某隧道下穿国道超浅埋段方案优化及处理措施

张立军,袁新顺

(1.中交二航局第五工程分公司，武汉 430040；2.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，武汉 430040；3.海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室，武汉 430040)

随着我国公路工程建设的快速发展，公路隧道施工技术日益成熟，根据隧道穿越地层的不同情况，采取不同的施工方法，例如针对浅埋及软土隧道，主要有明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法和盾构法等。合理选择公路隧道施工方法，根据实际情况及时调整和优化方案，并制定切实可行地施工保障措施，是保证公路隧道施工安全有序实施并按期出洞的前提。

1 工程概况

什翁隧道位于海南省五指山境内，属中长隧道。左线起讫桩号ZK26+760～ZK27+530，长770 m，隧道最大埋深约127 m，位于ZK27+100处；右线隧道起讫桩号YK26+775～YK27+565，长790 m，隧道最大埋深约132 m，位于YK27+120处。

出口左线ZK27+470～ZK27+530、右线YK27+460～YK27+565为浅埋段，围岩主要为粉质黏土和全、强风化层，土质较软，岩质软，岩石风化强烈，遇水易软化，自稳性差，地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，雨季水量较大，开挖易变形坍塌、有渗漏水现象，出口边坡坡度陡，岩土层软弱，易滑塌，Vp=610～2 580 m/s。左线暗洞覆盖层厚度约3～19.5 m，右线覆盖层厚度约6～21.2 m。

什翁隧道出口段下穿G224国道，G224国道技术等级为二级，设计速度70 km/h，路基宽度12 m，水泥混凝土路面，为五指山市与保亭县之间连接的主干道路。下穿G224国道段为超浅埋，覆盖层左线约3.5 m、右线约7 m。

2 原设计情况

什翁隧道出口左线ZK27+470～ZK27+530,右线YK27+510～YK27+565为明洞区段，既有国道G224从中间穿过。采用明挖法施工最大开挖高度23.9 m，三级边坡；明洞开挖从上到下逐步进行，边开挖边防护，采用水泥砂浆锚杆、钢筋网片、喷射混凝土锚喷防护，在成洞面前方对边仰坡进行Ф42 mm钢花管地表注浆加固。原G224保通道路技术等级为四级，保通道路长983 m，路基宽度6.5 m，保通便道路面采用20 cm级配碎石垫层+20 cm5%水稳碎石基层+20 cmC25混凝土水泥混凝土路面结构。隧道出口端明洞施工期间需对交叉处G224国道路基进行开挖，待洞口、明洞成型后方可回填路基、铺设路面、恢复通行。

3 方案优化

出口原设计明挖法出洞，开挖边坡较高，防护及排水难度大，雨季会造成边坡失稳、坍塌，存在很大安全风险。且原G224国道保通道路需经过大片农田和林地，征拆费用高、协调难度大，工期难以保证；改道路线长，路基宽度小，路堤高达17 m，后期交通组织安全风险极大。

为确保施工安全，按期出洞，经多方讨论研究，提出如下方案：隧道出口左、右洞成洞面分别外移35 m、30 m(左洞由ZK27+470移至Z27+505，右洞由YK27+510移至YK27+540)，明挖出洞优化为浅埋暗挖出洞。为避免国道重载车动荷载长年累月频繁作用对暗洞二衬造成伤害，加强暗洞复合式衬砌。Φ42单层超前小导管支护加强为Φ42双层超前小导管支护，环向间距由35 cm增大到40 cm；Φ25中空注浆锚杆变更为Φ42注浆小导管，间距由120×60 cm调整为120×50 cm；Φ8钢筋网(20×20 cm)由单层调整为双层，I20a钢架纵向间距由60 cm调整为50 cm；二衬混凝土标号由C30提高到C40，主筋由C22钢筋增强为C25钢筋，间距由20 cm加密至25 cm，水平筋由C12钢筋增强为C16钢筋，间距由30 cm加密至25 cm，Φ8箍筋间距由30 cm加密至25 cm。

对国道G224保通路进行调整，充分利用红线用地，保通道路长度由983 m缩减为375 m，路基宽度由6.5 m扩大至12 m，临时征地面积由21亩减至2.5亩，路基填筑和挖方由82 000 m3减至19 500 m3，最大高度由17 m降低至9 m。

4 总体施工方案

出口段先开挖洞口边仰坡，完成边仰坡防护和排水系统后施作洞口套拱和管棚，再采用土体回填明洞边仰坡进行G224国道外侧临时改路施工，保通便道施工完成后临时封闭出口段G224国道，改由保通便道通行，进行下穿国道浅埋段暗洞施工，待国道影响范围内二衬(国道外侧5 m)达到设计强度要求后即可恢复G224国道通行，废弃临时导改道路，然后开挖国道外侧明洞边仰坡回填土及临时导改道路，进行明洞及洞门施工。

