路美麗

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京市 102600)

一般情況下隧道洞口所處的地質(zhì)條件較差，巖石破碎、松散、風(fēng)化嚴(yán)重，傳統(tǒng)的進(jìn)洞方式是洞口邊仰坡放坡開(kāi)挖、防護(hù)，達(dá)到一定的進(jìn)洞條件后再進(jìn)洞施工。這樣容易形成較高的臨空面，不利于洞口邊仰坡的穩(wěn)定，且使洞口景觀、植被和生態(tài)環(huán)境受到不同程度的破壞。盡管有些洞口采用接長(zhǎng)明洞回填綠化的方式加以補(bǔ)救，但對(duì)于原生植被的破壞還是比較大，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)成本的增加。

近年來(lái)，隨著我國(guó)高鐵建設(shè)的快速發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，基于環(huán)保理念的隧道洞口“零開(kāi)挖”越來(lái)越受到工程技術(shù)人員的重視和不斷的工程實(shí)踐，其中前置式洞口工法是理想的零開(kāi)挖形式[1-4]，但其需要具備一定的地形地質(zhì)等適用條件，同時(shí)會(huì)增加隧道長(zhǎng)度和一定的工程造價(jià)。大量工程實(shí)踐[5-8]進(jìn)一步豐富了“零開(kāi)挖”的理念，其核心是根據(jù)洞口處山體的自然坡度和地形地質(zhì)條件，確定最小刷坡線(xiàn)或盡量不刷仰坡，僅在小范圍內(nèi)進(jìn)行土方開(kāi)挖后施做護(hù)拱和管棚，利用護(hù)拱和管棚的拱效應(yīng)創(chuàng)造進(jìn)洞條件，實(shí)現(xiàn)快速、環(huán)保進(jìn)洞的施工方式。結(jié)合安九高鐵聯(lián)絡(luò)線(xiàn)段龍山1號(hào)隧道進(jìn)出口的地形地質(zhì)情況，通過(guò)進(jìn)洞方案優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了“零開(kāi)挖”仰坡進(jìn)洞的理念。

1 工程概況

新建安慶至九江高鐵長(zhǎng)196.566km。其中安慶西至廬山段正線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)速350km，安慶至安慶西聯(lián)絡(luò)線(xiàn)段長(zhǎng)27.47km，設(shè)計(jì)時(shí)速200km。聯(lián)絡(luò)線(xiàn)沿線(xiàn)共設(shè)置三座隧道。隧道開(kāi)工后，為解決征地困難和貫徹建設(shè)單位提出的“生態(tài)安九，智能建造”的管理理念，減少隧道開(kāi)挖對(duì)坡面原生植被體系的破壞，基于施工單位對(duì)隧道淺埋進(jìn)洞施工技術(shù)的掌握水平和“零開(kāi)挖”理念的進(jìn)洞方式，對(duì)龍山1號(hào)隧道兩端洞口的進(jìn)洞方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 龍山1號(hào)隧道進(jìn)口方案

2.1 地形、地質(zhì)概況

本隧道洞口地層巖性為三疊系中統(tǒng)銅頭尖組(T2t)粉砂巖，紫紅色-青灰色，中厚層至厚層，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)。洞口段強(qiáng)風(fēng)化層厚約2～4m，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖體破碎，Ⅳ級(jí)軟石，σ0=600kPa；以下主要為弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，Ⅳ級(jí)軟石，σ0=1000kPa。有一定程度的偏壓。

2.2 原設(shè)計(jì)進(jìn)洞方案

結(jié)合洞口段地質(zhì)、地形情況，并考慮減少短路基，本隧道洞口與橋梁相接，橋隧分界里程為ZDK15+428.93。洞口段設(shè)59.07m(含19m帽檐斜切式洞門(mén)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度)長(zhǎng)的明洞后進(jìn)洞，明暗分界里程按洞頂最小覆土厚度不小于2m，暗洞洞身進(jìn)入弱風(fēng)化粉砂巖地層的思路確定，明暗分界里程確定為ZDK15+488。明暗分界處設(shè)1m厚導(dǎo)向墻配合Φ108超前大管棚進(jìn)洞施工。

