浅埋偏压隧道洞口段施工技术研究

摘要：本文一成武高速公路上马街隧道为工程背景，对其洞口进行浅埋偏压判断，并听出了洞口施工技术方案，为此类浅埋偏压隧道洞口施工提供技术参考

关键词：浅埋偏压；隧道洞口；施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1工程概括

马街隧道为武都至罐子沟高速公路中的一座长隧道，位于甘肃省陇南市武都区境内，为上下分离式隧道，上行线里程桩号YK78+615～YK79+938，下行线里程桩号ZK78+610～ZK41+716，隧道净宽9.65米，净高5米二次复合式衬砌。隧址位于河流侵蚀区的低山丘陵亚区，地面标高1216.0~1380.0m。山体地形总体略有起伏，呈中间高两侧低形，马街隧道左线洞口进洞口处自然坡度约30°，洞顶覆盖层最薄处只有2.5米，为黄土和块石状的坡脚堆积体。

2工程地质情况

进口段25米范围内覆盖层厚度为2.5m~15m。地质情况为碎石土，褐黄色，中密，土质不均，为松散层，散体结构，土体稳定性极差。此洞口进洞口处处于山体坡脚堆积层上，从纵横向断面图来看，纵向坡度约为30°，横向坡度约为35°。

3隧道偏压机理

3.1隧道偏压原因

隧道偏压是指由于各种原因引起围岩压力呈明显的不均匀性，从而使支护受偏压荷载的隧道。主要有以下几个方面原因：

（1）施工原因，因施工方法不当引起开挖断面局部坍塌，从而改变了围岩压力的相对稳定性，造成应力集中而引起隧道偏压。如处理得当，一般不会影响正常施工。

（2）地质原因，围岩产状倾斜，节理发育，其间又有软弱结构面或滑动面，自稳能力极差，施工中一旦受到干扰，岩体就会沿层理面出现滑动。

（3）地形原因，隧道傍山，地面显著倾斜，侧压力较大，且隧道埋深较浅。

3.2隧道浅埋偏压判断

（1）施工原因引起的偏压，由于开挖不当或支护不及时引起一侧围岩发生局部坍塌，或回填不实造成不稳定土体，人为造成了偏压的地质构造。

（2）地质构造引起的偏压，地质构造常在多裂隙围岩（以Ⅲ、Ⅳ级较为突出）中引起隧道偏压，其压力分布主要与下列因素有关：①围岩的工程地质条件及控制性裂隙、节理或层理（统称为软弱面）的产状及其与隧道轴线的组合关系：②围岩扰动范围；③控制性软弱面的强度以及作用在软弱面上的法向力大小等；④隧道一侧受2个倾斜的软弱面（倾角为α）及一组节理面所切割时，会形成不稳定块体，当围岩的内摩擦角ø小于弱面倾角α时，岩层将沿弱面滑动并产生偏压。

（3）地形引起的偏压中围岩类别、地面坡度和覆盖层厚度是判别隧道偏压的3个重要因素[1]。当隧道外侧拱肩至地表面的垂直距离t值等于或小于下表所列数值时（如表1），应视为偏压隧道。一般在Ⅳ级以下围岩中，以地形引起的偏压为主。

表1 拱肩至地表面垂直距离t值

综上所述，我们可以推断马街隧道进口段属于浅埋偏压段。

4浅埋偏压隧道施工技术研究

浅埋偏压隧道在施工时既要预防由于偏压而造成岩体一侧挤进、失稳、塌方甚至冒顶，同时又要预防由于偏压引起喷混凝土裂缝、脱落、拱架扭曲变形、收敛加剧和围岩及初支结构产生突变、二衬混凝土开裂以及结构位移错位。若选择的施工方案有问题，方法不得当，工序不合理，质量控制不到位，将会对隧道进洞施工造成相当大的困难，对隧道质量产生病害。因此，我们在对偏压隧道施工中要对以上问题需引起注意，对可能产生的病害进行预防，同时通过技术攻关制定出了解决以上问题的施工方法。

