趙柏文

(中鐵二院貴陽設計研究院有限責任公司，貴州貴陽 550002)

0 引言

近年來，我國西南地區(qū)的幾個鐵路項目陸續(xù)開工建設，現(xiàn)場施工過程中發(fā)現(xiàn)有些隧道洞口設計文件與實際施工的結(jié)合做得不夠好，設計要求避免大刷大挖［1－4］，但結(jié)合施工實際往往很難做到，現(xiàn)場施工實際與設計意圖不符，給施工及運營安全埋下隱患。經(jīng)查閱相關資料發(fā)現(xiàn)目前針對洞口設計方面的研究關注比較多的是特殊地形［5－6］、地質(zhì)條件下［7］的進洞方案以及洞口景觀、新型洞門形式［8］等，關于施工對隧道洞口設計的影響少有涉及，本文引用幾個洞口設計與施工實際的對比案例，分析隧道設計與隧道施工條件結(jié)合對隧道施工及運營安全的影響，以渝黔線羊角一號隧道洞口設計為例，提出結(jié)合洞口便道引入優(yōu)化洞口設計的思路，將結(jié)合施工條件確定洞口設計作為一條原則貫徹到隧道洞口設計過程中，特別是洞口地形陡峻時，設計應為施工便道的引入預留條件，使設計文件與實際施工更好地結(jié)合起來。

1 洞口設計現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 洞口設計的現(xiàn)狀

隧道洞口位置應根據(jù)地形、地貌、地質(zhì)、水文等條件，貫徹“早進晚出，不破壞或少破壞自然地貌和地表植被”的原則，同時結(jié)合洞內(nèi)外相關工程、施工條件及運營要求確定。盡可能采用“無仰坡臨界點”進洞，盡量避免刷坡，減少中心挖深及邊、仰坡高度，減少對洞口坡面的擾動，以不破壞或少破壞原地表為宜，必要時采用預加固措施。

1.2 洞口設計存在的問題

在近幾年的工程實踐中發(fā)現(xiàn)目前在隧道洞口設計方面能夠很好地結(jié)合地形、地貌、地質(zhì)及水文條件，也很好地貫徹了“早進晚出，不破壞或少破壞自然地貌和地表植被，無仰坡臨界點進洞”的設計理念，但在滿足施工條件方面還做得不夠好，在洞口設計時，設計意圖多為不破壞或少破壞洞口原地貌，但是當遇到控制工期的隧道工程，或者部分隧道要求獨頭施工時，需要在陡坡洞口開辟工作面及引入施工便道，由于場地狹窄，施工單位不能完全貫徹洞口避免大刷大挖的意圖，造成了現(xiàn)場施工實際與設計脫節(jié)現(xiàn)象。

2 未結(jié)合施工條件的工程案例

2.1 案例1

2.1.1 隧道概況

長洪嶺隧道是新建鐵路重慶至利川線的重點工程，全長13.29 km，隧道主要穿越侏羅系上統(tǒng)遂寧組、中統(tǒng)沙溪廟組泥巖夾砂巖、砂巖，隧道設有橫洞及斜井，共分為5個工區(qū)，其中進口工區(qū)承擔2.4 km的正洞施工。

2.1.2 隧道進口設計情況

該隧道進口原設計為臺階式洞門，洞口處路基面開挖寬度為13.6 m，線路左右兩側(cè)設計10 m和8 m高的擋墻，建筑材料為C25混凝土，端墻厚1.5 m，建筑材料為C30鋼筋混凝土，洞口正面設計圖如圖1所示。

圖1 案例1洞口正面設計圖Fig.1 Case 1:tunnel portal designed

2.1.3 隧道進口施工情況

隧道施工開辟進口工區(qū)，從隧道洞口右側(cè)引入施工便道，由于洞口場地狹窄，不可避免地需要將原設計文件中洞口右側(cè)的擋墻及土體開挖至路基面，設計文件與施工實際存在較大出入，原設計文件中未涉及施工便道引入對洞口工程影響的內(nèi)容，施工中結(jié)合便道引入對洞口的開挖及支擋結(jié)構(gòu)做了變更，變更后施工便道從隧道右側(cè)引入，隧道洞口照片如圖2所示。從圖2可以看出，洞口右側(cè)沒有了端墻與擋墻共同受力的結(jié)構(gòu)，端墻高度過高，不利于隧道仰坡穩(wěn)定。