洞口及明洞段臨時(shí)開(kāi)挖邊坡坡率1∶0.75，最高臨時(shí)邊坡處位于明暗分界處，高約28.3m(含邊墻直立邊坡)，設(shè)三級(jí)邊坡。臨時(shí)邊仰坡采用錨噴(網(wǎng))防護(hù)，噴C25混凝土10cm厚，鋼筋網(wǎng)Φ8，間距25cm×25cm，砂漿錨桿長(zhǎng)3.0m，間距1.2m×1.2m。明暗分界斷面處永久邊仰坡坡率為1∶1，邊坡最高約10.4m，仰坡約2.5m，采用拱形骨架護(hù)坡。洞口段縱斷面及明暗分界進(jìn)洞處橫斷面如圖1和圖2所示。

圖1 原設(shè)計(jì)進(jìn)口縱斷面(單位：cm)

圖2 原設(shè)計(jì)進(jìn)口明暗分界處橫斷面(單位：cm)

2.3 優(yōu)化后進(jìn)洞方案

現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)工后，由于征地難度較大，結(jié)合該隧道洞口的實(shí)際地形地質(zhì)情況，并基于施工單位有處理隧道淺埋進(jìn)洞的經(jīng)驗(yàn)，在優(yōu)化方案中，打破了常規(guī)設(shè)計(jì)中“明暗分界里程按洞頂最小覆土厚度不小于2m”的理念，通過(guò)將明暗分界位置向洞外方向合理外移，導(dǎo)向墻長(zhǎng)度由1m調(diào)整為2m的方式，實(shí)現(xiàn)了仰坡“零開(kāi)挖”進(jìn)洞的理念。

優(yōu)化后的明暗分界里程為ZDK15+482.5，明暗分界處臨時(shí)邊坡高19.85m(含邊墻直立邊坡)。優(yōu)化后的洞口段縱斷面及明暗分界進(jìn)洞處橫斷面如圖3和圖4所示。

圖3 優(yōu)化后進(jìn)口縱斷面(單位：cm)

圖4 優(yōu)化后進(jìn)口明暗分界處橫斷面(單位：cm)

2.4 方案比較

相對(duì)原設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案通過(guò)明暗分界里程向洞外調(diào)整5.5m，導(dǎo)向墻長(zhǎng)度增加1m的優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)了隧道洞口“零開(kāi)挖”仰坡進(jìn)洞的理念。最大臨時(shí)邊坡由原設(shè)計(jì)的28.3m降低為19.85m，永久仰坡由原設(shè)計(jì)的2.5m降低為0m，由此挖方量減少1530m3，臨時(shí)邊坡錨噴防護(hù)量減少35m3，鋼筋網(wǎng)減少1091kg，錨桿長(zhǎng)度減少719m；洞口占地由原設(shè)計(jì)的7.85畝降低為5.24畝。通過(guò)方案優(yōu)化，大大降低了隧道洞口開(kāi)挖對(duì)原生植被的破壞。

3 龍山1號(hào)隧道出口方案

3.1 地形、地質(zhì)概況

本洞口段地形仍存在一定的偏壓?？睖y(cè)階段因外部環(huán)境因素?zé)o法進(jìn)場(chǎng)而造成了勘探遺留，因此原設(shè)計(jì)進(jìn)洞方案是基于勘測(cè)階段的推測(cè)地質(zhì)開(kāi)展的。隧道開(kāi)工后開(kāi)展了補(bǔ)充勘察工作，變更設(shè)計(jì)方案基于補(bǔ)勘后的地質(zhì)情況并結(jié)合現(xiàn)狀地形及施工單位的水平基礎(chǔ)上開(kāi)展。

3.2 原設(shè)計(jì)進(jìn)洞方案

由于山坡上植被茂密，洞口地層主要是根據(jù)坡腳開(kāi)挖陡坎處地層(閃長(zhǎng)巖)出露情況結(jié)合物探資料開(kāi)展的推測(cè)性地質(zhì)填繪，洞口地層主要為基巖出露，出露地層為燕山期閃長(zhǎng)巖，由上往下依次為全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層和弱風(fēng)化層。

由于隧道洞口仰坡較陡且洞口前方為既有礦區(qū)道路，結(jié)合洞口地形地質(zhì)情況，本洞口設(shè)計(jì)與橋梁相接，洞門(mén)采用倒切式洞門(mén)，橋隧分界里程為ZDK16+179.4。明暗分界里程按洞頂最小覆土厚度不小于2m的思路確定為ZDK16+159，洞口明洞段(即洞門(mén)長(zhǎng)度)長(zhǎng)20.4m。明暗分界處設(shè)1m厚導(dǎo)向墻配合Φ108超前大管棚進(jìn)洞施工。