5 处理措施

5.1 套管及管棚施工

洞口边坡及仰坡采用机械开挖，自上而下分阶段、分层进行开挖，开挖一级支护一级，开挖时预留核心土作为大管棚施工作业平台。先进行套拱地基承载力检测，套拱地基承载力≥250 kPa，模板安装加固后进行套拱混凝土施工。套拱作为管棚的导向墙，管棚钻孔完毕进行注浆作业[1]。

5.2 国道改路施工

套拱及管棚施作完成后进行土体回填明洞边仰坡，在成洞面往大桩号侧修筑临时性交通导改道路。保通便道路面采用20 cm级配碎石垫层+20 cm5%水稳碎石基层+24 cmC25混凝土水泥混凝土路面结构。按要求完成新建改道路基土石方、防护工程、排水工程施工，验收合格后，开始级配碎石底基层、水稳基层、混凝土面层施工。为确保通行车辆的行驶安全，在两端设置醒目的施工交通标牌、施工提示牌、封路牌、闪光灯等交通标志以及混凝土隔离墩或水马等隔离设施疏导来往车辆行驶。

5.3 地表处治

国道224内侧左线暗挖隧道地表处治地表注浆加固：采用Φ108长管棚注浆，注浆分两步进行跳注，确保注浆效果。浆液采用水泥-水玻璃浆液，水泥浆水灰比1∶1，水泥浆与水玻璃体积比1∶0.5，水玻璃浓度35波美度。

对现有冲沟进行改沟：隧道出口左线在国道内侧有一条冲沟，位于左线隧道轴线，将地表进行清表后，在冲沟内浇筑40 cm C20混凝土，回填3 m厚碎石土并夯实，喷播植草绿化，然后用M7.5浆砌片石排水沟。

5.4 浅埋暗挖出洞

1)超前支护

浅埋段采用双层超前小导管进行预支护[2]，注意纵向搭接长度不小于1 m，方向与线路中线分别成12°、32°外插角，如小导管端部距国道不足0.5 m，适当调整小导管打设角度，保证端部距国道0.5 m。

2)浅埋段暗挖

出口浅埋段采用三台阶预留核心土开挖[3]。严格控制掌子面进尺，上台阶每循环进尺1榀拱架间距，中、下台阶每循环进尺2榀拱架间距。尽可能采用挖机开挖，局部岩层采取弱爆破，减小对国道的扰动。加密监控量测点，拱顶下沉、周边收敛监测点5 m间距布设，平均监测频率按1次/d进行，国道地表沉降按2次/d进行，如有异常，立即停止掌子面施工并采取有效措施控制安全风险。

3)锚喷支护

由喷射混凝土、注浆小导管、钢筋网片和型钢组合成支护结构。喷射混凝土采用湿喷工艺，挂设双层钢筋网片，钢筋网与径向小导管连接牢靠；钢架拱脚落在C20基座上，钢拱架段与段用螺栓连接，为减小钢板螺栓孔误差造成连接不牢固，采用液压冲孔机冲孔，两块钢板紧贴后四周满焊，拱脚与边墙拱架连接处须打设锁脚小导管。

4)衬砌施工

仰拱及填充紧跟掌子面，尽早封闭成环，整体受力[4]。仰拱一次浇筑成型，一次浇筑长度6 m，采用整体弧形模板施工，仰拱混凝土终凝后浇筑仰拱混凝土进行填充。二衬施工采用全断面整体式液压钢模衬砌台车，设计长度12 m，先墙后拱、左右对称浇筑。初支变形稳定后须及时施作二衬，严格控制仰拱与掌子面、二衬与掌子面安全步距(分别为40 m、70 m)。国道影响范围内二衬达到设计强度要求后恢复G224国道通行，废弃临时导改道路，然后开挖国道外侧明洞边仰坡回填土及临时导改道路，进行明洞及洞门施工。

6 技术经济对比分析

原设计明挖法施工与优化后的暗挖法施工的技术经济比对分析如表1所示。

表1 技术经济比对分析

7 结 语

什翁隧道出口下穿国道超浅埋段，原设计明挖法施工存在安全风险高、国道改路不合理，工期长不能按期完工，经过多次讨论研究，提出了暗挖法出洞方案，降低了安全风险，节约了工程投资，并且如期、顺利出洞，取得了技术、安全、工期和成本方面效益。