削坡影响的浅埋偏压隧道洞口安全性优化设计研究

王年近 张洋溢 王晓勇

（中电建路桥集团有限公司， 北京 100160）

0 引言

随着城市公路建设规模的不断扩大，建设过程中遇到穿越山体、大断面等情况更为普遍。由于山区地形、地质条件复杂多变，桥隧相连等原因，工程实际施工过程中出现了较多的隧道洞口设计边坡被切削，造成隧道仰坡坡脚出现竖向临空面的情况。隧道洞口设计边坡的切削加剧破坏了山体的原有受力平衡，形成浅埋偏压隧道施工条件，增加了隧道洞口施工风险，使得这些洞口往往成为设计和施工中的控制难点。

代树林、左天宇、侯晶石等[1]对地形偏压隧道地表处理措施开展研究，得到隧道偏压优化处理方案；张永利，李冬生[2]对削坡后洞口围岩受力方式开展数值模拟，分析了山体削坡后对隧道稳定性的影响。

本文以杭州萧山区博奥路山岭隧道施工项目为研究对象，对该削坡浅埋隧道洞口施工安全性施工方法进行优化设计，并进行实际工程验证，为以后类似工程的设计提供了参考

1 工程概况

本项目位于杭州市萧山区博奥路段的山岭隧道隧道施工段，主线隧道为双向六车道，采用分离式独立双洞形式穿越西山，主线隧道左线北起里程桩号ZK2+009.00, 南至里程桩号ZK2+580.00 的山岭隧道段，长度571m。主线隧道右线北起里程桩号YK1+928.00,南至里程桩号YK2+580的山岭隧道段，长度652m。慢行系统隧道北起里程桩号K0+140,南至里程桩号K0+800,全长660m。

由于本隧道地处城市交通重点密集区域，需要对隧道上部坡体进行切削施工，本项目主线隧道进洞口段地面横坡较为陡峻，边仰坡开挖工程量较大，洞口处为浅埋偏压以及开挖位置较深且隧道围岩以砂岩为主，节理裂隙较发育且破碎，围岩级别为Ⅴ级为主，围岩自稳性较差，给施工造成了较大的施工安全质量风险隐患。

由于隧道上部削坡施工处理，造成隧道施工难点在于洞口左偏压且属于浅埋段，如果开挖掘进工艺不当极易导致因围岩变形过大甚至山体滑坡，进而影响施工质量安全且延误施工工期。

图1 隧道洞洞口断面

2 削坡影响下隧道洞口安全性优化设计

综合考虑各方面因素，结合博奥路西山隧道围岩情况，针对上部坡体切削隧洞施工条件进行施工设计优化。

2.1 隧洞开挖支护方法优化设计

洞顶截水沟设在距离边仰坡开口线5m 外，采用M10 浆砌片石砌筑。采用机械配合人工开挖，局部地形受限采用人工开挖，挤浆法施工浆砌片石，在隧道洞口段开挖前施工完毕。

整体结构采用C35 自防水钢筋混凝土进行结构的自防水；之后采用2.0mm 厚EVA 防水卷材，背衬400g/m2无纺布一层作为防水隔离层；最后在衬砌浇筑工作缝设置钢边橡胶止水带，在设置变形缝处设钢边止水带。同时在二衬迎水面设置背贴式止水带。施工时沿边沟侧填土夯实，并高于沟顶，以免水渗入截水沟基础内。

边仰坡采用挖掘机为主，人工配合刷坡，逐级开挖、逐级防护，防护与开挖同步，开挖到成洞面附近时预留核心土体，方便长管棚施工。时刻注意洞口段地质状况，地质条件较差时仰坡采取马口开挖，开挖后及时进行锚、网、喷支护。

2.2 削坡影响下隧道偏压进洞优化设计

首先开展浅埋偏压隧洞的长管棚施工设计，进洞口均采用30m 管棚，边仰坡开挖支护到设计位置时，注意预留核心土，方便施做长管棚套拱,管棚采用C25 混凝土套拱做固定端，套拱内设3 榀工20a 工字钢与管棚焊成整体。管棚材料采用热轧无缝钢管直径108mm,壁厚8mm。

充分利用预留的核心土，搭设平台，安装钻机，钻孔→下管→注浆。

图2 削坡影响下长管棚优化设计图

右线隧道进口处地形起伏较大，为尽可能少的进行山体刷坡，减小对山体边坡环境的影响，在洞口山体外侧施做反压处理，施做套拱，并在隧道顶部回填土石，防止由于浅埋造成的隧道失稳。

