黄草山隧道偏压出洞施工技术与监控量测应用

武凤文

【摘要】通过渝利铁路黄草山隧道浅埋偏压段出洞施工。总结出：准确掌握浅埋偏压地形，选择合理成洞方案， 加强监控量测，是解决浅埋偏压隧道出洞施工的关键。并详细介绍了黄草山隧道偏压荷载产生的压力分析，出洞施工的方案选择、小导洞施工工艺、监控量测情况。为类似工程积累了施工经验，加快了施工进度，节约了施工成本，达到了预期效果。

【关键词】隧道 偏压 出洞 监控量测 应用

一、引言

随着我国客运专线建设不断向山区延伸，隧道工程在客运专线工程中所占比例越来越大，而且地形越来越复杂，有的隧道进、出口均位于悬崖峭壁或陡坡之上，沟谷深切，从隧道进、出口或单向掘进的施工方法已不能满足工程施工需要，需采用辅助施工横洞分别往隧道进、出口方向施工。这样，在处理隧道浅埋偏壓问题时已不能采用常规的先平衡偏压，然后进行地表加固、再开挖进洞的处理方式。当从山体里往外开挖接近地表时，采用非标准断面选择合适位置开挖出洞，准确掌握浅埋偏压地形，加强监控量测，选择合理成洞方案，是处理这一问题的关键。

二、工程概况

黄草山隧道系渝利铁路的特长隧道， 隧道全长6663米，由于隧道进、出口均位于悬崖峭壁或陡坡之上，采取斜井向进、出口两个方向掘进。该隧道穿越煤层瓦斯、采空区、浅表天然气、滑坡以及危岩落石等不良地质，施工难度大，安全风险高，是全线重点控制工程之一，平均设计标高为485m，最大埋深690m。隧道进口段主要为灰岩，但由于风化溶蚀较强烈，地表溶沟、溶槽发育，其间充填大量粘土夹碎石，覆盖层多属Ⅱ、Ⅲ类，深部为Ⅳ类。为避免生态破坏， 遵循“早进洞，晚出洞”原则，由此，隧道进口段25m范围内均属浅埋偏压段。设计参数如下图所示：

三、小导洞出洞施工

（一）出洞方案

在选择出洞方案时，既要考虑施工安全，又要便于施工。特别是洞口段自稳能力差、覆盖层薄弱，坍塌变形是最常见的地质灾害，一旦发生不仅延误工期，往往造成重大经济损失或人员伤亡，因此施工方案的选取显得尤为关键。根据偏压隧道特点，最大安全隐患来自对偏压荷载的处理上，最好的处理方式莫过于采取某种手段将偏压消于无形。偏压荷载的产生原因分析如下：

隧道两侧壁的围岩均布压力e左与e右为：

e左=■， e右=■ （1）

式中e1，e2分别为隧道侧壁顶端和底端水平围岩压力。当两侧壁的围岩均布压力e左与e右不相当时，将产生偏压荷载[1]，表达式为：

│e左-e右│或│e右-e左│>0； （2）

进一步分析，偏压隧道水平侧压力等于垂直压力乘以侧压系数。表达式为：

e1=γ×h1×λ1， e2=γ×h2×λ2 （3）

式中γ为围岩容重，h为隧道左、右两侧拱顶水平至地面高度，λ为左、右两侧的侧压力系数。由（3）式得水平侧压力与围岩容重、埋深、侧压力系数有关。根据现场实际情况，在这个较小范围内可以假设隧道左、右两侧围岩容重相等。那么引起偏压的原因为隧道两侧埋深及侧压系数。再根据侧压力系数计算公式：

λ=■ （4）

式中β为产生最大推力的破裂角，φ为围岩计算摩擦角，α为地面坡度角。由于该区域内山体岩性大致相同，可假设隧道两侧破裂角和围岩摩擦角相当，那么侧压系数就只跟地面坡度角有关，而地面坡度角的量性反映就是隧道两侧的埋深h，坡度角越大，两侧埋深高差越大。