圖2 案例1洞口施工后照片F(xiàn)ig.2 Case 1:tunnel portal built

2.2 案例2

2.2.1 隧道概況

貴陽市域鐵路的某隧道全長2.3 km，全隧施工分為進口和橫洞2個工區(qū)，其中，進口工區(qū)承擔1.5 km的隧道施工任務，但隧道進口仰坡陡峻，與橋臺距離較近，洞口段為泥質(zhì)白云巖，巖性較差。

2.2.2 隧道進口設計情況

隧道進口原設計為柱式洞門，洞口處路基面開挖寬度為13.6 m，端墻厚1.5 m，建筑材料為 C30混凝土，隧道兩側(cè)邊坡按穩(wěn)定邊坡率開挖，滿足洞口結(jié)構(gòu)寬度及橋臺設置要求，洞口正面設計圖如圖3所示。

圖3 案例2洞口正面設計圖Fig.3 Case 2:tunnel portal designed

2.2.3 隧道進口施工情況

隧道施工開辟進口工區(qū)，從隧道洞口右側(cè)引入施工便道，由于洞口場地狹窄，不可避免地需要將原設計文件中洞口右側(cè)的土體開挖至路基面，設計文件與施工實際存在較大出入，原設計文件中未涉及這部分內(nèi)容，所以結(jié)合便道引入對洞口的開挖做了變更。為防止山體出現(xiàn)側(cè)滑，在坡腳設置混凝土垛墻，保證坡面穩(wěn)定的措施過于單薄，當遇雨季施工時，很難確保洞口坡體的穩(wěn)定。隧道施工開挖后的隧道洞口照片如圖4所示。

圖4 案例2洞口施工后照片F(xiàn)ig.4 Case 2:tunnel portal built

2.3 案例3

2.3.1 隧道概況

貴陽市域鐵路的某隧道全長2.4 km，全隧施工均由出口工區(qū)承擔，隧道洞口仰坡陡峻，且與橋臺相鄰，地表植被發(fā)育，覆土較厚，洞口段為泥質(zhì)白云巖，巖性較差。

2.3.2 隧道出口設計情況

隧道進口原設計為擋墻式洞門，洞口處路基面開挖寬度為13.6 m，端墻厚1.8 m，建筑材料為C30混凝土，隧道兩側(cè)邊坡設置7 m高的C25混凝土擋土墻，擋墻厚0.8 m，滿足洞口結(jié)構(gòu)寬度及橋臺設置要求，洞口正面設計如圖5所示。

圖5 案例3洞口正面設計圖Fig.5 Case 3:tunnel portal designed

2.3.3 隧道出口施工情況

隧道施工開辟出口工區(qū)，從隧道洞口左側(cè)引入施工便道，由于洞口場地狹窄，不可避免地需要將原設計文件中洞口左側(cè)的土體開挖至路基面，設計文件與施工實際存在較大出入，原設計文件中未涉及這部分內(nèi)容，所以結(jié)合便道引入對洞口的開挖及支擋結(jié)構(gòu)做了變更，隧道洞口開挖照片如圖6所示，施工實際與設計不符，仰坡開挖高度較大且無預加固措施，坡面經(jīng)多次復噴，局部已出現(xiàn)剝離，如遇連續(xù)陰雨天氣，則無法保證施工安全。

圖6 案例3洞口施工后照片F(xiàn)ig.6 Case 3:tunnel portal built

3 結(jié)合施工條件的工程案例

3.1 案例4

3.1.1 隧道概況

羊角一號隧道為渝黔線的重點隧道之一，位于重慶市綦江縣境內(nèi)，隧道全長5 726 m，為巖溶單面坡隧道，隧道進口以外11 m處為觀音河雙線特大橋，隧道進口段2.7 km的隧道施工任務由進口工區(qū)承擔。洞口段基巖為灰?guī)r，中厚層狀，現(xiàn)狀穩(wěn)定，但隧道仰坡順層，對開挖后仰坡的穩(wěn)定性影響較大。

3.1.2 便道引入設計

隧道進口下方為既有渝黔高速公路，洞口施工場地狹窄，高速公路右側(cè)是一條與既有210國道相連的鄉(xiāng)村公路，結(jié)合既有道路情況，設計時考慮施工便道從線路左側(cè)的既有鄉(xiāng)村公路上引出，在既有高速公路橋下通過高速公路，在隧道洞口附近時以10%的縱坡由隧道左側(cè)引入，施工便道平面布置如圖7所示。

