浅析隧道洞口段集浅埋偏压错动带及山体冲沟于一体的隧道进洞方案

刘义凯

[摘要]施工单位由于设计图纸方案与现场实际不吻合，造成施工阶段耗费大量人力做变更方案，方案确认拖延时间长，耽误施工工期，所以施工前期结合现场调查审核施工图纸尤为关键。安徽铜汤高速公路紫桐隧道右洞现场实际情况与设计图纸相差很大，因前期调查工作做得较全面，在施工前期基本得到解决，就安徽铜汤高速公路紫桐隧道右洞洞口段集浅埋、偏压、错动带及山体冲沟于一体的隧道进洞方案的成功阐述前期现场调查的重要性。

[关键词]隧道前期现场调查浅埋、偏压、错动带

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

一、安全进洞存在的困难

1、原设计方案

此隧道按新奥法理论结合隧道实际情况进行设计。洞口段为67米II类浅埋支护，因围岩破碎，为了保证安全开挖，洞内设计超前环向注浆大管棚。

2、现场实际调查情况

⑴洞口段实际地形地貌概况

紫桐隧道右线出口段位于一走向近东西向山坡的南侧，山坡倾向北，自然坡度40~50°，路线走向与山坡走向近乎平行，为NE80°，山体坡面植被覆盖浓密。隧道洞口有条长年山涧水自然冲刷形成的陡峭冲沟，冲沟内没发现常年地下水，主要汇集雨季山体坡面水。

⑵洞口段实际地质情况

从隧道所在坡面及洞面探坑观察，出露地层为志留系中统畈村组（S2fn）砂岩：浅灰色，强~中风化。细粒结构，中厚层构造，岩层产状：355°〈32~37°。右线出口段低于洞顶2.4米处发育一层间错动带，层间错动带产状355°〈32°，厚约10cm，物质成分为土夹碎石，以浅黄色为主，夹黑紫色，稍湿。层间错动带以下约4~5m范围内砂岩较破碎，节理裂隙发育，呈张开状。岩体中发育的主要结构面有：

①在洞口以东8米处发育一扭性断层（逆时针），断层产状85°〈82~85°，可见明显构造擦痕，擦痕产状NW5°/-27°；

②315°〈52°，压扭性结构面，贯通，间距3~5m；

③60°〈90°，贯通，发育。

3、根据现场调查情况分析，存在以下问题：

⑴紫桐隧道右线出口段所在的山坡较陡，自然坡度为40~45°，洞顶覆盖层较薄，其中YK157+569~YK157+577段覆盖层厚度为4m左右，YK157+505~YK157+577段隧道存在偏压、浅埋问题。

⑵该段为顺倾层状山坡，由于层间错动带发育，在地表水下渗及振动荷载的影响下，山坡易产生顺层滑动，将影响隧道的正常施工和营运安全。

⑶隧道YK157+505~YK157+577段山坡上部岩体风化严重，节理裂隙发育，呈张开状，普遍存在局部滑动、崩塌、落石现象。对线路左线的施工和营运有一定影响。

二、转变传统隧道施工模式

通过多次现场情况汇报和专家现场会议，业主、设计院、监理等单位发现设计方案与现场实际相差很大，能及时调整隧道施工模式，提出隧道动态施工的理念，每座隧道进洞前必须组织安全进洞方案论证，施工过程中发现与设计不符处，随时根据各方专家现场鉴定和论证及时调整原设计，切实按照新奥法设计原理组织施工，打破常规的由施工单位报变更方案，责任单一的传统模式。

三、进洞方案

通过多次紫桐隧道右洞安全进洞方案论证的专题会议，形成如下进洞方案：

1、为确保安全进洞，必须先治理洞外地质灾害：

⑴ 洞口仰坡临时防护采取打Ф22砂浆锚杆（锚杆间距2*2m），挂Φ8钢筋网（钢筋间距20*20cm），然后喷射20cm厚砼，封闭坡面；

⑵ 将左线紫桐9号桥经过偏压段的部分改为路基（在大桩号方向小河沟处设置一个双拱涵过水），起反压坡脚的作用；

⑶ 在右线隧道外侧（左线路基右侧山坡上）设置挡土墙，墙背回填土加强反压隧趾；

⑷ 右线隧道YK157+510-YK157+571段隧道中心线左侧12-18米范围内的坡体上进行地表注浆，注浆管按梅花型布置，间距为1米，注浆管长度须穿透破碎带以下1米，YK157+510-YK157+571段隧道中心线左侧的坡体上挂GPS2柔性防护网固结破碎坡面。

