盖挖法在大坡隧道洞口段施工中的应用

段晓彬　张　涛

(云南省交通规划设计研究院，云南 昆明　650041)

1　工程概况

1.1　设计概况

大坡隧道位于楚雄至大姚高速公路，左幅全长1 577 m、右幅全长1 558 m，为全线最长的三车道隧道。隧道所在路段设计为双向六车道高速公路，设计时速100 km/h，汽车荷载等级：公路—Ⅰ级，按7度地震设防，隧道净宽14.5 m，净高5 m。

1.2　气候条件

拟建路线位于云贵高原西南侧，气候温和湿润，冬无严寒，夏无酷暑，素有“四季如春”之称，年平均气温15.3 ℃，最高33 ℃，最低-5 ℃。多年平均降雨量814.4 mm，最大1 132.5 mm，最小638.9 mm，80%集中于6月～10月，旱、雨季节分明。年蒸发量1 600 mm～2 000 mm，最强3月～5月。绝对湿度6.3 mb～30.1 mb。相对湿度50%～88%。每年11月～次年2月20 d～80 d的霜期，偶见高山有少量降雪，灾害性气候不突出。

1.3　进口段地质概况

进口段隧道围岩分级划分为Ⅴ1级。隧道围岩为侏罗系上统高丰寺组(J3g)紫红泥岩、长石石英砂岩及第四系坡残积(Qdl+el)粉质粘土为主。粉质粘土主要分布于隧道进口段表层，硬塑状态，层厚一般2 m～5 m；泥岩、泥质粉砂岩及长石石英砂岩以强风化为主，碎块、块状碎裂结构，受周边断层错动强烈，岩层产状变化大，差异风化明显。岩体基本无自稳能力，开挖时不及时支护或支护(处理)不当易产生较大规模的坍塌，侧壁稳定性差。电阻率值一般在50 Ω·m～210 Ω·m之间。泥岩富水性弱，开挖时存在小量渗水、滴水现象。

2　方案比选

左幅隧道进口ZK40+755～ZK40+855段临近既有广姚公路(路基宽6.5 m)，平面距离最小处仅为18 m。隧道洞口段位于沟谷，地形存在偏压，部分地段隧道局部外露，整体成洞条件差。

项目施工过程中需保证广姚公路通车，根据现场情况不具备临时改路的条件。与广姚公路临近段若采用挖方路基方案存在边坡较高、坡比较陡、边坡与既有公路过近的问题，施工与运营过程中边坡稳定及临近公路安全均存在较大风险，故决定采用隧道方案，针对实际地形条件提出了两种可能的方案：明挖法、盖挖法。

2.1　明挖法

采用传统明挖法，开挖隧道进口浅埋偏压段，对临时边坡进行防护，施作明洞结构后进行反压回填。明挖法施作简单，利于机械操作，但存在以下几个缺点：

1)明挖段落较长，临时边坡暴露时间过长，存在边坡滑塌的风险。

2)临时边坡较高，土石方开挖量过大，对地表影响大。

3)临时边坡与广姚公路相距较近，对广姚公路安全通行存在隐患。

4)隧道位于沟谷中，明洞段施作需要较长周期，雨季排水困难，雨水对明、暗洞施工安全造成大的影响。

2.2　盖挖法

盖挖法，尽可能减少对地表的破坏，挖除地表松散覆盖层，开挖至较为稳定的基岩作为拱脚所在位置，支护临时边坡，平整出套拱施工平台，按照隧道衬砌拱部浇筑混凝土套拱至拱脚处。当混凝土套拱达到设计强度后，采用碎石土反压回填，在隧道拱顶形成套拱+夯填碎石土的保护结构，同时进行地表改沟。结束上部回填后洞身暗挖通过。

采用盖挖法能够有效克服明挖法存在的几个缺点，对地表破坏及相邻广姚公路的影响较小，但也存在以下两个缺点：

1)施工步骤较多。

2)对施工质量要求较高，拱脚处理不当会造成套拱结构下沉侵限。

2.3　明挖法、盖挖法比较

通过对明挖法、盖挖法优缺点的分析，二者比较见表1。

由表1对比可以看出，盖挖法与明挖法相比在对环境影响、工程安全等多个方面有明显的优势，故最终选用盖挖法对此段隧道进行施工。

3　施工方案

表1　明挖法与盖挖法对比表

3.1　开挖及临时防护

1)根据实际地形情况，确定套拱设置范围。

2)清除地表松散覆盖层，平整出套拱施工平台。

3)按1∶0.3开挖临时边坡，并采用挂网喷锚进行临时防护(C20喷射混凝土10 cm，8钢筋网25×25 cm，22砂浆锚杆L=600 cm)。

4)临时边坡开挖过程及防护完成后，加强边坡和临近广姚公路的监控量测，并制定相应的应急措施，如图1所示。

3.2　套拱施作

1)套拱拱脚需保证位于较为稳定的基岩处，拱脚基岩采用φ42×4小导管注浆加固，L=450 cm,纵向间距50 cm。

2)架设套拱工字钢，采用Ⅰ20a工字钢，间距50 cm。拱脚处采用槽钢纵向连接，相邻工字钢之间采用φ20钢筋纵向连接、环向间距100 cm，以增强钢架整体性。

3)盖挖段与暗挖段交界处前方2 m钢架(ZK40+853～ZK40+855)预埋管棚导向钢管，并先行浇筑此段套拱混凝土，待此段套拱混凝土强度满足要求后，打设φ108×6超前管棚，为下阶段进暗洞做准备。

4)套拱混凝土浇筑，钢架、管棚施作完成后，对正常段套拱混凝土进行浇筑，套拱采用C20混凝土，厚70 cm，为避免施工过程中及后期套拱沉降侵入隧道主体结构支护范围，预留10 cm沉降量,见图2。

3.3　反压回填

套拱结构混凝土强度达到要求后，对拱顶进行碎石土反压回填，碎石土应分层夯实，临时边坡一侧尽可能与原有地面相接，另一侧填高以减小地形偏压对隧道结构造成的影响；碎石土表面设置50 cm粘土隔水层，并及时进行绿化恢复。

3.4　改沟

由于洞口浅埋段位于自然冲沟内，此段结构施工应在旱季内完成，并在回填碎石土上设置水沟与既有自然冲沟连接，将水引出隧道范围，见图3。

3.5　正洞结构施作

套拱结构、碎石土回填完成后，即可对正洞进行开挖，结合地质情况，采用三台阶预留核心土法进行开挖，按照暗埋结构参数进行支护，开挖过程中应加强监控量测。

4　经验及体会

楚姚高速大坡隧道进口左幅位于自然冲沟内，地质较差、地形偏压、临近既有道路；实际施工中采用盖挖法，顺利渡过了浅埋偏压段，减小了对既有地表的破坏，保证了广姚公路的安全通行，并通过夯填碎石土减缓了结构偏压问题，取得了良好的工程效果。

云南为多山省份，复杂的地质地形情况是公路选线工作中难以避免的难题，由于条件受限隧道洞口常常位于自然冲沟内，给隧道设计带来了很大的困难。本隧道盖挖法的成功实施，充分考虑了既有的不利因素，分析风险，因地制宜采用针对性的措施，可以为将来云南山岭隧道洞口段的施工提供一定的借鉴。