沟谷地形隧道洞口设计方案探讨

沟谷地形隧道洞口设计方案探讨

贾铮1葛宏亮2

华杰工程咨询有限公司北京100029

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：

[1]《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）.北京：人民交通出版社，2004.

[2]关宝树.隧道工程设计要点集.北京：人民交通出版社，2003.

[3]李建军．陡峭地形条件山岭隧道免刷坡绿色洞口修建技术[J]．现代隧道技术，2013，50（4）.

[4]赵永国，龙涛，韩常领．基于环保新理念的山区公路隧道进洞设计与施工方案[J]．公路，2009（10）.