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1、公路隧道 2 0 1 0年第 4期 总第 7 2期 武罐 高速公 路隧道斜 交偏压段进 洞方案 王永 刚 甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司 兰州 7 3 0 0 3 0 摘 要山区高速公路沿河傍山路段选线中 不可避免地存在隧道斜交 偏压进洞的情况 随着当今公路隧道建 设环保理念的加强和对洞口周边 自然生态环境的重视 本文主要针对武罐高速公路沿河傍山路段斜交 偏压隧道 的实际地形 地质状况 本着 安全 环保 美观 的原则 通过多方案的优化 比选 提出了斜交 偏压段相对合理的 进洞方式和施工工艺 最大限度的保护了洞口周边的生态环境 降低了边 仰坡的开挖高度 目前 相关设计方案 已在武罐高速公路
2、隧道工程中实施和运用 关键词隧道斜交偏压进洞方案优化 随着高等级公路建设 向西部 山区的逐步延伸 在山区沿河傍山路段选线过程中 除长大隧道外 绝 大多数 中 短隧道由于受 山区地形 路线指标 线位 整体布设的限制 不可避免地出现隧道轴线与等高 线斜交 的情况 加之新的公路工程技术标准实施后 洞 口3 s 行程的严格要求 往往影响到高速公路 的布 线 使得隧道洞 口往往只能服从路线总体走向 很难 较好地照顾洞 口地形 从而造成洞 口的斜交 偏压现 象 导致洞 口边 仰坡刷坡高度大 存在安全隐患 难 以安全进洞 此种情况下 传统的设计与施工理念 一 般是在洞 口进行边 仰坡 的开挖 防护 达到一定
3、 的进洞条件 满足暗挖条件下洞顶 和侧壁 的最低覆 盖层厚度 后再暗挖进洞施工 这时在靠山侧已形成 了较大高度 的边 仰坡 破坏 了原有 山体 的 自然 平 衡 极易诱发洞 口边坡失稳 坍塌 滑坡等各种不 良 地质灾害 随着公路环保设计新理念的进一步贯彻 隧道 环保进洞的设计越来越 引起重视 相关丁程技术人 员针对隧道环保进洞问题开展了大量有益的探索和 研究 本文以交通部典型示范工程一武罐高速公路 为依托 针对武罐高速公路沿河傍山路段斜交 偏压 隧道的实际地形 地质状况 本着 安全 环保 美观 的原则 通过多方案 的优化 比选 提 出了武罐高速 公路斜交 偏压段相对合理 可行 的进洞方式 和施
4、工 工艺 降低了边 仰坡 的开挖高度 最大限度保 护了 洞口周边 的生态环境 目前 相关设计方案已在武 罐高速公路隧道工程中实施和运用 1 武罐高速公路工程概况 武罐高速公路起点位于甘肃省陇南市武都 区两 水镇 终点位于陇南市文县将军石 甘川界 是兰州 至海 口国家高速公路在甘肃省的重要路段 路线位 于甘肃省东南部秦岭山地 路线基本沿河傍山布设 区内河谷多呈深 切 的 V 字形 谷窄 沟深 山体陡 峻 地形特殊而复杂 地层岩性 主要 为砂岩 变质砂 岩 砂质板岩和千枚 岩等 沿线工程地质条件差 滑 坡 崩塌 泥石流 松散堆积层 构造裂隙及断层破碎 带等不 良地质现象分布较多 总体地势西北高 东
5、南 低 路线所经区内最高点麻崖子 梁海拔 2 4 6 3 m 最 低点候家沟海拔 6 9 1 0 m 相对 高差为 1 7 5 0 m 沿线 分布 5处较大断裂构造和 2 0 余处次级断层 属陇南 高地震烈度区 地震基本烈度 度 本段路线受滑坡 崩塌 泥石流 松散堆积层 构 造裂隙及断层破碎带影响 并且路线走廊带 内存 在 建设过程 中的兰渝客运专线和 2 0 6省道 使得公路 选线受到很大影响 和限制 施工 图设 计路线 总长 1 2 9 7 9 3 k m 全线采用全立交 全封闭 控制 出入的 4车道高速公路标准 设计速 度为 8 0 k m h 整体式 路基宽度 2 4 5 m 分离式路
