隧道洞口设计原则探讨——施工便道引入对隧道洞口设计的影响

赵柏文

(中铁二院贵阳设计研究院有限责任公司，贵州贵阳 550002)

0 引言

近年来，我国西南地区的几个铁路项目陆续开工建设，现场施工过程中发现有些隧道洞口设计文件与实际施工的结合做得不够好，设计要求避免大刷大挖［1－4］，但结合施工实际往往很难做到，现场施工实际与设计意图不符，给施工及运营安全埋下隐患。经查阅相关资料发现目前针对洞口设计方面的研究关注比较多的是特殊地形［5－6］、地质条件下［7］的进洞方案以及洞口景观、新型洞门形式［8］等，关于施工对隧道洞口设计的影响少有涉及，本文引用几个洞口设计与施工实际的对比案例，分析隧道设计与隧道施工条件结合对隧道施工及运营安全的影响，以渝黔线羊角一号隧道洞口设计为例，提出结合洞口便道引入优化洞口设计的思路，将结合施工条件确定洞口设计作为一条原则贯彻到隧道洞口设计过程中，特别是洞口地形陡峻时，设计应为施工便道的引入预留条件，使设计文件与实际施工更好地结合起来。

1 洞口设计现状及存在的问题

1.1 洞口设计的现状

隧道洞口位置应根据地形、地貌、地质、水文等条件，贯彻“早进晚出，不破坏或少破坏自然地貌和地表植被”的原则，同时结合洞内外相关工程、施工条件及运营要求确定。尽可能采用“无仰坡临界点”进洞，尽量避免刷坡，减少中心挖深及边、仰坡高度，减少对洞口坡面的扰动，以不破坏或少破坏原地表为宜，必要时采用预加固措施。

1.2 洞口设计存在的问题

在近几年的工程实践中发现目前在隧道洞口设计方面能够很好地结合地形、地貌、地质及水文条件，也很好地贯彻了“早进晚出，不破坏或少破坏自然地貌和地表植被，无仰坡临界点进洞”的设计理念，但在满足施工条件方面还做得不够好，在洞口设计时，设计意图多为不破坏或少破坏洞口原地貌，但是当遇到控制工期的隧道工程，或者部分隧道要求独头施工时，需要在陡坡洞口开辟工作面及引入施工便道，由于场地狭窄，施工单位不能完全贯彻洞口避免大刷大挖的意图，造成了现场施工实际与设计脱节现象。

2 未结合施工条件的工程案例

2.1 案例1

2.1.1 隧道概况

长洪岭隧道是新建铁路重庆至利川线的重点工程，全长13.29 km，隧道主要穿越侏罗系上统遂宁组、中统沙溪庙组泥岩夹砂岩、砂岩，隧道设有横洞及斜井，共分为5个工区，其中进口工区承担2.4 km的正洞施工。

2.1.2 隧道进口设计情况

该隧道进口原设计为台阶式洞门，洞口处路基面开挖宽度为13.6 m，线路左右两侧设计10 m和8 m高的挡墙，建筑材料为C25混凝土，端墙厚1.5 m，建筑材料为C30钢筋混凝土，洞口正面设计图如图1所示。

图1 案例1洞口正面设计图Fig.1 Case 1:tunnel portal designed

2.1.3 隧道进口施工情况

隧道施工开辟进口工区，从隧道洞口右侧引入施工便道，由于洞口场地狭窄，不可避免地需要将原设计文件中洞口右侧的挡墙及土体开挖至路基面，设计文件与施工实际存在较大出入，原设计文件中未涉及施工便道引入对洞口工程影响的内容，施工中结合便道引入对洞口的开挖及支挡结构做了变更，变更后施工便道从隧道右侧引入，隧道洞口照片如图2所示。从图2可以看出，洞口右侧没有了端墙与挡墙共同受力的结构，端墙高度过高，不利于隧道仰坡稳定。

图2 案例1洞口施工后照片Fig.2 Case 1:tunnel portal built

2.2 案例2

2.2.1 隧道概况

贵阳市域铁路的某隧道全长2.3 km，全隧施工分为进口和横洞2个工区，其中，进口工区承担1.5 km的隧道施工任务，但隧道进口仰坡陡峻，与桥台距离较近，洞口段为泥质白云岩，岩性较差。

2.2.2 隧道进口设计情况

隧道进口原设计为柱式洞门，洞口处路基面开挖宽度为13.6 m，端墙厚1.5 m，建筑材料为 C30混凝土，隧道两侧边坡按稳定边坡率开挖，满足洞口结构宽度及桥台设置要求，洞口正面设计图如图3所示。

图3 案例2洞口正面设计图Fig.3 Case 2:tunnel portal designed

2.2.3 隧道进口施工情况

隧道施工开辟进口工区，从隧道洞口右侧引入施工便道，由于洞口场地狭窄，不可避免地需要将原设计文件中洞口右侧的土体开挖至路基面，设计文件与施工实际存在较大出入，原设计文件中未涉及这部分内容，所以结合便道引入对洞口的开挖做了变更。为防止山体出现侧滑，在坡脚设置混凝土垛墙，保证坡面稳定的措施过于单薄，当遇雨季施工时，很难确保洞口坡体的稳定。隧道施工开挖后的隧道洞口照片如图4所示。

