盖挖法在隧道设计施工中应用探讨

郭 福

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

随着公路事业的蓬勃发展，越来越多的公路逐渐进入大山。特别是高速公路对路线线形要求较为严格，大量的傍山隧道诞生了。一些隧道轴线与等高线小角度斜交，如按常规明洞设计需要大开挖山体，工程量巨大，对自然环境破坏严重。按照隧道的设计理念：隧道洞口设计宜避免过多的人工装饰，减少人工痕迹，保护和最大限度地恢复原有容貌[1]。遵循着“不破坏就是最大的保护”这一先进的设计理念，新的设计方法和施工理念正在不断地引入工程实践。

1 概述

1.1 工程概述

汕湛高速公路云浮至湛江段及支线工程是广东省高速公路网规划“九纵五横两环”之“第二横”的重要组成部分，是珠三角通往粤西地区、西南地区的干线通道。

根据路线布设A1合同段设计，有5条隧道，其中中间村隧道长340 m，属于短隧道。中间村隧道出口与等高线小角度斜交。隧址处地形起伏相对平缓，地面高程68.0～170.0 m，最大相对高差约102.0 m。山体植被茂密，两端洞口坡形较陡，最大坡角约45°～70°，其隧道右线出口根据地形情况采用盖挖法设计。

1.2 地质情况概述

项目位于华南加里东褶皱系粤西隆起带内，大地构造位置上处于四会-吴川断褶带中西段。在漫长的地质时期经历了多次和多种性质的地壳运动，区内地质构造多呈北东或近北东走向。

图1 隧道洞口平面示意图

隧道出口为第四系残坡积粉质黏土、碎石土和寒武系中统高滩组全-强风化砂岩组成，强度低，结构面发育，结合差，碎裂状结构，若受地表水冲刷或坡脚开挖影响，易产生滑塌，稳定性较差。

岩层走向同边坡走向大角度相交，岩层对边坡稳定性影响较小；节理裂隙对岩体进行切割，未发现对边坡稳定性影响较大的组合；X2节理陡立，边坡易产生局部崩塌，需采取必要的加固措施。

根据地质调绘成果，隧道出口岩层产状及节理裂隙见表1，赤平投影图见图2。

表1 结构面调查表

图2 赤平投影图

2 隧道盖挖法设计与比较

2.1 隧道盖挖法设计

中间村隧道按双向四车道高速公路、设计速度100 km/h技术标准进行设计，单洞建筑限界净宽11.0 m，限高5.0 m。中间村隧道右线出口采用盖挖法设计，洞门桩号为K8+603；盖挖段起终点为：K8+600—K8+588。

普通偏压明洞：临时边、仰坡采用喷锚支护，10 cm厚 C25喷射混凝土 +φ8钢筋网 @20×20 cm。台阶数小于4级时采用1∶0.5的坡率；大于4级时采用1∶0.75的坡率。

盖挖段明洞：临时边、仰坡的第一台阶采用喷锚支护，10 cm厚C25喷射混凝土+φ8钢筋网@20×20 cm，采用1∶0.5的坡率。盖挖处的第二台阶采用长8 m22水泥砂浆锚杆，10 cm厚C25喷射混凝土+φ8钢筋网@20×20 cm。

套拱采用I20a工字钢作为支撑骨架，在其上φ127布设孔口管；用14固定钢筋与孔口管、20a工字钢采用双面焊接，焊缝长度不小于15 cm。用108大管棚，套拱混凝土为C30。

洞门墙采用1.5 m宽C30素混凝土，与明洞洞身之间插入22连接钢筋；明洞采用偏压明洞，洞身采用C30防水混凝土，内设置22主筋，间距20 cm。

其具体设计详见图3～图6。

图3 普通偏压明洞处（比例：1∶100）

图4 盖挖终点处（比例：1∶100）

图5 盖挖衬砌结构断面图(比例:1∶100)

图6 洞口侧面示意

2.2 盖挖法与明挖法对比

2.2.1 工程设计方面

通常设计工作者采用明洞开挖回填的常规设计方案，我们假定其参数与盖挖法设计参数相同。对比不同部分：

a）边、仰坡开挖及支护范围不同，回填范围也不同。

b）套拱部分 盖挖方案两次套拱，明洞方案一次套拱，套拱方式和大管棚角度范围不同。

c）盖挖段按暗洞开挖段有初期支护、盖拱和锁脚锚管。

d）盖挖处开挖线的第二台阶处采用Φ22水泥砂浆锚杆长度不同。

图7 立面对比图

图8 纵断面对比图

统计主要工程量并按初步设计的概算综合单价法进行了造价的比较，其主要工程量统计和造价比较见表2。

表2 主要工程量及造价对比表

综合工程量，经济比较：选择盖挖法设计造价减少9.05万元，更为经济。

2.2.2 其他对比

a）环境方面 明挖法与盖挖法比较，明挖法将大面积破坏原有植被和森林，不符合环境保护理念；明挖法后期裸露大面积喷射混凝土严重影响洞门景观。盖挖法有效地减少了对自然环境的破坏，存在少量的喷射混凝土面积，有利于保护环境。

b）安全方面 明挖法开挖边、仰坡远远高出盖挖法，边仰坡防护工程量大，高边坡的工程风险大，存在不安全隐患。

c）工期方面 盖挖法具有工程规模小、开挖和恢复地表周期时间短的特点。

d）施工工序方面 盖挖法的施工工序复杂，对技术人员素质有较高的要求。

e）征地拆迁方面 盖挖法的工程永久性征地面积明显小于明挖法的工程永久性征地面积。

3 隧道盖挖法施工步序

a）明洞开挖与边仰坡支护。

b）明洞段基底承载力检测，明暗分界K8+600处施作超前大管棚（套拱1 m）。

c）盖挖段明挖与边仰坡支护，盖挖段基底承载力检测，K8+590—K8+588施作超前大管棚（套拱2 m）。

d）立模整体浇筑左侧偏压耳墙和C30盖挖护拱。

e）盖挖段暗挖进洞，初期支护和二次衬砌紧跟。

f）施工明洞衬砌、端墙洞门，再回填盖挖段和明洞段。

4 结语

隧道盖挖法设计在隧道洞口设计中并不常用，随着人们对环境保护意识的增强，希望有更适合于小角度斜交隧道的一种造价不高，更能为人们所接受的设计理念和施工方法。盖挖法在景观隧道和生态隧道的建设中具有很好的前景，市场竞争力和经济效益显著，对建设资源节约型、环境友好型交通具有十分重要的社会意义。