武鳳文

【摘要】通過渝利鐵路黃草山隧道淺埋偏壓段出洞施工?？偨Y出：準確掌握淺埋偏壓地形，選擇合理成洞方案， 加強監(jiān)控量測，是解決淺埋偏壓隧道出洞施工的關鍵。并詳細介紹了黃草山隧道偏壓荷載產生的壓力分析，出洞施工的方案選擇、小導洞施工工藝、監(jiān)控量測情況。為類似工程積累了施工經(jīng)驗，加快了施工進度，節(jié)約了施工成本，達到了預期效果。

【關鍵詞】隧道 偏壓 出洞 監(jiān)控量測 應用

一、引言

隨著我國客運專線建設不斷向山區(qū)延伸，隧道工程在客運專線工程中所占比例越來越大，而且地形越來越復雜，有的隧道進、出口均位于懸崖峭壁或陡坡之上，溝谷深切，從隧道進、出口或單向掘進的施工方法已不能滿足工程施工需要，需采用輔助施工橫洞分別往隧道進、出口方向施工。這樣，在處理隧道淺埋偏壓問題時已不能采用常規(guī)的先平衡偏壓，然后進行地表加固、再開挖進洞的處理方式。當從山體里往外開挖接近地表時，采用非標準斷面選擇合適位置開挖出洞，準確掌握淺埋偏壓地形，加強監(jiān)控量測，選擇合理成洞方案，是處理這一問題的關鍵。

二、工程概況

黃草山隧道系渝利鐵路的特長隧道， 隧道全長6663米，由于隧道進、出口均位于懸崖峭壁或陡坡之上，采取斜井向進、出口兩個方向掘進。該隧道穿越煤層瓦斯、采空區(qū)、淺表天然氣、滑坡以及危巖落石等不良地質，施工難度大，安全風險高，是全線重點控制工程之一，平均設計標高為485m，最大埋深690m。隧道進口段主要為灰?guī)r，但由于風化溶蝕較強烈，地表溶溝、溶槽發(fā)育，其間充填大量粘土夾碎石，覆蓋層多屬Ⅱ、Ⅲ類，深部為Ⅳ類。為避免生態(tài)破壞， 遵循“早進洞，晚出洞”原則，由此，隧道進口段25m范圍內均屬淺埋偏壓段。設計參數(shù)如下圖所示：

三、小導洞出洞施工

（一）出洞方案

在選擇出洞方案時，既要考慮施工安全，又要便于施工。特別是洞口段自穩(wěn)能力差、覆蓋層薄弱，坍塌變形是最常見的地質災害，一旦發(fā)生不僅延誤工期，往往造成重大經(jīng)濟損失或人員傷亡，因此施工方案的選取顯得尤為關鍵。根據(jù)偏壓隧道特點，最大安全隱患來自對偏壓荷載的處理上，最好的處理方式莫過于采取某種手段將偏壓消于無形。偏壓荷載的產生原因分析如下：

隧道兩側壁的圍巖均布壓力e左與e右為：

e左=■， e右=■ （1）

式中e1，e2分別為隧道側壁頂端和底端水平圍巖壓力。當兩側壁的圍巖均布壓力e左與e右不相當時，將產生偏壓荷載[1]，表達式為：

│e左-e右│或│e右-e左│>0； （2）

進一步分析，偏壓隧道水平側壓力等于垂直壓力乘以側壓系數(shù)。表達式為：

e1=γ×h1×λ1， e2=γ×h2×λ2 （3）

式中γ為圍巖容重，h為隧道左、右兩側拱頂水平至地面高度，λ為左、右兩側的側壓力系數(shù)。由（3）式得水平側壓力與圍巖容重、埋深、側壓力系數(shù)有關。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在這個較小范圍內可以假設隧道左、右兩側圍巖容重相等。那么引起偏壓的原因為隧道兩側埋深及側壓系數(shù)。再根據(jù)側壓力系數(shù)計算公式：

λ=■ （4）

式中β為產生最大推力的破裂角，φ為圍巖計算摩擦角，α為地面坡度角。由于該區(qū)域內山體巖性大致相同，可假設隧道兩側破裂角和圍巖摩擦角相當，那么側壓系數(shù)就只跟地面坡度角有關，而地面坡度角的量性反映就是隧道兩側的埋深h，坡度角越大，兩側埋深高差越大。

