山區(qū)淺埋偏壓隧道進(jìn)洞施工優(yōu)化研究

摘要 為了提升山區(qū)淺埋偏壓隧道的施工質(zhì)量，技術(shù)人員應(yīng)該完善好細(xì)節(jié)控制工作，不斷優(yōu)化調(diào)整隧道進(jìn)洞施工方案?；诖耍恼陆Y(jié)合實(shí)例分析，通過(guò)對(duì)地質(zhì)條件的研究，提出了優(yōu)化改良山區(qū)洞口段偏壓隧道進(jìn)洞的施工方案;根據(jù)施工優(yōu)化方案的實(shí)施效果表明，可以有效解決隧道工程山區(qū)淺埋位置極易出現(xiàn)的偏壓?jiǎn)栴}，確保工程的順利完工。

關(guān)鍵詞 山區(qū);淺埋偏壓隧道進(jìn)洞施工;優(yōu)化研究

中圖分類(lèi)號(hào) U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）11-0133-03

引言

隨著我國(guó)公路網(wǎng)的不斷完善，山區(qū)公路隧道的建設(shè)中，會(huì)有很多的洞口面臨著偏壓、淺埋以及不良地質(zhì)地形情況，淺埋偏壓隧道洞口施工工序繁多。因此，研究公路隧道洞口淺埋偏壓段的施工技術(shù)，可為具有類(lèi)似情況的隧道設(shè)計(jì)及施工提供技術(shù)參考[1-2]。山區(qū)洞口淺埋段偏壓現(xiàn)象是隧道施工中常出現(xiàn)的問(wèn)題，因?yàn)槎纯谖恢帽容^容易出現(xiàn)破碎問(wèn)題，受風(fēng)化影響比較大，在受到偏壓影響后，隧道量測(cè)位置可能會(huì)出現(xiàn)受力不均勻的問(wèn)題，在施工期間極易發(fā)生變形、塌方、地表沉陷、滑坡等問(wèn)題，因此隧道施工單位需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況優(yōu)化調(diào)整偏壓隧道進(jìn)洞施工方案，提升隧道進(jìn)洞施工的效果。

1 工程概況

某隧道工程全長(zhǎng)1 431 m，屬山嶺隧道，面臨前期進(jìn)場(chǎng)阻力大、政策處理難、隧道地質(zhì)條件差、施工工藝要求高等困難。隧道在穿行山嶺位置時(shí)，降水量比較大，地形變化比較多，地面高度通常達(dá)到43～204 m。在隧道的最大埋置深度達(dá)到130 m時(shí)，隧道右線進(jìn)口位置出現(xiàn)地形偏壓?jiǎn)栴}，此時(shí)最小的覆蓋層長(zhǎng)度達(dá)到1.5 m。通過(guò)分析地質(zhì)勘察資料可知，洞口位置的邊仰坡構(gòu)成成分主要包括殘積黏土和風(fēng)化巖，自然坡度達(dá)到30°～52°，局部位置容易出現(xiàn)微型崩塌、水土流失問(wèn)題，產(chǎn)生比較陡峭的山坎以及沖溝。

如圖1所示，對(duì)于該山區(qū)隧道工程洞口出現(xiàn)的偏壓?jiǎn)栴}，需要對(duì)巖體進(jìn)行加固處理，主要包括兩種方式，一種是對(duì)掌子面實(shí)施預(yù)加固處理，使用錨桿以及管棚進(jìn)行加固;一種是對(duì)地表位置進(jìn)行預(yù)加固處理，運(yùn)用注漿、填土反壓方式加固巖體。根據(jù)鉆探勘察資料可知，此處地層位置處于碎塊狀的巖層，厚度比較大，巖體容易出現(xiàn)破碎問(wèn)題。對(duì)巖體成分展開(kāi)自上而下的研究發(fā)現(xiàn)，粉質(zhì)黏土比較濕潤(rùn)，可塑性比較強(qiáng)，黏性水平比較普通，夾雜著部分碎石，厚度一般達(dá)到1～3.1 m。

由于該隧道工程碎石土比較濕潤(rùn)，密度比較大，碎石顆粒的級(jí)配不均勻，呈現(xiàn)出棱角狀態(tài)，粒徑范圍為3～

7 cm，最大粒徑達(dá)到10 cm，碎石土幾乎是由粉質(zhì)黏土進(jìn)行充填處理，粉質(zhì)黏土處于零散分布狀態(tài)，厚度為1.2 m。受強(qiáng)風(fēng)化、夾中風(fēng)化影響出現(xiàn)變質(zhì)問(wèn)題的砂巖，在巖石風(fēng)化程度上處于不均勻的狀態(tài)，巖芯位置呈現(xiàn)出碎塊狀態(tài)，部分呈現(xiàn)出短柱狀態(tài)，縫隙位置幾乎都存在銹蝕問(wèn)題，軟硬度處于不均勻的狀態(tài)，厚度為3.4～40.3 m。