洞口及明洞段臨時(shí)開(kāi)挖邊坡坡率1∶0.75，最高臨時(shí)邊坡處位于明暗分界處，高約26.1m(含邊墻直立邊坡)，設(shè)三級(jí)邊坡。臨時(shí)邊仰坡采用錨噴(網(wǎng))防護(hù)，噴C25混凝土10cm厚，鋼筋網(wǎng)Φ8，間距25cm×25cm，砂漿錨桿長(zhǎng)3.0m，間距1.2m×1.2m。明暗分界斷面處永久邊仰坡坡率為1∶1.25，邊坡最高約9.9m，仰坡約6.87m，采用拱形骨架護(hù)坡。洞口段縱斷面及明暗分界進(jìn)洞處橫斷面如圖5和圖6所示。

圖5 原設(shè)計(jì)出口縱斷面(單位：cm)

圖6 原設(shè)計(jì)出口明暗分界處橫斷面(單位：cm)

3.3 優(yōu)化后方案

為降低施工征地難度，結(jié)合補(bǔ)勘后的實(shí)際地質(zhì)情況和洞口實(shí)際地形，基于施工單位的施工水平，在洞口變更設(shè)計(jì)中，打破了常規(guī)設(shè)計(jì)中“明暗分界里程按洞頂最小覆土厚度不小于2m”的理念，通過(guò)將明暗分界位置向洞外方向合理外移、洞門(mén)回填坡面坡率調(diào)整、導(dǎo)向墻長(zhǎng)度調(diào)整為2m的方式，實(shí)現(xiàn)了仰坡“零開(kāi)挖”進(jìn)洞的理念。優(yōu)化后的明暗分界里程為ZDK16+163.4，明暗分界處臨時(shí)邊坡高18.3m。優(yōu)化后的洞口段縱斷面及明暗分界進(jìn)洞處橫斷面如圖7和圖8所示。

圖7 龍山1號(hào)隧道出口優(yōu)化后縱斷面

圖8 龍山8號(hào)隧道出口優(yōu)化后明暗分界處橫斷面

3.4 方案比較

通過(guò)明暗分界里程向洞外調(diào)整4.4m，導(dǎo)向墻長(zhǎng)度增加1m的優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)了隧道洞口“零開(kāi)挖”仰坡進(jìn)洞的理念。最大臨時(shí)邊坡由原設(shè)計(jì)的26.1m降低為18.3m，永久仰坡由原設(shè)計(jì)的6.87m降低為0m，由此挖方量減少2778m3，臨時(shí)邊坡錨噴防護(hù)量減少70m3，鋼筋網(wǎng)減少2212kg，砂漿錨桿長(zhǎng)度減少1459m；洞口用地由原設(shè)計(jì)的3.51畝降低為2.70畝。通過(guò)方案優(yōu)化，大大降低了隧道洞口開(kāi)挖對(duì)原生植被的破壞。

4 結(jié)論

采用“零開(kāi)挖”進(jìn)洞理念，對(duì)安九高鐵龍山1號(hào)隧道進(jìn)出口設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，順利實(shí)現(xiàn)了仰坡零開(kāi)挖進(jìn)洞，降低了洞口邊仰坡開(kāi)挖高度、減少了洞口土方開(kāi)挖方量和防護(hù)工程量及洞口占地，達(dá)到了保護(hù)環(huán)境的目的，通過(guò)優(yōu)化分析得到以下結(jié)論：

(1)采用“零開(kāi)挖”仰坡進(jìn)洞的方案，可有效降低工程造價(jià)，避免建設(shè)中的環(huán)境破壞和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的隧道洞口工程病害。

(2)為實(shí)現(xiàn)“零開(kāi)挖”仰坡進(jìn)洞的理念，可充分利用導(dǎo)向墻的護(hù)拱作用，適當(dāng)調(diào)整導(dǎo)向墻的長(zhǎng)度，盡可能地將暗洞進(jìn)洞位置調(diào)至無(wú)仰坡臨界點(diǎn)進(jìn)洞，以盡可能降低邊仰坡高度。

(3)零開(kāi)挖進(jìn)洞洞口淺埋段長(zhǎng)度增加，施工單位需要對(duì)較長(zhǎng)段落淺埋暗挖段施工安全的重視。