综合（1）至（4）式及相关推理，只要找到某个两侧埋深大致相同的出洞地点，就能避免偏压，也可大大降低出洞施工的安全风险。根据实地踏堪，进口段25m范围内在隧道轴线方向虽然偏压严重，但在法线方向上地表坡面较单一，埋深大致相同。因此，选择在该坡面上采用小导洞掘进出洞，方案示意如下图：

（二）施工工艺

（1）小导洞断面尺寸选择。在选择小导洞断面时，应满足两个条件，一是方便人员、机械进行施工作业；二是尽量控制断面尺寸，不能过大，减小安全风险；因此，断面尺寸采用5m（宽）×5.5m（高）的上拱下墙结构；

（2）小导洞超前支护措施。由于埋深很浅，为保证开挖施工安全，在小导洞开挖施工前，先采用φ42钢花管作超前支护。小导管长3.5m，环向布置间距30cm，外插角≥10°，搭接长度≥1m，注浆采用纯水泥浆，注浆压力为0.5-1.0Mpa，导管成梅花型布置，前端加工成锥型，尾部长度不小于30cm作为不钻孔的止浆段；

（3）小导洞临时支护措施。采用早强的复合式柔性支护，具体为φ22钢筋格栅间距0.8m，喷射20cm厚C20混凝土， 钢筋格栅之间加强纵向连接，除个别松动岩体外不打设径向锚杆，以免扩大开挖时造成岩体挂连，增加爆破扰动；

（4）小导洞出洞后可采用常规的先平衡偏压，然后进行地表加固、再开挖成洞的处理方式。

四、监控量测

为实现动态设计动态施工的管理理念，施工过程中的监控量测必不可少，为此实施了多层次全方位的监控量测手段，确保支护参数的合理性.特别是小导洞施工出洞过程中对隧道外面情况难以准确掌握的情况下科学、有效、及时、准确的施工监测能够获得围岩变形信息，根据监控量测结果进行动态支护设计和信息反馈，是指导安全施工的有力保证。

（一）量测项目选择

根据小导洞出洞施工的特点，一是隧道埋深浅，二是偏压严重.假设隧道变形，表现最为突出的现象就是地表开裂或沉降，其次是隧道支护变形开裂等.为此，选择合适有效的监测项目既能满足监测效果，又能快速反馈信息，指导施工，监控量测项目及方法如表1：

由于小导洞施工中的钢筋格栅及径向锚杆等均为临时支护措施，小导洞本身的施工周期也较短，固钢支撑内力及锚杆抗拔力等监测周期较长的监测项目效果并不好，可不采用，但在扩挖施工时必须采用。

（二）量测布点选择

（1）地表下沉布点如图3，可通过测量数据直接反馈地表变形情况，简单快速，测量结果可作为调节小导洞施工进尺、爆破药量及调整临时支护的依据。

（2）周边收敛及拱顶下沉布点如图4， 测量数据直接反映小导洞的安全及稳定状态，是小导洞施工的安全保证，测量内容主要为观测A、B、C、D、E五个测点之间的距离变化，相对位移。

五、结束语

洞口偏压地形隧道施工，风险较大，因此，进洞前要详细勘查地势，找到两侧埋深大致相同的出洞地点，消除偏压于无形，不失为最经济有限的处置偏压地势的方式。监控量测作为一道工序来安排和管理，全方位、多层次布置点位，监控地表及洞内岩层状态是施工人员准确判断的前提，并将监控量测结果及时分析、反馈、采取合理方案，抑制偏压，才能确保顺利出洞。

参考文献：

[1]高立民.论隧道偏压段的稳定控制[J].现在商贸工业，2008，（8）.

[2]杨明.龙潭隧道洞口浅埋、偏压段施工技术[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2008，（2）.

[3]胡冰.软弱围岩、浅埋偏压隧道的设计与施工[J].公路与汽运，2008，（2）.

[4]曲海峰，刘丰军，叶飞.浅埋偏压连拱隧道监控量测特征分析[J].现代隧道技术，2007，（1）.endprint