受強(qiáng)風(fēng)化影響的變質(zhì)砂巖呈現(xiàn)出成塊狀態(tài)，如在巖芯出現(xiàn)破碎問(wèn)題時(shí)，砂巖為碎塊狀態(tài)和短柱狀態(tài)，塊徑為2～5 cm不等，極易出現(xiàn)節(jié)理性裂縫，巖石受到風(fēng)化的影響不同，局面位置將會(huì)出現(xiàn)偏中風(fēng)化問(wèn)題，厚度為2～58.5 m。為了控制圍巖的變形情況，保證隧道施工安全，使用雙側(cè)壁導(dǎo)坑方式設(shè)計(jì)隧道偏壓段隧道進(jìn)洞施工方案，在進(jìn)洞深度達(dá)到40 m以后需要轉(zhuǎn)化為臺(tái)階法施工[3]。

2 優(yōu)化改良山區(qū)洞口段偏壓隧道進(jìn)洞施工方案

在該隧道工程山區(qū)洞口段設(shè)置2根預(yù)加固樁，用于洞口加固;預(yù)加固樁施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→鎖口護(hù)壁→開(kāi)挖土體或巖石，同時(shí)進(jìn)行護(hù)壁施工→樁體鋼筋邦扎→澆注樁體混凝土→制作混凝土試件→混凝土養(yǎng)護(hù)。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及施工要求，做好隧道洞口天溝與排水系統(tǒng)的施工;針對(duì)邊坡與仰坡施工，開(kāi)挖輪廓線;同時(shí)，提前做好洞頂截水天溝，通過(guò)合理控制地表水對(duì)邊坡和仰坡造成沖刷作用，減少邊坡和仰坡失穩(wěn)、坍塌的問(wèn)題。洞口天溝結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)行合理的施工。在施工過(guò)程中，溝底的虛土徹底清理干凈，再進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆工作;確保坡面順暢，不發(fā)生漏水現(xiàn)象。山區(qū)洞口段的上半斷面至明暗的交界處開(kāi)挖時(shí)，對(duì)臨時(shí)邊仰坡和直立開(kāi)挖面進(jìn)行有效防護(hù);同時(shí)，開(kāi)展隧道暗洞大管棚施工;隧道明洞的下半斷面至明暗分界位置開(kāi)展開(kāi)挖時(shí)，做好臨時(shí)施工防護(hù)措施。加強(qiáng)明洞段襯砌施工;在明洞襯砌符合設(shè)計(jì)要求和強(qiáng)度后，進(jìn)行回填層施工;同時(shí)，要做好暗洞段施工。另外，在該隧道出口的右側(cè)邊坡地段，設(shè)置預(yù)加固樁，避免邊坡滑坡現(xiàn)象的發(fā)生。隧道工程洞口段，隧道的拱頂覆土相對(duì)較薄，開(kāi)挖之前，利用水泥土進(jìn)行回填反壓，回填到隧道襯砌外輪廓[4]。在洞口拱部設(shè)置大管棚，尺寸為108×

6 mm，并在大管棚內(nèi)增設(shè)鋼筋籠。

單向掘進(jìn)方式在該隧道工程抑制圍巖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形問(wèn)題具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，使用這種方式能夠?qū)㈤_(kāi)挖斷面位置分成多個(gè)小塊，每一個(gè)小塊在完成開(kāi)挖處理以后，使得隧道工程產(chǎn)生閉環(huán)，以避免圍巖在隧道進(jìn)洞施工期間出現(xiàn)變形問(wèn)題。這種方式導(dǎo)致的地表沉陷深度減少，通常只有臺(tái)階法的50%，將其運(yùn)用在隧道進(jìn)洞施工中更為安全，但是單向掘進(jìn)法也存在一些不足之處：施工過(guò)程復(fù)雜性比較好、施工速度比較慢、建設(shè)成本比較高[5]。

此外，使用單向掘進(jìn)方式進(jìn)洞施工，在后續(xù)進(jìn)行掘進(jìn)處理、更換方式的時(shí)候會(huì)花費(fèi)比較多的時(shí)間，將會(huì)對(duì)如期完工產(chǎn)生不利影響。如果隧道進(jìn)洞施工項(xiàng)目的施工時(shí)間比較緊迫，使用單向掘進(jìn)方式難以切實(shí)滿足隧道施工位置通車(chē)的基本條件，而隧道進(jìn)洞施工具有一定的連續(xù)性，因此應(yīng)該將其調(diào)整為預(yù)留核心土法開(kāi)展隧道進(jìn)洞施工[6]。

