淺埋偏壓隧道進洞防護優化及加固措施研究

摘要：針對淺埋偏壓段隧道進洞存在偏壓、巖體破碎及支護結構不穩定等問題，依托鄭家崗二號隧道為工程背景，對原設計方案進行優化設計，并提出加固方案。完成施工后制定了監測方案，根據監測結果分析地表和圍巖的沉降和收斂及速率。研究結果表明：優化設計方案將倒切式洞門改為單壓式洞門，加固樁左側增設5根、右側增設3根，樁截面為2m×3m，左側樁基長度為24～30m，右側均為40m，可有效改善降低地表、圍巖的沉降和收斂。地表A1、A2監測點最大累計沉降分別為12mm、13.9mm，相比于原設計方案沉降和收斂降低了73.8%、69.7%，而最大沉降速率分別為2.01mm/d、1.95mm/d；拱頂C監測點最大累計沉降和收斂分別為27.5mm、22.5mm，降低了78.1%和73.5%，最大沉降和收斂的速率為5.63mm/d和3.67mm/d；兩側拱腰B1、B2監測點最大沉降和收斂分別為9.26mm、8.07mm和7.26mm、6.38mm，沉降和收斂速率均在1.0～1.5mm/d之間。

關鍵詞：偏壓隧道；淺埋段洞口；防護優化；加固措施

0" "引言

在隧道工程領域，淺埋偏壓段隧道的進口區域常常面臨地形復雜性所帶來的挑戰。這些區域的地表特征表現為顯著的起伏和陡峭的坡面，這些自然條件在隧道開挖過程中極易引發一系列工程問題，如地表沉降、洞口坍塌以及結構開裂等[1-3]。這些問題不僅對施工過程的順利進行構成威脅，也嚴重影響了工程的施工質量和安全性。

在隧道進口洞門設計選擇上，進口洞門類型普遍采用端墻式和削竹式。然而在地質條件復雜、地表起伏顯著、坡面陡峭且存在偏壓的地區，尤其是可能發生大規模塌方或滑坡災害的地段，傳統的削竹式洞門不再適用。

在淺埋偏壓段隧道洞門設計的現有研究中，代樹林等[4]針對偏壓隧道地表沉降問題，提出了一系列優化設計方案，旨在提升隧道施工的安全性。周克實[5]根據淺埋偏壓洞口段的地形特征，提出了具體的開挖施工方法、超前支護技術以及加固措施。王年近[6]從削坡隧道洞口偏壓地質條件和特征出發，對圍巖結構受力進行了深入分析，并據此提出了針對淺埋段進洞口的優化設計方案。

本文對淺埋偏壓洞口段的原有設計方案進行優化，提出了針對洞口段的施工優化設計方案，以及洞門兩側的加固措施，旨在通過這些措施提高隧道的穩定性。同時，制定了詳盡的沉降和收斂監測方案，通過對地表、拱頂以及兩側拱腰的穩定性進行綜合分析，以確保隧道施工的質量和安全。通過這些綜合的優化和措施，可為淺埋偏壓段隧道的設計與施工提供更為科學、合理的指導，從而有效降低工程風險，提高工程質量。

1" "工程概況

本文以西十高鐵湖北段的鄭家崗二號隧道為工程背景。該隧道起訖里程DK252+587～DK253+008，全長421m，最大埋深104m，其中Ⅳ級圍巖295延米，Ⅴ級圍巖80延米，進出口明洞工程46延米。淺埋偏壓段洞門進口的地表地形起伏較大，邊坡陡峭，土體沖溝發育，偏壓嚴重。該項目堅持“短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測”的原則，采用三臺階工法、機械濕噴工藝、多功能襯砌臺車工裝設備，嚴格控制施工步距，有效確保了施工安全。

鄭家崗二號隧道緊鄰濕地公園，對環保要求極高。在確保隧道施工安全質量的同時，項目部通過優化施工方案，減少山體開挖及林地占用面積，對施工排水進行嚴格沉淀和凈化處理，全力保護生態環境

2" "原設計方案

2.1" "原設計情況

鄭家崗二號西安端洞口里程為DK252+587，采用倒切式洞門，洞門長13m，洞門內高9.08m，洞門壁厚0.7cm。洞門整段采用鋼筋混凝土整體施作，洞門底部設置溝槽頂面和內軌頂面。

