù)雜，施工難度極大。因此，研究順層地質(zhì)條件下淺埋偏壓連拱隧道洞口段的施工技術(shù)具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該文旨在系統(tǒng)地探討順層地質(zhì)條件下淺埋偏壓連拱隧道洞口段的施工技術(shù)，通過與工程實(shí)踐相結(jié)合的方法，深入研究該地質(zhì)條件下隧道施工的難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)難題。同時(shí)，結(jié)合具體工程實(shí)例，總結(jié)出一套淺埋偏壓連拱隧道洞口段的施工技術(shù)，為類似工程提供參考和借鑒。通過本研究，以期提高隧道施工的安全性，推動(dòng)隧道工程技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展[1]。

1 順層地質(zhì)條件下淺埋偏壓連拱隧道洞口段施工技術(shù)的設(shè)計(jì)

1.1 淺埋偏壓連拱隧道洞口段前期施工準(zhǔn)備

首先，在順層地質(zhì)條件下，連拱隧道洞口段的施工需要進(jìn)行地形地貌的調(diào)查，了解隧道洞口周邊的地形地貌特征，包括山體走向、地形起伏等，以便評(píng)估施工難度和采取相應(yīng)的技術(shù)措施。通過鉆孔、物探等方法，了解隧道洞口段的地層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造等，分析地層的穩(wěn)定性及可能存在的地質(zhì)災(zāi)害[2]。

在施工過程中，需要考慮實(shí)際施工場(chǎng)地的地質(zhì)條件，采用荷載等效高度進(jìn)行隧道深埋、淺埋的判定，計(jì)算隧道洞口上方覆蓋層的厚度。在實(shí)際施工中，埋深h≤hα?xí)r的隧道為淺埋隧道。荷載等效高度的計(jì)算公式如下：

式中，pi、pi′——代表內(nèi)外側(cè)的任意一點(diǎn)i至地面的距離（m）。

通過以上地形、地質(zhì)的調(diào)查工作，可以全面了解隧道洞口段的地質(zhì)環(huán)境，為淺埋偏壓連拱隧道洞口段施工制定合理的施工原則和采取有效的技術(shù)措施提供依據(jù)。同時(shí)，也為施工過程中的地質(zhì)監(jiān)測(cè)和預(yù)警提供基礎(chǔ)資料[4]。

1.2 連拱隧道洞口的進(jìn)洞施工

為了確保隧道工程的安全順利進(jìn)行，在隧洞開挖前，對(duì)洞口周邊的處理至關(guān)重要。這一處理旨在改善邊坡和山體的整體穩(wěn)定性，為后續(xù)的施工和開挖提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。首先，洞內(nèi)圍巖的支護(hù)措施必不可少。由于隧洞內(nèi)的圍巖可能存在不穩(wěn)定的情況，因此需要采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施進(jìn)行加固和穩(wěn)定，可以通過噴射混凝土、安裝鋼拱架、錨桿支護(hù)等方式實(shí)現(xiàn)，以確保洞內(nèi)圍巖的穩(wěn)定性和安全性。其次，洞外地表邊仰坡的一體化穩(wěn)定措施也是關(guān)鍵。為了防止地表邊仰坡的滑移和坍塌，需要采取適當(dāng)?shù)拇胧┘庸毯头€(wěn)定這些區(qū)域，可以通過設(shè)置擋土墻、排水系統(tǒng)、植草防護(hù)等方式實(shí)現(xiàn)，以確保地表邊仰坡的整體穩(wěn)定性和安全性。通過采取適當(dāng)?shù)南胧梢杂行?yīng)對(duì)隧道洞口段的偏壓效應(yīng)，確保施工安全和質(zhì)量。這些措施的實(shí)施需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體分析和設(shè)計(jì)，以確保隧道工程的安全和質(zhì)量[5]。

基于此，該文選擇邊仰坡開挖及邊開挖邊支護(hù)的方式對(duì)淺埋偏壓連拱隧道洞口段進(jìn)行施工。

在完成防滲、排水設(shè)計(jì)后，按照設(shè)計(jì)圖及放線成果[6]，從上到下逐層開挖，同時(shí)進(jìn)行支護(hù)。

開挖前須做好以下工作，須經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)分析論證可行性后才能動(dòng)土，以防止邊坡滑塌事故發(fā)生：

（1）仔細(xì)研究設(shè)計(jì)圖紙和地質(zhì)報(bào)告，核對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形地質(zhì)地貌等實(shí)際情況是否與設(shè)計(jì)相符。