先开挖清除部分地表土，然后施作60cm 厚C25 混凝土套拱，套拱内设I18 工字钢钢拱架，间距50cm,钢架之间通过Φ22 钢筋连接，环向间距100cm,套拱内预留Φ127×4mm 孔口管，套拱两端基础各延伸至围岩内不小于60cm,并设置锁脚锚杆，每榀8 根；管棚采用Φ108×8mm 无缝钢管，长30m。套拱施作完毕后对隧道拱顶进行回填。

3.3 削坡影响下隧道偏压洞口安全性优化设计

针对工程现场削坡影响下的偏压隧道到工况，开展如下隧洞洞口优化设计方案：

左右线及慢行隧道进口洞门根据地形条件，采用台阶式洞门。慢行隧道出口洞门采用端墙式洞门。

（1）明洞、洞门土石方开挖至洞口大管棚套拱基础底标高时，人工开挖基坑，进行长管棚套拱及长管棚施工，超前长管棚注浆后，进入正洞施工，正洞开挖与明洞下半部分土石方开挖同时进行。

（2）明洞、洞门土石方开挖至路面设计标高时，转为人工开挖，由人工挖出明洞仰拱及洞门基础，明洞基础应落在稳固的基础上，地基承载力≥200kPa。如在土层上，应实测地基承载力，再做处理，保证承载力满足设计要求。

（3）外模采用5cm 厚木板，插入式振捣器振捣。隧道明洞一次性整体式进行灌注，浇筑砼必须对称分层浇筑，每层厚度不超过30～50cm，振捣密实又不超振。在明洞与隧道正洞洞内接头处设置变形缝。

明洞及洞门结构施工须符合以下质量要求：洞门施工放样位置准确；洞门基础必须置于稳固的地基上，并满足设计承载力；明洞衬砌与暗洞交界设沉降缝分开浇注，台车长度多于部分向洞门段调节；洞门建筑完成后，检查仰坡坡顶的截水沟及路堑排水系统的完好与连通。

（4）整体结构采用C35 自防水钢筋混凝土进行结构的自防水；之后采用2.0mm 厚EVA 防水卷材，背衬400g/m2无纺布一层作为防水隔离层；最后在衬砌浇筑工作缝设置钢边橡胶止水带，在设置变形缝处设钢边止水带。同时在二衬迎水面设置背贴式止水带。施工时沿边沟侧填土夯实，并高于沟顶，以免水渗入截水沟基础内。

（5）明洞衬砌达到设计强度，完成防水和排水盲沟后，采用碎石土进行回填。回填应分层、对称，每层厚度不大于0.3m,两侧回填土高差不大于0.5m,压实度应大于90%，应在拱顶中心回填高度达到1.0m,方可采用机械回填。回填土顶部施工30cm 粘土隔水层，并严格夯实，表层植草种树。

3 优化设计成果

针对杭州市萧山区博奥路段的上部削坡处理的浅埋偏压山岭隧道施工条件，结合本文削坡影响下隧道洞口安全性优化设计方案，开展实际项目工程验证，在本文优化方案设计下，现场隧洞施工效果图如图3。

图3 浅埋偏压隧道洞口效果图

如图3 所示，隧洞上部山岭坡体被切削，破坏了原有的围岩稳定形态，导致隧洞施工环境受力较为复杂；本文利用隧洞偏压优化方案设计，稳定了围岩受力情况，工程效果良好，对该洞口设计过程中存在的问题和解决方案进行了探讨，为以后类似工程的设计提供了参考。

图4 浅埋偏压隧道洞口内部效果图

4 结束语

本文以杭州萧山区博奥路山岭隧道施工项目为研究对象，对该削坡浅埋隧道洞口施工安全性施工方法进行优化设计,得到以下结论：

（1）对于偏压型隧道，在洞口山体外侧施做反压处理，施做套拱，并在隧道顶部回填土石，防止由于浅埋造成的隧道失稳，应用效果良好。

（2）偏压式洞口护拱防护结构及安全性优化设计，能够有效的降低大开挖对山体围岩扰动。

本施工方案的优化设计，很好地解决了浅埋偏压地形带来的施工难点，保证了隧洞后续暗洞施工质量安全。通过隧道的施工实践，为大断面浅埋隧道施工积累有效且经济的施工经验，为类似的浅埋偏压隧道施工具有一定的借鉴和参考意义。