該工程處于山區(qū)的降水量比較大，為了防止洞口路段處于破碎狀態(tài)的巖體在經(jīng)過(guò)雨水滲透處理以后出現(xiàn)逐漸劣化的問(wèn)題，再加上淺埋偏壓的影響，需要在隧道施工進(jìn)洞之前，提前預(yù)留出40 m左右的長(zhǎng)管棚，對(duì)偏壓側(cè)圍巖的地表位置使用小導(dǎo)管進(jìn)行注漿操作，運(yùn)用混凝土材料進(jìn)行反壓、護(hù)拱處理，從而達(dá)到加固效果。

3 分析優(yōu)化方案的實(shí)施效果

該隧道工程使用加固方案處理山區(qū)洞口偏壓段圍巖時(shí)，若是使用預(yù)留核心土開(kāi)挖方式開(kāi)展隧道進(jìn)洞施工，應(yīng)該將單次進(jìn)尺深度控制在0.5～1 m，通過(guò)分析實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)、二次襯砌施工數(shù)據(jù)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，從而研究山區(qū)洞口偏差問(wèn)題的處理效果[7]。

3.1 分析監(jiān)控測(cè)量結(jié)果

通過(guò)分析隧道進(jìn)洞施工的地表沉降值（如圖2）、拱頂沉降值（如圖3）、洞口周邊位置的觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，山區(qū)偏壓段圍巖地表位置進(jìn)行注漿加固、護(hù)拱反壓處理以后，搭配使用預(yù)留核心土方式進(jìn)行開(kāi)挖，圍巖在變形方面會(huì)比較穩(wěn)定，在地表位置最大沉降數(shù)值達(dá)到45 mm時(shí)施工，每天的沉降速度在趨近于平緩以后達(dá)到0.88 mm[8]。

由于該隧道工程埋置深度比較小，拱頂和地表的沉降值相差不大，最大差值是45 mm，周邊位置的峰值在達(dá)到16 mm時(shí)施工，變化比較穩(wěn)定以后速度達(dá)到每天0.3 mm。

通過(guò)分析監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)在隧道進(jìn)洞施工7天左右的增長(zhǎng)趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，下臺(tái)階開(kāi)挖處理會(huì)造成仰拱位置處于閉合成環(huán)狀態(tài)以后，圍巖變形值處于平穩(wěn)狀態(tài)，結(jié)合變化區(qū)域制定偏壓?jiǎn)栴}處理舉措，能夠確保山區(qū)淺埋段偏壓區(qū)域隧道施工的安全。

3.2 隧道工程存在的裂縫和裂縫發(fā)展?fàn)顩r

在該隧道工程山區(qū)洞口偏壓位置使用優(yōu)化改良的施工方案進(jìn)行隧道施工，整體施工狀況比較好，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)比較穩(wěn)定，在隧道施工進(jìn)度深度達(dá)到30 m以后，在初期支護(hù)位置、管棚導(dǎo)向墻區(qū)域?qū)?huì)產(chǎn)生一些比較輕微的裂縫問(wèn)題，裂縫的寬度達(dá)到0.1 mm，裂縫深度達(dá)到2 cm。

在山區(qū)洞口位置產(chǎn)生裂縫時(shí)，立刻安排技術(shù)人員對(duì)隧道地表施工位置展開(kāi)全面的巡查工作;檢測(cè)后，地表位置并未出現(xiàn)裂縫問(wèn)題，表明地表注漿處理已經(jīng)發(fā)揮出加固作用。在監(jiān)測(cè)管理洞內(nèi)裂縫發(fā)展?fàn)顩r時(shí)，需要每隔15天測(cè)量一次裂縫的寬度及深度，在測(cè)量數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定時(shí)，基本不會(huì)再出現(xiàn)新的縫隙，初步判定這類(lèi)非貫穿型裂縫屬于非結(jié)構(gòu)裂縫，并不會(huì)直接影響隧道施工安全，從追求設(shè)計(jì)規(guī)范性的角度，仍然需要繼續(xù)開(kāi)展驗(yàn)算工作[9]。

4 驗(yàn)算結(jié)構(gòu)安全性

技術(shù)人員需要依照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，使用荷載結(jié)構(gòu)方式驗(yàn)算二次襯砌結(jié)構(gòu)的安全性，確定山區(qū)淺埋偏壓位置的圍巖荷載力;同時(shí)，使用Midas軟件計(jì)算山區(qū)淺埋路段圍巖的壓力，經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)該工程的分界高度為33 m，此時(shí)處于山區(qū)洞口偏壓路段的范圍以內(nèi)，在埋置深度達(dá)到19.4 m的時(shí)候K13+870斷面將會(huì)受到負(fù)面影響。