端墻起始里程定于DK252+600，明暗分界里程定于DK252+607，銜接處的變形縫寬為2cm，接長明洞共7m，端墻起始和明暗分界里程之間設置排水溝和黏土隔水層，層厚50cm，并在邊坡處打入多組錨桿，以起到加固邊坡、提高穩定性的作用。

2.2" "原設計問題分析

鄭家崗二號隧道進口洞門類型采用倒切式，從DK252+596往大里程掘進施工中，通過對上臺階監控量測數據的采集和分析，發現施工現場存在嚴重的沉降及水平收斂。現場立即停止掘進封閉掌子面，對洞內初支及地表情況進行調查。調查發現DK252+598處出現縱向裂紋，縱向裂紋長度為2m，寬度約3mm。地表上方DK252+620左側出現橫向裂紋，裂紋長度3m，寬度為10mm，累計沉降為45.8mm。

3" "洞口段防護優化

3.1" "優化目的

因洞口右側實際地形較原設計有所差異，邊仰坡開挖范圍大，對生態環境和山體破壞大，后期恢復困難，且坡面過高存在安全風險。為減少邊坡開挖范圍及對生態環境和山體的影響，對DK252+596～+607段采用“外側明做、內側暗挖”的施工方法。為保證淺埋偏壓段暗洞施工安全，在隧道洞口段增設加固樁。

3.2" "優化方案

將洞門型式由倒切式改為單壓式，DK252+587～+596段采用明挖法施作洞門結構，靠近洞口上部設置1：1.25的邊坡和厚50cm黏土隔水層。

DK252+596～+607段采用“外側明做、內側暗挖”的施工方法，先施作外側大邊墻，并在外側拱部設C35鋼格柵混凝土護拱，然后進行洞頂回填，夯實土體。內側拱部設超前支護（采用φ42超前小導管，長4.0m，環向間距40cm）再進行暗挖處理。

施工支護采用錨、噴、網結合，并設1榀/0.5m的型鋼鋼架，提高邊坡穩定性。此外，在隧道洞口段左右兩側增設加固樁并接長明洞進行防護。

4" "采用新方案后穩定性分析

4.1" "施工新方案

對鄭家崗二號隧道分別開展進口截水溝施工、邊仰施工、DK252+596～+607段套拱及管噴施工、DK252+607～+630段加固樁施工、DK252+596～+607段明洞施工等工序。為確保進洞施工安全，經過研究決定，在洞口DK252+607～+630段左側增加5根加固樁，右側增加3根加固樁，截面為2m×3m，左側樁基長度為24～30m，右側均為40m。

4.2" "監測方案

淺埋偏壓洞口段優化設計方案和加固施工完成后，立即在DK251+610的地表、拱頂、兩側拱腰設置監測點，開展為期28d的監測試驗。地表監測點分別設為A1、A2點，拱腰兩側監測點設置為B1、B2點，拱頂監測點設置為C點，并對優化設計和加固工況下各監測點的沉降和收斂進行分析。

4.3" "穩定性分析

4.3.1" "地表監測結果

圖1為優化設計和加固下地表沉降監測變化曲線。由圖1可知，地表累計沉降隨著時間增長呈現先緩慢再迅速后平穩增加的變化趨勢；而地表累計沉降速率大致為先迅速增加再逐漸減小至平穩的變化趨勢。

監測時間28d完成后，地表A1、A2監測點累計沉降最大值分別為12mm、13.9mm，相比于原設計方案，優化設計和加固后地表沉降降低了73.8%和69.7%；同理，A1、A2監測點在第7d的地表沉降量最大值分別為1.95mm和2.01mm，單日最大沉降速率達到2.01mm/d、1.95mm/d；A1監測點主要沉降量發生在11d前，比A2監測點提前3d，分別占比總沉降量的92.5%和93.9%；監測15d后，兩個地表監測點的沉降速率大致在-0.1137～0.0716mm/d之間，沉降量在可控范圍之內。

研究結果表明：優化設計和加固后淺埋偏壓隧道洞口段的地表沉降有顯著降低，地表沉降得到了有效控制。

4.3.2" "拱頂監測結果

圖2為優化設計和加固下拱頂沉降和收斂及速率變化曲線。由圖2可知，拱頂沉降和收斂隨時間增長呈現先迅速增加后平穩的變化趨勢；而拱頂沉降和收斂速率同地表沉降速率有相同變化趨勢。

