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摘要:公路隧道建设过程中经常遇到沟谷地形的隧道洞口,本文结合洋中隧道左线进口设计情况,对设计施工中常用的四种方案进行探讨,选取了沟谷地形最优进洞方案。
关键词:沟谷地形、隧道洞口
1引言
近年来,基础设施建设事业发展迅猛,其中高速公路建设也是如火如荼。由于山区地形复杂多变,选线时常需要沿沟谷展线,当在沟谷尽头遇到无法克服的地形高差,必须设置隧道,因此在沟谷地形进洞的情况就屡见不鲜,本文结合洋中隧道左线进口设计施工情况,对沟谷地形进洞条件下的隧道进洞方案设计进行探讨,选择最优方案。
2概况
洋中隧道为杭绍台高速公路绍兴金华段一座双向四车道隧道,设计速度为100km,建筑限界宽度为11.00m,高度为5.0m。洋中隧道右线长349m,左幅长325m。隧道测设线间距16m,设计为小净距隧道。
3地形地貌
隧址区属构造剥蚀丘陵地貌区,隧道范围内中线高程88.1m~153.2m,最大相对高差64.9m,山体自然坡度20°~40°,地表植被发育,多为松树、灌木。隧道进口位于沟谷,自然山坡基本稳定。
4工程地质条件
隧道进口,地面自然边坡稳定,无滑坡坍塌等不良地质现象。
上覆较厚的残坡积粉质粘土层,下伏熔结凝灰岩,强风化层较薄,中风化埋深浅,节理裂隙发育,岩体较破碎-完整,自然边坡稳定性较好。
5方案探讨
(1)明洞方案
左幅隧道中心线拱顶以上埋深在3m左右的浅埋段长达44m,若选择先开挖后施作明洞的方案,左洞明洞段左右侧将进行放坡处理,由于左洞位于沟谷,隧道中心埋深较小,右侧山坡相对较高。左洞明洞段边坡共三级,如图2所示。明洞施工完成后,拱顶以上将进行回填,但边坡较高,不能全部回填,只能回填到拱顶以上3~5m,上面两级坡将永久外露,为保证运营阶段边坡稳定、安全,需适当加强防护。开挖后的临空面距右洞设计开挖外轮廓线只有8m~9m。若先施工右幅隧道,在施工左幅明洞的过程中,开挖边坡会对已施工完的右洞支护、衬砌造成较大的扰动;若先施工左幅明洞,则后续施工右洞时,右洞左侧拱肩覆盖层较薄,不进行特殊处理难以成洞,而且会对左幅已施作完成的右侧边坡造成影响。同时该隧道进口段地质条件较差,粉质粘土覆盖层较厚,岩石破碎。因此,左洞进口段若采用明洞开挖方案,对右洞干扰和施工风险都较大。
图2洋中隧道进口端左幅明洞方案图
(2)路堑方案
若该处左幅选择右侧设挡墙支挡的路基方案,同样将进行将对山体进行开挖,施工路基边坡,左右侧均为永久边坡。虽然选用路基挡墙可减少开挖,但减少的开挖量有限,路基段含挡墙的边坡仍为三级坡,挡墙高8m,二、三级边坡坡率采用1:0.75,如图3所示。左、右幅施工时的相互影响同明洞方案类似。如果先施工右幅隧道,开挖左幅边坡时同样会干扰右幅隧道的支护、衬砌;若先施工左幅路基,则后续施工右洞时,右洞左侧拱肩覆盖层较薄,成洞困难,而且会对左幅已施作完成的右侧边坡造成影响。左幅开挖后形成的临空面距右洞设计开挖外轮廓线仅9m左右,且由于开挖后存在的边坡将永久外露,方案对右洞影响超过方案1。
(3)拱顶回填注浆方案
