吳子瀛

（蘇交科集團股份有限公司，南京210019）

1 引言

針對淺埋偏壓這一問題，國內外已有很多專家進行了相關研究。張長安【1】在漿水泉隧道埋深極淺的情況下，通過采取地表注漿、護拱、護墻等多種措施對地表進行加固，有效規(guī)避了塌方冒頂?shù)娘L險。馬杲宇【2】運用FLAC3D對淺埋偏壓隧道進行了施工過程的力學分析，對其洞口段穿越滑坡堆積體時的圍巖變形機理進行了深入研究。張群【3】以京滬連接線港溝隧道為背景，深入研究了超大斷面淺埋偏壓隧道圍巖穩(wěn)定性問題。沈佳佳【4】以京滬高速濟南連接線工程與濟南繞城高速濟南連接線工程為背景，對超大斷面雙向8車道隧道二次襯砌厚度進行了優(yōu)化研究。王小鎖【5】以蓮塘隧道為工程實例，建立三維有限元計算模型，對比計算單側壁導坑法和雙側壁導坑法對超大斷面隧道開挖的影響。

鑒于超大斷面隧道施工的復雜性和技術困難性。這將是設計與施工領域的一大熱點問題，需要通過不斷研究和總結來豐富其設計、施工經(jīng)驗及理論知識。

2 工程概況

深東大道位于深汕特別合作區(qū)境內，路線起于龍山隧道進口處（規(guī)劃新福路北），自西南向東北方向穿越山嶺區(qū)后轉向東進入規(guī)劃中心城區(qū)，終點接望鵬大道樞紐立交起點。其中，大山頭隧道為雙向8車道隧道，設計時速為80km，隧道長度542.5m（左右線平均長度），隧道最大埋深63.27m。內輪廓總寬18.635m。

我國JTG/T D70—2010《公路隧道設計細則》【6】中對跨度的劃分標準詳見表1。

表1 《公路隧道設計細則》跨度劃分標準

大山頭隧道內輪廓跨度達到18.635m，根據(jù)以上判別標準屬于特大跨度隧道。

3 工程地質條件

隧道進出口段穿越圍巖主要為強、中風化砂巖，圍巖破碎，呈層狀構造，穩(wěn)定性差，以Ⅴ級圍巖為主。隧道開挖易產(chǎn)生坍塌，處理不當會發(fā)生大的坍塌，側壁易發(fā)生小坍塌。裂隙水較發(fā)育，屬中等透水層。

4 進洞方案研究

4.1 明洞方案

根據(jù)橫斷面和縱斷面地面線并結合地質資料綜合確定ZK12+370樁號為洞口樁號，往洞身段做25m明洞，以ZK12+345為明暗分界樁號。具體設計方案和施工措施如下：

1）開挖明洞邊仰坡及洞口上方土石方，右側設置高度9m的擋墻，擋墻接二級邊坡；

2）洞口段施工應在洞頂截水溝施工完成后進行，開挖施工應逐級開挖逐級防護，邊仰坡防護應與明洞開挖同步進行，應盡量避開雨季施工；

3）為保障洞口段邊仰坡的穩(wěn)定，減小洞口邊仰坡暴露面積，洞口施工時應先開挖一個洞，另一個洞及兩洞間土體先不開挖；待先行洞洞口段施作完成后再進行后行洞的開挖。

4.2 暗洞方案

根據(jù)橫斷面和縱斷面地面線并結合地質資料綜合確定ZK12+370樁號為暗進洞口樁號。具體設計方案和施工措施如下：

1）施作反壓擋墻，擋墻基礎應設置在穩(wěn)固的地基上，如其承載力不能滿足要求，可采取加深擴大基礎、換填、注漿加固等措施；

2）對反壓擋墻和山體間進行水泥穩(wěn)定土回填并夯實，回填前應先清除表面植被腐殖土，回填材料宜選用穩(wěn)定性較好的碎石土。水泥摻量宜取5%～8%。回填高度要滿足拱頂?shù)淖钚÷裆钜螅?/p>