（2）了解當(dāng)?shù)厮臍庀笄闆r，做好排水措施，并避開雨季進(jìn)行洞口施工。

（3）采取鉆孔等方式重新對(duì)洞口位置進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，了解隧道洞口邊仰坡和洞身開挖范圍內(nèi)的真實(shí)地質(zhì)情況。

（4）采取多種監(jiān)測(cè)方式對(duì)邊坡的穩(wěn)定性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要可采用地表觀測(cè)點(diǎn)、深孔位移監(jiān)測(cè)、GNSS地表位移監(jiān)測(cè)等方式。

（5）編制洞口施工專項(xiàng)方案，聘請(qǐng)相關(guān)專家進(jìn)行咨詢論證。

開挖步驟如下：

（1）仰坡按1∶0.75進(jìn)行放坡，按照1∶0.5～1∶1進(jìn)行邊坡，并用手動(dòng)風(fēng)鎬配合挖土機(jī)進(jìn)行開挖。

（2）對(duì)于較大的、堅(jiān)硬的巖石，可用緩慢膨脹的炸藥進(jìn)行爆破。嚴(yán)禁大爆，如有需要，可采取松散控制的爆破措施。

（3）在坡面上設(shè)置4.0 m的砂漿錨，以梅花形布置，間距0.8 m，懸掛鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)孔間距25 cm×25 cm，并在其上鋪10 cm厚的C20噴射混凝土。

（4）開挖至隧底標(biāo)高后，對(duì)其進(jìn)行承載能力測(cè)試，在滿足相應(yīng)條件后方可開始下一步施工。當(dāng)基礎(chǔ)承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可更換C20片石混凝土，并經(jīng)驗(yàn)收后方可進(jìn)行仰拱施工。

仰拱施工基本流程如圖1所示。

（1）1#部分環(huán)形導(dǎo)坑的初期支護(hù)：在仰拱施工前，需要對(duì)環(huán)形導(dǎo)坑進(jìn)行初期支護(hù)，以確保隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（2）邊墻交錯(cuò)上下兩部分開挖：為了降低對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的壓力，需要交錯(cuò)開挖上下的邊墻部分。

（3）2#、3#邊墻進(jìn)行初期支護(hù)：在開挖邊墻后，立即進(jìn)行初期支護(hù)，包括噴射混凝土、安裝鋼拱架等。

（4）沿中心線核心土開挖：為了確保隧道的穩(wěn)定性，應(yīng)避免因中心線核心土的開挖而導(dǎo)致隧道變形。

（5）下斷面跳槽開挖：為了防止大面積開挖造成的隧道結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，采用跳槽開挖的方式進(jìn)行下斷面的開挖。

（6）4#部分仰拱施工：在完成上述步驟后，開始進(jìn)行仰拱部分的施工，包括澆筑混凝土、鋪設(shè)防水層等。

（7）5#部分仰拱回填：在仰拱混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，進(jìn)行仰拱回填，以恢復(fù)隧道的完整性。

（8）6#部分進(jìn)行二次襯砌：進(jìn)行二次襯砌施工，進(jìn)一步提高隧道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

1.3 順層地質(zhì)條件下隧道洞口段施工異常情況監(jiān)測(cè)

一般來說，隧道洞口段的圍巖普遍存在破碎、軟弱等特點(diǎn)，且多為淺埋偏壓段，在施工過程中極易造成洞室圍巖坍塌、大變形等工程事故，嚴(yán)重威脅著隧道建設(shè)的安全。為此，通過監(jiān)測(cè)圍巖的受力與變形狀況[7]，判定圍巖的穩(wěn)定性與安全性，并對(duì)初次、二次襯砌的合理與否進(jìn)行評(píng)價(jià)，以指導(dǎo)工程建設(shè)。

以往工程實(shí)踐表明，必須對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行跟蹤調(diào)查和測(cè)量，才能確保隧道的安全、施工措施的合理優(yōu)化。在施工過程中，既要對(duì)拱頂沉降、地表沉降、水平沉降等重要內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè)，又要滿足相關(guān)監(jiān)測(cè)測(cè)量的頻次要求。詳細(xì)情況如表1所示。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

為驗(yàn)證該文設(shè)計(jì)的順層地質(zhì)條件下淺埋偏壓連拱隧道洞口段施工技術(shù)，在實(shí)際工程建設(shè)中具有一定的應(yīng)用可行性，現(xiàn)以一隧道施工工程為例進(jìn)行分析研究。