監測時間28d內，拱頂C監測點累計沉降和收斂的最大值分別為27.5mm、22.5mm。由于偏壓的作用，拱頂收斂向左偏移，相較于原設計方案，優化設計和加固后分別降低了78.1%和73.5%；拱頂沉降速率的最大值為5.63mm/d，發生在第3d，而最大收斂速率為3.67mm/d，發生在第7d，相較于地表最大沉降量的時間提前4d，拱頂沉降先于地表發生，地表沉降具有延遲性。

研究結果表明：經過優化設計和加固后，拱頂累計沉降相較于原設計方案均有明顯減小趨勢，增強了支護結構的承載能力。

4.3.3" "左右拱腰監測結果

圖3為優化設計和加固下拱腰沉降和收斂及速率變化曲線。由圖3可知，拱腰沉降和收斂均隨時間增長呈現先迅速增加后平穩的變化趨勢。左、右拱腰的B1、B2監測點累計沉降最大值分別為9.26mm、8.07mm，左、右拱腰累計收斂最大值為7.26mm、6.38mm；左拱腰沉降和收斂整體小于右拱腰，拱腰兩側產生不均勻沉降和收斂。分析認為，由于洞口段坡面陡峭、地形起伏較大，存在嚴重偏壓，導致圍巖受力不均勻。

對左、右拱腰進行沉降和收斂速率監測，兩側拱腰的最大沉降速率分別發生在第5d和第6d，其速率為1.42mm/d和1.66mm/d；兩側拱腰的最大收斂速率分別為0.98mm/d和0.95mm/d，分別發生在第6d和第7d。根據最大沉降和收斂的速率及時刻，若超過監控預測的安全預警值，需要停止隧道施工，及時采取加固措施，待沉降和收斂速率降低后，則繼續施工。

研究結果表明：淺埋偏壓段隧道洞口通過優化設計方案和增設加固樁的方式，有效減小了其沉降和收斂。

5" "結束語

本文針對淺埋偏壓段隧道進洞存在偏壓、巖體破碎及支護結構不穩定等問題，依托鄭家崗二號隧道為工程背景，對原設計方案進行優化設計，提出加固方案，并制定了監測方案。

對淺埋偏壓段隧道洞門采用倒切式，將洞門類型更改為單壓式，并提出具體優化設計方案。DK252+587～+596段采用明挖法施作洞門結構，DK252+596～+607段采用“外側明做，內側暗挖”施工方法，在并外側施作大邊墻，拱部設C35鋼格柵混凝土護拱，內側拱部施作φ42超前小導管，環向間距40cm的超前支護，最后錨、噴、網結合加固邊坡土體。

在優化設計方案基礎上，提出加固措施。DK252+607～+630段左側增加5根加固樁，右側增加3根加固樁，并制定了詳細監測方案，將地表、拱頂、兩側拱腰作為重點監測對象，為后續穩定性分析提供支持。

地表A1、A2監測點的累計最大沉降分別為12mm、13.9mm，相較于原設計方案降低了73.8%和69.7%；拱頂C監測點的累計最大沉降和收斂分別為27.5mm、22.5mm，降低了78.1%和73.5%；兩側拱腰B1、B2監測點的累計沉降和收斂分別為9.26mm、8.07mm和7.26mm、6.38mm。

洞門采用優化設計和加固措施后，淺埋偏壓段隧道洞門段各監測點的沉降和收斂均有所降低，有效改善了偏壓帶來的不均勻沉降，提高了隧道施工安全和穩定性。

參考文獻

[1] 周川，王進，馬冰，等.淺埋偏壓隧道洞口鉆爆設計及支護體系研究[J].山西建筑，2024，50（2）：158-161.

[2] 趙金洪，陳紹清，劉恒瑞.大斷面偏壓隧道超淺埋洞口施工關鍵技術[J].重慶建筑，2024，23（6）：44-47.

[3] 張洋.淺析高速公路淺埋偏壓隧道山體的加固[J].四川水泥，2022（5）：190-192.

[4] 代樹林，左天宇，侯晶石，等.地形偏壓隧道地表處理措施分析[J].科學技術與工程，2020，20（8）：3308-3314.

[5] 周克實.鐵路三線大斷面隧道淺埋偏壓（洞口）段施工技術及安全措施[J].中外建筑，2019（4）：206-208.

[6] 王年近，張洋溢，王曉勇.削坡影響的淺埋偏壓隧道洞口安全性優化設計研究[J].四川水泥，2021（10）：297-298.