3）施作導向墻和大管棚，并采用雙側壁導坑法開挖進洞。

4.3 半明半暗方案

根據(jù)橫斷面和縱斷面地面線并結合地質資料綜合確定ZK12+370樁號為洞口樁號。具體設計方案和施工措施如下：

1）從洞口樁號ZK12+370往洞身15m范圍內設置偏壓式耳墻，耳墻采用C30混凝土，并設置φ10cm PVC泄水管，排出裂隙水與地表水，以減少水對土體的擾動；

2）耳墻外側回填M10漿砌片石，高度為5.5m，M10漿砌片石以上回填水泥混合土；

3）襯砌外側設置護拱，護拱基礎左側置于偏壓耳墻內，護拱采用C25混凝土，護拱厚度為70cm。護拱內采用I20b工字鋼支護，縱向間距50cm；

4）半明半暗段采用坡率1∶0.75分臺階開挖，每層開挖高度不超過2m，開挖后立即采取錨噴支護，支護參數(shù)為：噴射厚度為10cm的C25噴射混凝土防護，并鋪設φ8mm鋼筋網(wǎng)片，鋼筋間距為20cm；同時采用φ22mm砂漿錨桿對坡面進行加固，砂漿錨桿長度為4.0m，間距1.2m，梅花形布置。

4.4 3種方案優(yōu)缺點對比

4.4.1 明洞方案

優(yōu)點：施工方便，有利于縮短施工工期。

缺點：

1）開挖明洞邊仰坡和拱部土石方，需大面積刷坡，地表穩(wěn)定性和原坡體平衡遭到破壞，加上雨水沖刷滲透作用，容易造成滑坡等問題；

2）破壞的地表植被難以恢復，破壞生態(tài)及周圍環(huán)境。與綠色設計的理念相違背；

3）臨時防護費用高，土石方開挖費用高；

根據(jù)以上分析，本項目推薦采用半明半暗進洞方案。

4.4.2 暗洞方案

優(yōu)點：不用刷坡，安全風險小，不用大開大挖，對原狀土擾動少。

缺點：

1）回填土石方不易壓實，穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生地表沉降，甚至造成坍塌冒頂；

2）回填工程量較大，工程造價較高，施工難度較大。

4.4.3 半明半暗方案

優(yōu)點：

1）刷坡較少，對地表和原狀土的破壞和擾動較少，有利于保護周圍環(huán)境；

2）邊仰坡刷坡高度低，不易產(chǎn)生滑坡，安全風險較低；

3）回填工程量較小，工程造價較低。

缺點：經(jīng)濟性不如明洞方案，但優(yōu)于暗洞方案。

5 數(shù)值模擬計算

根據(jù)JTG/T 070—2010《公路隧道設計細則》的要求，采用地層結構法進行數(shù)值模擬計算，為了消除邊界效應，左右邊界取3B（B為毛洞跨度），下部邊界取3B′（B′為毛洞高度），上部邊界取至地表。左右邊界施加水平約束，下部邊界施加豎向約束，上部邊界為自由邊界。

5.1 選擇參數(shù)

本次數(shù)值模擬計算的物理力學參數(shù)的選取主要是根據(jù)隧道工程地質勘察報告，并參考JTG 3370.1—2018《公路隧道設計規(guī)范》【7】，再結合工程及計算經(jīng)驗選取，具體參數(shù)表見表2、表3。

表2 模型材料物理力學參數(shù)值

表3 模型圍巖物理力學參數(shù)值

5.2 建立模型

根據(jù)JTG/T D70—2010《公路隧道設計細則》的要求，圍巖采用摩爾-庫倫本構模型，錨桿通過提高加固區(qū)圍巖的黏聚力和內摩擦角來近似模擬，噴射混凝土，二襯采用梁單元模擬，圍巖采用平面應變模擬，鋼支撐采用梁單元模擬。鋼拱架通過提高噴射混凝土的強度值來近似模擬。

5.3 結果分析

5.3.1 位移分析

根據(jù)計算可以發(fā)現(xiàn)，最大位移發(fā)生在開挖中間圍巖的施工過程中，最大位移為12.59mm。滿足設計預留變形量20cm的要求。

5.3.2 二襯內力分析

根據(jù)計算可以發(fā)現(xiàn)，最大軸力發(fā)生在右側拱腳處，為982.237kN。最大彎矩發(fā)生在右側拱腳處，為143.288kN·m。根據(jù)計算可知，二襯結構的裂縫寬度和安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，并留有較大的安全儲備，故該項目所采用的淺埋偏壓式洞口的進洞方案可以滿足安全施工和運營的要求。

6 結語

本文通過3種進洞方案的經(jīng)濟技術指標對比，選擇采用半明半暗的進洞方案，并結合數(shù)值模擬計算對該進洞方案進行了研究分析，驗證了該進洞方案的合理性。期望能對以后類似隧道洞口方案的設計和施工有所幫助。