6、基宽度 1 2 2 5 m 全线共 设特大 大 中桥梁 1 3 9座 桥梁 总长 4 5 5 2 2 4 2 8 m 占路线总长的 3 5 1 全线共设 隧道 4 1 5 4 3 3 4 m 4 6座 占路线总长的 3 2 0 O 其 中 洛塘 将军石段 2 6座隧道 1 0 2 处洞 口中有 7 8处 因受地形限制采用 桥隧相接方案 本段 4 9处隧道洞 口与等高线小角度 相交 地形偏压严重 设计 中坚决贯彻环保进洞的设计理念 根据斜 交 偏压隧道的具体状 况及工程地质条件 和环境条 件 对洞 口局部线形进行多方案 比选 分析 优化路 线指标 进洞位置 对洞 门结构形式 进洞方案 边坡 防护
7、 施工方案等方面仔细研究 深入分析 尽可能 适应原有地形 减少对原始地形 地貌和生态环境 的 破坏 制定合理可行 的优化进洞方案 2 7 公路隧道 2 0 1 0年第 4期 总第 7 2期 2 斜 交偏压段隧道进洞方案 根据武罐高速公路斜交 偏压洞 口的实际地形 地质状况 设计 中根据具体情况分别采取 了以下几 种环保进洞方案 2 1 贴壁套拱方案 适用于隧道与山体大角度斜交 且路线走向地 表坡度较陡的情况 一般情况下为风化破碎石质围 岩 覆盖层较薄 隧道进洞前先开挖路堑 临近隧道 暗挖成洞面前预 留 4 5 m核心土体 两边切槽 施 作以型钢或钢拱架为骨架的套拱 套拱一次到位 与 成洞面紧贴
8、 根据 围岩情况 暗洞施工前需进行超前 注浆预支护 在套拱对应位置预留导 向管 套拱混凝 土达到设计强度后 施作超前预支护加固围岩 然后 开挖核心土 采用合适的开挖工法进行暗挖和支护 在洞门或明洞施工完成后 采取必要 的生态恢复措 施 隧道洞口区域基本看不到开挖痕迹 图 i 图 I 贴 壁套拱方案示意 2 2 盖挖方案 拱部套拱盖挖方案适用 以下两种情况 一是在 平缓的山坡上进洞 地面线虽然高于隧道顶 但由于 其坡度平缓 在较长 的一段范围内厚度变化不大 若 采取贴壁进洞方案 则暗洞顶部围岩仍无法 自稳 需 要采取较大范围的地表预加固工程 造价高 此种情 况可以考虑在洞顶覆盖 2 5 m 范围
9、内采用拱部套 拱方案 采取接长明洞的方式实现早进洞 二是隧道 在进 出口通过山间凹地时 当洞顶覆盖层较 薄 采 用暗挖法就无法保证安全 若变为明洞 则会出现明 洞基坑较高的边 仰坡及其稳定问题 且无法与两端 洞身协调施工 此时拱部套拱盖挖方案不失为环保 进 出洞的有效方案 拱部套拱盖挖施工方案 先开挖套拱部位岩土 体 再施工套拱 套拱达到设计强度后 顶部回填 若 有超前支护措施 套拱分节浇筑 先施作靠近暗挖成 洞面一段套拱 然后施作超前预支护 再浇筑洞 口其 28 他节段 套拱下暗洞施工时先跳槽开挖 施作好初 期支护 确保套拱不出现较大的沉降变形 在地质较 差时可增设初期支护临时仰拱 以确保施
10、工安全和 结构安全 二次衬砌施作完成后 套拱拱部 回填到设 计地面线 恢复地表植被和生态景观 图 2 图 2 拱部套拱盖挖方案示意 2 3 斜交进洞方案 洞 口地表横坡较陡 地质情况相对较好路段 的 斜交 偏压隧道 采取顺应地形斜交进洞 洞 门正作 方案 斜交地段地层压力和衬砌结构受力体系 复 杂 衬砌断面及钢拱架等均为异型断面 进洞方案可 图 3 斜交进洞方案示意 王永刚 武罐高速公路隧道斜 交偏压段进洞方案 考虑辅助超前支护措施 暗挖进洞后 逐步过渡到标 准断面 进洞时采取斜交方式有利于降低边 仰坡开 挖高度 但从有利于行 车安全和 司乘人员视线角度 考虑 洞门宜采取正作方案 可结合洞 口
11、自然景观 人工造型等恢复其视觉平衡 此方案可灵活顺应斜 交进洞的地形情况 避免了常规隧道进洞引起的边 仰坡开挖过高及安全稳定问题 最大限度 的保护 了 围岩的完整性和洞 口段的生态环境 图 3 2 4 偏压套拱方案 洞 口地表横坡陡峻 斜交 偏压严重 覆盖层薄 且隧道一侧落底 另一侧 出现几十米高边坡情况下 的硬质 围岩 根据斜交 偏压和地质情况采取偏压套 拱方案 偏压套拱方案是避免偏压引起高边坡的一 种有效方式 当隧道洞 口斜交 偏压影响严重时 地 表边坡甚至陡于路基 边坡 削坡会 出现一坡到顶 的 情况 许多隧道洞 口出现了一侧刚好落底 一侧削方 边坡高达四五十米的情况 此时考虑偏压套拱方