該文設(shè)置的假設(shè)條件二次襯砌需要承擔(dān)一半的荷載力，且需要使用Midas軟件進(jìn)行建模處理，再使用平面梁?jiǎn)卧抡婺M二次襯砌施工的結(jié)構(gòu)，利用地基彈簧仿真模擬地基土壤和側(cè)墻漿砌片石具有的抗力影響，此時(shí)襯砌處理的厚度值需要達(dá)到50 cm。

在該隧道工程中的山區(qū)動(dòng)力圍巖大都由粉砂巖和風(fēng)化層構(gòu)成，因此在計(jì)算時(shí)需要將圍巖設(shè)想為性質(zhì)、質(zhì)地均勻的巖體結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)比分析實(shí)際圍巖結(jié)構(gòu)以及相關(guān)技術(shù)參數(shù)，結(jié)合各級(jí)圍巖結(jié)構(gòu)具有的力學(xué)指標(biāo)、理化指標(biāo)、混凝土參數(shù)、二次襯砌結(jié)構(gòu)的編號(hào)、位移變形情況、剪力數(shù)據(jù)、軸力數(shù)據(jù)了解彎矩分布狀況。在山區(qū)淺埋段隧道進(jìn)洞施工場(chǎng)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)處理時(shí)，裂縫聚集區(qū)域一般處于拱頂?shù)挠覀?cè)位置，裂縫的寬度值一般能夠達(dá)到0.1 mm。

在永久荷載條件下、永久荷載和基本可變荷載條件下，鋼筋混凝土在進(jìn)行襯砌處理時(shí)，需要依照鋼筋極限強(qiáng)度值以及抗壓能力、極限抗剪強(qiáng)度以及抗拉能力達(dá)到極限時(shí)，安全系數(shù)設(shè)置為2或者2.4。該隧道工程裂縫位置在進(jìn)行二次襯砌施工處理以后能夠提升圍巖結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，此時(shí)拱頂位置、拱腰位置、拱腳位置的最低安全系數(shù)值高于4，滿足圍巖結(jié)構(gòu)安全需要。因此，技術(shù)人員依照隧道工程偏壓?jiǎn)栴}制定了處理方案;但由于初支結(jié)構(gòu)上還會(huì)出現(xiàn)一些比較輕微的裂縫問(wèn)題，要進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整隧道進(jìn)洞施工方案;實(shí)施后在二次襯砌施工完工以后，圍巖結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性恢復(fù)正常[10]。

該文將隧道作為案例分析依據(jù)，在施工周期不受影響的基礎(chǔ)上，替換原本使用的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，對(duì)于降水量比較大的區(qū)域，使用管棚處理、小導(dǎo)管注漿處理、混凝土反壓護(hù)拱處理的方式，從而發(fā)揮加固圍巖的作用;再搭配使用預(yù)留核心土的方式開(kāi)展隧道進(jìn)洞開(kāi)挖處理，同時(shí)控制隧道施工安全以及圍巖變形情況，有助于減少隧道施工時(shí)間。在隧道進(jìn)洞施工中，需要強(qiáng)化對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)變形情況的觀測(cè)管理，搭配使用結(jié)構(gòu)驗(yàn)算方式，從而有效處理圍巖結(jié)構(gòu)的裂縫問(wèn)題。在進(jìn)行二次襯砌施工處理以后，有助于進(jìn)一步提升隧道施工安全。

5 結(jié)論

在山區(qū)隧道工程施工中，淺埋位置極易出現(xiàn)偏壓?jiǎn)栴}。針對(duì)這些問(wèn)題，要在發(fā)生偏壓?jiǎn)栴}的位置開(kāi)展隧道進(jìn)洞施工。技術(shù)人員需要結(jié)合實(shí)際情況，不斷優(yōu)化調(diào)整偏壓?jiǎn)栴}處理方案以及隧道進(jìn)洞施工方案，采用科學(xué)合理的技術(shù)和方法進(jìn)行施工，對(duì)隧道施工的形變問(wèn)題進(jìn)行有效控制。同時(shí)洞內(nèi)要加強(qiáng)超前支護(hù)處理和初期支護(hù)參數(shù)的調(diào)整。依托該隧道工程采用優(yōu)化方案后，進(jìn)洞施工總體較為順利。

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收稿日期：2022-03-24

作者簡(jiǎn)介：陳一新（1979—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：高速公路施工管理。