該工程位于Q市，其連拱隧道工程的洞口門都采用了連拱單壓端墻結(jié)構(gòu)。該隧道全長(zhǎng)300 m，在設(shè)計(jì)中沒有考慮行人過街、機(jī)動(dòng)車交叉道和應(yīng)急車道。工程地質(zhì)條件為Ⅳ、Ⅴ類，采用新奧施工方法。在施工過程中，針對(duì)不同的巖體類型，并考慮現(xiàn)場(chǎng)的具體條件，設(shè)計(jì)了合適的施工工藝，以短進(jìn)尺、小爆破為原則，從上往下開挖支護(hù)，從下往上進(jìn)行襯砌施工。表2為該工程設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)。

該隧道的出口端小里程方向約80 m范圍內(nèi)，洞頂處于淺埋且嚴(yán)重偏壓、順層地段。為確保隧道施工和運(yùn)營(yíng)安全，該工程所在的設(shè)計(jì)院根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)地形實(shí)際情況，對(duì)出口淺埋段進(jìn)行了加固設(shè)計(jì)，同時(shí)也對(duì)隧道上下方山體進(jìn)行了施工處理。

基于以上基本情況，該工程使用該文設(shè)計(jì)的順層地質(zhì)條件下淺埋偏壓連拱隧道洞口段施工技術(shù)進(jìn)行實(shí)際施工建設(shè)，將未使用該技術(shù)前的拱頂下沉數(shù)值進(jìn)行收集計(jì)算，并與使用該技術(shù)優(yōu)化后的拱頂沉降數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，以期驗(yàn)證該技術(shù)的有效性。

2.2 施工結(jié)果與討論

該工程對(duì)比測(cè)試中的拱頂沉降數(shù)值結(jié)果如表3所示：

根據(jù)上述測(cè)試結(jié)果可以看出，順層地質(zhì)條件下淺埋偏壓連拱隧道洞口段施工技術(shù)在該工程中取得了積極的測(cè)試結(jié)果[8]。因此，可以證明通過合理的施工方案和關(guān)鍵的技術(shù)措施，隧道洞口段的施工安全性和穩(wěn)定性得到了有效提高，為類似工程提供了有益的參考和借鑒。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過研究，該文對(duì)順層地質(zhì)條件下淺埋偏壓連拱隧道洞口段的施工技術(shù)進(jìn)行了深入探討和實(shí)踐。研究結(jié)果表明，采用合理的開挖順序、支護(hù)措施和輔助施工方法，可以有效控制隧道洞口段的變形和穩(wěn)定性，確保施工安全和質(zhì)量。同時(shí)，在實(shí)施過程中還應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)測(cè)量和相關(guān)信息管理，并適時(shí)調(diào)節(jié)施工參數(shù)、合理調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)

[1]林宇亮， 盧思達(dá)， 楊果林， 等. 淺埋偏壓多洞室隧道洞口段施工力學(xué)特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2023（12）： 4720-4731.

[2]張立軍， 王懷正， 宋戰(zhàn)平， 等. 復(fù)雜地質(zhì)隧道洞口段穿越既有抗滑樁施工方案研究[J]. 市政技術(shù)， 2023（10）： 181-188.

[3]潘佳東， 陸海鋒. 城市隧道洞口段施工風(fēng)險(xiǎn)源分析與控制措施研究——以溫嶺市五洋路隧道工程為例[J]. 工程技術(shù)研究， 2023（8）： 25-27.

[4]鄭際練. 基于三維離散單元法的大跨徑隧道洞口段管棚支護(hù)施工穩(wěn)定性影響分析[J]. 福建交通科技， 2022（4）： 36-39.

[5]張航， 彭雪峰， 周揚(yáng)， 等. 松散巖堆體地層下城市隧道洞口段施工方案變更合理性研究[J]. 隧道建設(shè)（中英文）， 2021（S1）： 265-275.

[6]林宇亮， 盧思達(dá)， 楊果林， 等. 淺埋偏壓多洞室隧道洞口段施工力學(xué)特性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2023（12）： 4720-4731.

[7]鄭彬. 崩塌工況下隧道淺埋偏壓洞口段明洞暗做施工技術(shù)研究[J]. 交通科技與管理， 2022（12）： 1-3.

[8]晏濤， 丁嬌. 淺談三臺(tái)階七步開挖法在軟弱圍巖淺埋偏壓隧道“微開挖”進(jìn)洞施工中的運(yùn)用[J]. 江西交通科技， 2022（3）： 45-50.

收稿日期：2024-02-04

作者簡(jiǎn)介：黃小東（1979—），男，本科，工程師，從事高速公路施工技術(shù)與管理方面的工作。