⑸ 右线隧道YK157+530-YK157+565段隧道中心线右侧12米范围外的山坡上设置两排小钢桩抗滑支挡，排距2米，桩距1米，桩孔采用M20水泥砂浆灌注，各小钢桩在地表设置地梁连接。小钢桩长度须穿透错动带以下5米，小钢桩的设置主要是为保证隧道营运阶段运行安全。

2、治理好洞外地质灾害，方可进行洞内开挖作业：

洞内施工采用先支护、后开挖、短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测的施工原则进行。

⑴ YK157+495-YK157+577变更为II类浅埋、偏压衬砌，长度增长至82米；

⑵ YK157+495-YK157+577变更为II类浅埋、偏压段设置超前注浆大管棚；

⑶ 隧道洞身开挖后，在洞内对错动带部位进行小导管注浆固结围岩。

从安全角度考虑，须“先治理后施工”，但虑及施工工期，在确保安全第一的前提下，不必等全部治理完后再施工，隧道施工应积极进洞，超前治理一段，洞内开挖掘进跟进一段，即采取治理在前、开挖在后的流水作业的方法，边治理边施工，统筹安排，周期进行。

四、效果分析

经过8个月的紧张施工，右线隧道掘进了将近500米，施工期间通过监控量测数据反馈的信息表明变更方案的可行性，以及根据监控量测及时提供的信息来组织和调整施工步骤，按照隧道施工以人为本、动态组织施工、信息调整施工、科学管理施工、技术指导施工的思路，在施工期间保证了安全施工。

1、洞口仰坡临时防护满足不渗不漏，在监测一个月内地表下沉达到稳定；

2、左线紫桐9号桥经过偏压段的部分改为路基反压坡脚以及在右线隧道外侧（左线路基右侧山坡上）设置的挡土墙加强反压隧趾，在此段隧道施工完后观测坡面基本无变形和错动；

3、按先支护、后开挖、短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测的原则施工此段隧道洞身时，超欠挖控制非常好，拱顶和侧墙无掉块现象，证明右线隧道YK157+510-YK157+571段隧道中心线左侧12-18米范围内的山坡上地表注浆固结破碎岩层非常成功，保证了施工期间安全施工；

4、洞内错动带小导管注浆进一步固结洞内围岩，预防和治理了错动带破碎岩石的滑塌和错动；

5、超前注浆大管棚提供了洞内安全施工的工作面，同时也是控制洞内超欠挖的有效支护形式，隧道施工质量得到保证；

4、 按照II类浅埋、偏压衬砌施工YK157+495-YK157+577段，衬砌支护系统参数区分见下表：

衬砌截面采用了变截面衬砌，施工支护实施主动超前支护手段及锚网喷支护，同时辅以H型钢拱架支撑，做到“管超前、强支护”以确保施工安全。

五、结语

施工前期施工单位对现场调查基本流于形式或不充分，主要原因有：新项目人员进场迟缓，人员数量达不到业主要求；前期主力都放在寻找劳务队伍、征地、与地方关系协调、现场临建和进场便道上，少量技术力量在熟悉图纸和核算工程数量，很难通过现场实际调查质疑设计意图。

因前期现场调查不足，随着施工的进展，越来越多的设计误差暴露出来，导致施工受阻，影响施工工期，可见施工前期现场调查为变更提前准备材料尤为重要，现场调查包括：

1、洞口段地形调查，根据现场地形特征，洞口段支护类型是否满足现场实际地形；

2、洞口段地貌调查，在山坡阴面部位是否有古老冲沟，山坡后壁及两侧是否有新鲜擦痕、开裂、鼓起、前缘有挤出等变形迹象的活滑坡，隧道是否穿过被怀疑为老滑坡（全新世以来发生滑动，现今稳定的滑坡，如因人为扰动有可能复活的滑坡）的山体，应初步判断并收集相关资料及图片；

3、洞口段覆盖物调查，植被是否浓密，洞口汇水面积的大小；

4、地质、水文调查：

⑴ 地表是否布满新鲜的小水冲沟，通过冲沟截面积估算坡面水大小；

⑵ 在植被不发育的外露岩石面上寻找断层、节理、破碎程度、软弱结构面特征及其与隧道的组合关系，围岩的基本物理力学性质；

⑶ 古老冲沟有地下水渗漏时，通过地下水留经处的岩面颜色和形状判断地下水是否具有侵蚀性，地下水位、含水层的分布范围及相应的渗漏系数、水量和补给关系、在坡面上有无异常涌水、突水。

参考文献

1、隧道施工及组织管理指南 北京：人民交通出版社2005吴焕通 崔永军

2、隧道工程施工要点集 北京：人民交通出版社2003关宝树

3、公路工程地质 北京：人民交通出版社2004窦明健

4、公路隧道施工技术规范 北京：人民交通出版社2003中华人民共和国行业标准

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。