12、案 图 4 偏压套 拱进 洞方案立面示意 图 5 偏压套拱进 洞方案平面示意 不失为有效的环保进洞方案 图 4 图 5 偏压套拱方案的套拱呈 阶梯状 以便与 山体协 调 外侧为抗偏压耳墙 偏压套拱段较长情况可考虑 将偏压耳墙拱腰部位设计为孔窗式 内侧山体根据 具体 围岩 地 质情 况设置必要 的纵 横 向预支护措 施 其施工方案为 先开挖和浇筑边侧墙 再阶梯状 开挖山体 施作纵 横 向预支护定位梁和预支护 再 浇筑套拱 套拱外部 回填 在暗挖施作时 先是初期 支护与套拱 边侧墙 闭合 形 成初期支 护封闭受力 环 最后施作二次衬砌 套拱顶部 回填 到位 生态植 被 的恢复 绿化 2 5 桩基承
13、台 偏压套拱或棚洞方案 洞 口地表横坡 陡峻 斜交 偏压影响严重 隧道 一 侧开挖边坡较陡 一侧落空 的弱风化硬质 围岩路 段 根据具体地形 地 质情况 采取桩基承 台 偏压 图 6 桩基承 台 偏压套拱进洞 方案 示意 图 7 桩基 承台 棚式明洞进洞方案示意 2 9 公路 隧道 2 0 1 0年第 4期 总第 7 2期 套拱方案 桩基承 台 棚式明洞方案 桩 基承 台 偏压套拱进洞方案 图 6 在斜交 偏压严重的硬质 岩路段 按照常规进洞开挖方案 隧道洞身一侧边坡 开挖过陡 过高 甚 至一坡到顶 边坡防护工程增大 且潜在病害严重 一侧落空 实施圬工支挡结构需要 从沟底或坡脚施作 圬工体积庞
14、大且稳定性难 以保 证 此种情况下实施 桩基承 台 偏压套拱进 洞方 案 可以大大降低边坡开挖高度 有效避免边坡潜在 变形或滑移危害 套拱内围岩直接实施暗挖作业 较 好地保护了围岩的完整性 当地形偏压或构造引起 偏压严重时 需要在桩基或承台上实施必 要的预应 力主洞加固工程 确保偏压段工程结构物的安全 稳 定 其施工方案为 从上往下按照设计坡率进行分 级开挖 防护 施作桩井护壁后进行桩基开挖 浇筑 桩基承台锚索支护 偏压套拱施作 含纵 横向预支 护 拱部回填 暗挖作业 初期支护 二次衬砌 拱部 种植土回填 生态恢复 绿化 桩基承台 棚式明洞进洞方案 图 7 在斜交 偏压严重的硬质岩路段 按照常
15、规进洞开挖方案 隧 道洞身一侧边坡开挖过 陡 过高 甚至一坡到顶 边 坡防护工程增大且潜在病害严重 一侧落空 实施圬 工支挡结构需要从沟底或坡脚施作 圬工体积庞大 且稳定性难以保证 落空一侧是风景优美的河流谷 地或者地方特色景观 常规进洞开挖方案难以实施 考虑景观需求 采取桩基承台 棚式明洞进洞方案 一 方面避免了边 仰坡开挖过高引起 的潜在高边坡 风险 另一方面使洞 口内 外 自然景观和谐统一 提 高 了行车的舒适性和视觉效果 当地形偏压或构造 引起 的偏压严重时 需要在桩基或承 台上实施必要 的预应力主洞加 固工程 确保偏压段工程结构物的 安 全 稳定 其施工方案为 从上往下按照设计坡率进
16、行分 级开挖 边坡锚固体系防护 施作桩井护壁后进行桩 基开挖 浇筑 挂挡土板 落空区域回填压实 靠山侧 纵 横向超前预支护 靠 山侧多循环 短进尺分步开 挖 施作初期支护 二次衬砌及肋拱全断面浇筑 拱 顶 回填 生态景观恢复 3 斜交偏压洞 口施工监测与效果分析 斜交 偏压洞 口施工过程中应着重加强地表位 移监测 支护结构内力与变形监测 洞内收敛变形监 测 基于现场监控量测的有关数据 结合施工反馈的 3 0 各种异常变形 受力情况 开展反馈分析 和优化设 计 指导施工工艺 武罐高速公路斜交 偏压洞 口在 实施上述方案过程中 针对具体隧道洞 口的地形 地 质情况 制定了合理的施工方案 建立了完善的地表 位移监控网络和洞内围岩与支护结构的受力 变形 监控量测方案及施工过程反馈控制方案 为斜交 偏 压洞 口的优化设计 和施工安全提供 了有效技术 支 撑 武罐高速公路在选线过程中 由于地形 地质条 件限制 出现了大量的斜交 偏压洞 口 在隧道进洞 方案的选择上 相关设计人员根据具体地形 地质条 件 结合其他工程沿河傍 山路段隧道环保进洞的成 功经验 分别采取 了贴壁套拱进洞 盖挖套拱进洞 偏压