根据该隧道浅埋偏压段地形、地质情况和设计情况，初步确定了首先进行洞口边仰坡开挖刷坡，边坡防护，超前支护，洞身开挖，初期支护，围岩量测，二次衬砌等施工顺序。

（1）超前支护

采用管棚施工作为纵向预支撑，与环向支撑钢拱架形成刚度较大的整体，适用于围岩压力来得快来得大，对围岩变形及地表下沉有较严格限制要求的软弱破碎围岩隧道中，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力。管棚施工步骤根据设计要求可分为：管棚加工，施工放样，导向墙施工，钻孔，顶管，堵漏封管，注浆等工序来进行施工，其施工参数如下：洞口段第一环为φ89×6mm长20m环向间距40cm管棚，φ42×4mm长4.5m环向间距35cm超前注浆小导管。

（2）开挖及支护技术

采用环形开挖留核心土法进行开挖，运用挖掘机及人工用风镐进行开挖，严格控制炮眼深度和装药量，环形开挖进尺为0.5~1.0m，核心土面积不小于整个上半断面面积的50%。开挖后及时安装钢拱架、焊接连接筋、铺挂钢筋网、施作系统锚杆和锁脚锚杆、喷射混凝土等，待本循环喷混凝土终凝时间达到4小时后才能进行下一循环的作业。当环形导坑长度达到10~15m后，进行下台阶的开挖支护，下台阶开挖支护时上台阶的喷射混凝土强度要达到70%以上才能进行下台阶的施工，其施工参数如下：φ42×4mm长4.5m环向间距35cm超前注浆小导管，R27型长3.5m纵向间距50cm环向间距100cm中空注浆锚杆，φ8钢筋网规格20×20cm，Ⅰ20a型钢钢架，纵向间距50cm，喷C25早强混凝土26cm。

由于地形条件为左侧低、右侧高，左右侧边墙开挖支护时考虑到偏压因素，应先开挖支护地形低的一侧的边墙，这样可以防止由于偏压而造成拱墙位移和压力大的一侧由于暴露时间长而造成变形裂缝等不利情况。下台阶边墙采用左右侧边墙交替开挖支护的方法进行施工。左右侧边墙前后错开距离控制在2~3m左右，边墙施工完成段及早施作初支仰拱和混凝土仰拱及填充，以使初支结构早成环，达到良好的受力状态。

（3）监控量测

监控量测是隧道新奥法施工的重要内容，通过监控量测，掌握围岩和支护的动态，对支护参数的选定以及支护结构的稳定性起到重要的作用。在施工中，在洞顶上面埋设地表沉降观测桩，根据隧道的埋深大小，每隔3~5m，分别在拱顶、起拱线、墙腰三个部位埋设观测点，根据图纸和量测规程要求进行量测，及时整理量测数据并进行分析、处理，并在施工中及时调整支护的参数、开挖的进尺、支护参与工作的时间等措施，发现围岩变形速率超标，及时采取各种补救措施进行处理。在洞口左侧下台阶开挖后，发现左侧拱部外侧坡面的喷射混凝土出现了裂缝，说明此处围岩压力增大，围岩在向拱部的位移量急剧加大，通过监控量测也说明围岩收敛值在急剧加大。我们通过缩短开挖进尺、及时进行边墙支护、增加系统锚杆和锁脚锚杆，及时施作仰拱，是支护结构尽早成环，及早处于合理的受力状态，防止和避免了左侧拱墙变性加大甚至产生支护混凝土开裂、拱架扭曲变形和挤进的现象。

（4）二次衬砌

初期支护施工完成后，及时施作钢筋混凝土仰拱，改善围岩的应力和变形状态。仰拱施作完成后，随即施作二次衬砌。量测数据表明：浅埋隧道的早期变形很快，针对初期支护变性较大而采取的补救措施不易实施，而且投资较大，时间较长，因此在初期支护完成后应尽早施作二次衬砌。由于隧道所处山体有偏压存在，洞口设计为Ⅴc衬砌断面，衬砌结构为钢筋混凝土衬砌，加大了二次衬砌的强度和刚度，有效的控制了围岩的变形。

5结语

浅埋偏压隧道进口段由于偏压和岩体变形很快，极易引发地质灾害，因此施工技术措施变得尤为重要，在施工过程中要及时根据地质情况进行挑战，动态施工，采取相应措施，通过合理的施工，顺利的通过了马街隧道洞口浅埋偏压段的施工，为类似工程提供了相似的技术参考。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标注.公路隧道施工技术规范（JTJ042-2009）.北京：人民交通出版社,2009