圖7 進口施工便道引入示意圖Fig.7 Access road to tunnel portal

3.1.3 洞口設計方案優(yōu)化

由于隧道仰坡順層，且考慮到施工便道引入增加了隧道左側(cè)的開挖范圍，為了保證施工安全，擴大了隧道左側(cè)隧道仰坡臨時開挖面的預加固范圍，優(yōu)化前后的隧道洞口正面設計圖見圖8。

圖8 優(yōu)化前后進口正面設計圖Fig.8 Original tunnel portal design VS optimized tunnel portal design

3.1.4 隧道洞口優(yōu)化前后比較

優(yōu)化后隧道洞口增大了左側(cè)的開挖及防護范圍，更符合隧道的施工實際情況，對隧道左側(cè)端墻后土體進行預加固設計，增加了2根預加固樁，隧道進口工區(qū)施工期間，施工便道的開挖與洞口開挖一并考慮支擋結(jié)構(gòu)，更有利于隧道施工期間仰坡的穩(wěn)定，確保了隧道的施工及運營安全。

4 結(jié)論與建議

類似本文前3個案例的情況在目前西南山區(qū)隧道洞口設計中經(jīng)常出現(xiàn)，設計時貫徹不破壞或少破壞原始地貌的設計理念，要求不刷方或者少刷方，但隧道施工時由于便道引入不可避免地改變了原始地貌，造成了施工過程中的變更，對于支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、隧道的施工進度、施工中臨時邊仰坡的穩(wěn)定、施工安全等均產(chǎn)生不利影響。

案例4的設計與實際施工更加契合，設計將洞口邊仰坡的開挖及支擋結(jié)構(gòu)與施工便道的開挖及支擋結(jié)構(gòu)結(jié)合考慮，加寬洞門端墻擋護及仰坡的預加固范圍，保證了隧道的施工及結(jié)構(gòu)安全。

目前，部分鐵路隧道洞口存在設計理念與現(xiàn)場施工實際脫節(jié)的現(xiàn)象，當洞口地形開闊時施工因素對隧道洞口的設計影響較小，但是在艱險山區(qū)的隧道設計中應該重視施工因素的影響，將結(jié)合施工條件確定洞口設計作為一條原則貫徹到設計過程中。如果施工便道引入對洞口結(jié)構(gòu)有影響時，應該在隧道洞口設計時為便道的引入預留條件，當洞口仰坡陡峻且橋隧相連時，也可以在洞口旁側(cè)開辟短橫洞、斜井等輔助施工通道，避免橋、隧施工的相互干擾。

另外，施工因素還包括很多方面，本文僅從施工便道引入方面論述了施工對洞口設計的影響，還需要廣大設計者從實踐中歸納總結(jié)，從而使隧道洞口設計文件能夠更好地與實際施工相結(jié)合，更好地指導施工。

［1］ 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［2］ 高速鐵路隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［3］ TZ 204—2008鐵路隧道工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［4］ TB 10003—2005鐵路隧道設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］ 高珍忠，郭小紅，柯小華，等.傍山公路隧道洞口設計［J］.公路隧道，2010(1):28 －31.

［6］ 金美海，高海偉，李連習.隧道洞口設計探討［J］.施工技術，2006(S1):75 －76.(JIN Meihai，GAO Haiwei，LI Lianxi.Discussion on design of tunnel portal［J］.Construction Technology，2006(S1):75 －76.(in Chinese))

［7］ 李志厚，吳華金，劉宏.軟弱圍巖段隧道洞口工程的設計與施工［J］.現(xiàn)代隧道技術，2002(6):47－50.(LI Zhihou，WU Huajin，LIU Hong.Portal design and construction of tunnels in soft ground［J］.Modern Tunneling Technology，2002(6):47 －50.(in Chinese))

［8］ 洪春林，王飛.隧道洞口設計施工新理念［J］.公路交通科技:應用技術版，2010(5):199 －201.(HONG Chunlin，WANG Fei.New concept of tunnel portal design and construction［J］.Technology of Highway and Transport:Application Technology，2010(5):199 －201.(in Chinese))