拱顶回填注浆方案的目的是为了最终暗洞进洞的安全顺利,以保证进洞过程和支护衬砌之前的安全,在左幅沟谷原地表上方回填C15片石混凝土反压拱顶浅埋段。同时,为了充分发挥左幅洞身周边围岩的自承能力,实现NATM的理念,对左幅洞身两侧地表以下原装地层采用Φ50钢花管注浆。该方案避免了采用明挖法,不会出现明洞方案和路基方案中过度开挖山体的现象,左、右幅的相互干扰最小,但从施工工艺和施工质量的角度出发,对粉质粘土地层进行注浆施工,注浆后的效果存在很大的不确定性,粉质粘土中浆液很难扩散,难以达到理想的固结效果,因此回填片石混凝土和注浆施工完成后,在后续的洞身开挖过程中仍有可能会出现塌方冒顶、成洞困难的问题。
图4洋中隧道进口端左幅拱顶回填注浆方案图
(4)半明半暗方案(拱部护拱法)
为了尽量减少洞口山体的破坏,避免施工时左洞的开挖爆破以及形成临空面对右洞产生安全隐患,同时也考虑到左洞埋深较浅且浅埋段较长,暗挖进洞掘进过程中非常容易发生坍塌。洋中隧道左洞采用的进洞方案需考虑两个主要问题:一是要保证左洞暗挖进洞过程的安全;二是要避免左洞明挖施工对右洞的影响。以此为出发点,在选择左洞的进洞方案过程中,设计了一套方案:开挖左洞拱顶左侧60°和右侧45°范围内的土体,形成护拱的施作空间,护拱以下先进行超前支护,暗挖后喷混凝土,施作系统锚杆和架设工字钢等初期支护,最后进行二次衬砌。即在隧道拱顶上方采用模板现浇混凝土护拱,护拱以下洞身进行暗挖施工,即拱部护拱的半明半暗法,也称盖挖法,如图5所示。
(5)方案探讨
以上四种方案在实际施工过程中都能实现,但各方案各有优缺点,本文对各方案优缺点进行简要的探讨如下:
1)明洞方案
①优点
隧道暗洞浅埋段大幅减少,暗洞进洞难度降低,风险减小;
②缺点
开挖量大,尤其是右侧放坡较高,对原装地貌和生态环境破坏大,同时对右洞的影响大。项目所在地湿润多雨,若施工不当则安全隐患较大。
2)路基方案
①优点
挖开浅埋段山体,施工路堑边坡,避免了浅埋隧道的处置。
②缺点
路堑边坡较高,挖方量较大,左右幅之间相互影响大,施工风险和后期运营风险都较大。
3)拱顶回填注浆方案
①优点
避免了对山体的大开挖,符合绿色环保理念,左右幅相互影响小。且回填混凝土能抵消一部分右洞的地形偏压,施工渐变,后期运营的安全风险小。
②缺点
注浆效果不易控制,且地表粉质粘土层较厚,项目所在地雨水较多,粉质粘土层浸水后,浆液不易充分扩散,地表注浆不仅不能达到固结地层的预期效果,反而增加了增加荷载,施工过程中依然容易发生拱顶大变形,甚至坍塌。
4)半明半暗方案(拱部护拱法)
①优点
仅开挖拱顶部分土体,其他部位采用暗挖,开挖量最少,很好的保护了生态环境,契合业主要求的“绿色环保,打造美丽公路”的理念。既能保证左洞暗挖进洞过程的安全,又能避免左右幅的相互影响。
②缺点
施工工序较多,各工序之间环环相扣;对施工技术要求也较高。
通过对本文提出的四种方案的对比分析和探讨,综合来看,对于洋中隧道进口段的沟谷地形,左洞进洞方案采用拱部护拱的半明半暗法是最合适。
6结语
通过对洋中隧道四种典型进洞方案的对比分析和探讨,采用拱部护拱的半明半暗法洞是最安全的,该方法适用与沟谷地形。它能有效减少开挖,降低边坡高度,从而达到保护生态环境,降低风险的目的。
参考文献:
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