綜合（1）至（4）式及相關推理，只要找到某個兩側埋深大致相同的出洞地點，就能避免偏壓，也可大大降低出洞施工的安全風險。根據(jù)實地踏堪，進口段25m范圍內在隧道軸線方向雖然偏壓嚴重，但在法線方向上地表坡面較單一，埋深大致相同。因此，選擇在該坡面上采用小導洞掘進出洞，方案示意如下圖：

（二）施工工藝

（1）小導洞斷面尺寸選擇。在選擇小導洞斷面時，應滿足兩個條件，一是方便人員、機械進行施工作業(yè)；二是盡量控制斷面尺寸，不能過大，減小安全風險；因此，斷面尺寸采用5m（寬）×5.5m（高）的上拱下墻結構；

（2）小導洞超前支護措施。由于埋深很淺，為保證開挖施工安全，在小導洞開挖施工前，先采用φ42鋼花管作超前支護。小導管長3.5m，環(huán)向布置間距30cm，外插角≥10°，搭接長度≥1m，注漿采用純水泥漿，注漿壓力為0.5-1.0Mpa，導管成梅花型布置，前端加工成錐型，尾部長度不小于30cm作為不鉆孔的止?jié){段；

（3）小導洞臨時支護措施。采用早強的復合式柔性支護，具體為φ22鋼筋格柵間距0.8m，噴射20cm厚C20混凝土， 鋼筋格柵之間加強縱向連接，除個別松動巖體外不打設徑向錨桿，以免擴大開挖時造成巖體掛連，增加爆破擾動；

（4）小導洞出洞后可采用常規(guī)的先平衡偏壓，然后進行地表加固、再開挖成洞的處理方式。

四、監(jiān)控量測

為實現(xiàn)動態(tài)設計動態(tài)施工的管理理念，施工過程中的監(jiān)控量測必不可少，為此實施了多層次全方位的監(jiān)控量測手段，確保支護參數(shù)的合理性.特別是小導洞施工出洞過程中對隧道外面情況難以準確掌握的情況下科學、有效、及時、準確的施工監(jiān)測能夠獲得圍巖變形信息，根據(jù)監(jiān)控量測結果進行動態(tài)支護設計和信息反饋，是指導安全施工的有力保證。

（一）量測項目選擇

根據(jù)小導洞出洞施工的特點，一是隧道埋深淺，二是偏壓嚴重.假設隧道變形，表現(xiàn)最為突出的現(xiàn)象就是地表開裂或沉降，其次是隧道支護變形開裂等.為此，選擇合適有效的監(jiān)測項目既能滿足監(jiān)測效果，又能快速反饋信息，指導施工，監(jiān)控量測項目及方法如表1：

由于小導洞施工中的鋼筋格柵及徑向錨桿等均為臨時支護措施，小導洞本身的施工周期也較短，固鋼支撐內力及錨桿抗拔力等監(jiān)測周期較長的監(jiān)測項目效果并不好，可不采用，但在擴挖施工時必須采用。

（二）量測布點選擇

（1）地表下沉布點如圖3，可通過測量數(shù)據(jù)直接反饋地表變形情況，簡單快速，測量結果可作為調節(jié)小導洞施工進尺、爆破藥量及調整臨時支護的依據(jù)。

（2）周邊收斂及拱頂下沉布點如圖4， 測量數(shù)據(jù)直接反映小導洞的安全及穩(wěn)定狀態(tài)，是小導洞施工的安全保證，測量內容主要為觀測A、B、C、D、E五個測點之間的距離變化，相對位移。

五、結束語

洞口偏壓地形隧道施工，風險較大，因此，進洞前要詳細勘查地勢，找到兩側埋深大致相同的出洞地點，消除偏壓于無形，不失為最經(jīng)濟有限的處置偏壓地勢的方式。監(jiān)控量測作為一道工序來安排和管理，全方位、多層次布置點位，監(jiān)控地表及洞內巖層狀態(tài)是施工人員準確判斷的前提，并將監(jiān)控量測結果及時分析、反饋、采取合理方案，抑制偏壓，才能確保順利出洞。

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