图4 案例2洞口施工后照片Fig.4 Case 2:tunnel portal built

2.3 案例3

2.3.1 隧道概况

贵阳市域铁路的某隧道全长2.4 km，全隧施工均由出口工区承担，隧道洞口仰坡陡峻，且与桥台相邻，地表植被发育，覆土较厚，洞口段为泥质白云岩，岩性较差。

2.3.2 隧道出口设计情况

隧道进口原设计为挡墙式洞门，洞口处路基面开挖宽度为13.6 m，端墙厚1.8 m，建筑材料为C30混凝土，隧道两侧边坡设置7 m高的C25混凝土挡土墙，挡墙厚0.8 m，满足洞口结构宽度及桥台设置要求，洞口正面设计如图5所示。

图5 案例3洞口正面设计图Fig.5 Case 3:tunnel portal designed

2.3.3 隧道出口施工情况

隧道施工开辟出口工区，从隧道洞口左侧引入施工便道，由于洞口场地狭窄，不可避免地需要将原设计文件中洞口左侧的土体开挖至路基面，设计文件与施工实际存在较大出入，原设计文件中未涉及这部分内容，所以结合便道引入对洞口的开挖及支挡结构做了变更，隧道洞口开挖照片如图6所示，施工实际与设计不符，仰坡开挖高度较大且无预加固措施，坡面经多次复喷，局部已出现剥离，如遇连续阴雨天气，则无法保证施工安全。

图6 案例3洞口施工后照片Fig.6 Case 3:tunnel portal built

3 结合施工条件的工程案例

3.1 案例4

3.1.1 隧道概况

羊角一号隧道为渝黔线的重点隧道之一，位于重庆市綦江县境内，隧道全长5 726 m，为岩溶单面坡隧道，隧道进口以外11 m处为观音河双线特大桥，隧道进口段2.7 km的隧道施工任务由进口工区承担。洞口段基岩为灰岩，中厚层状，现状稳定，但隧道仰坡顺层，对开挖后仰坡的稳定性影响较大。

3.1.2 便道引入设计

隧道进口下方为既有渝黔高速公路，洞口施工场地狭窄，高速公路右侧是一条与既有210国道相连的乡村公路，结合既有道路情况，设计时考虑施工便道从线路左侧的既有乡村公路上引出，在既有高速公路桥下通过高速公路，在隧道洞口附近时以10%的纵坡由隧道左侧引入，施工便道平面布置如图7所示。

图7 进口施工便道引入示意图Fig.7 Access road to tunnel portal

3.1.3 洞口设计方案优化

由于隧道仰坡顺层，且考虑到施工便道引入增加了隧道左侧的开挖范围，为了保证施工安全，扩大了隧道左侧隧道仰坡临时开挖面的预加固范围，优化前后的隧道洞口正面设计图见图8。

图8 优化前后进口正面设计图Fig.8 Original tunnel portal design VS optimized tunnel portal design

3.1.4 隧道洞口优化前后比较

优化后隧道洞口增大了左侧的开挖及防护范围，更符合隧道的施工实际情况，对隧道左侧端墙后土体进行预加固设计，增加了2根预加固桩，隧道进口工区施工期间，施工便道的开挖与洞口开挖一并考虑支挡结构，更有利于隧道施工期间仰坡的稳定，确保了隧道的施工及运营安全。

4 结论与建议

类似本文前3个案例的情况在目前西南山区隧道洞口设计中经常出现，设计时贯彻不破坏或少破坏原始地貌的设计理念，要求不刷方或者少刷方，但隧道施工时由于便道引入不可避免地改变了原始地貌，造成了施工过程中的变更，对于支挡结构的稳定、隧道的施工进度、施工中临时边仰坡的稳定、施工安全等均产生不利影响。

案例4的设计与实际施工更加契合，设计将洞口边仰坡的开挖及支挡结构与施工便道的开挖及支挡结构结合考虑，加宽洞门端墙挡护及仰坡的预加固范围，保证了隧道的施工及结构安全。

目前，部分铁路隧道洞口存在设计理念与现场施工实际脱节的现象，当洞口地形开阔时施工因素对隧道洞口的设计影响较小，但是在艰险山区的隧道设计中应该重视施工因素的影响，将结合施工条件确定洞口设计作为一条原则贯彻到设计过程中。如果施工便道引入对洞口结构有影响时，应该在隧道洞口设计时为便道的引入预留条件，当洞口仰坡陡峻且桥隧相连时，也可以在洞口旁侧开辟短横洞、斜井等辅助施工通道，避免桥、隧施工的相互干扰。

另外，施工因素还包括很多方面，本文仅从施工便道引入方面论述了施工对洞口设计的影响，还需要广大设计者从实践中归纳总结，从而使隧道洞口设计文件能够更好地与实际施工相结合，更好地指导施工。

［1］ 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［2］ 高速铁路隧道［M］.北京:中国铁道出版社，2006.

［3］ TZ 204—2008铁路隧道工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［4］ TB 10003—2005铁路隧道设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［5］ 高珍忠，郭小红，柯小华，等.傍山公路隧道洞口设计［J］.公路隧道，2010(1):28 －31.

［6］ 金美海，高海伟，李连习.隧道洞口设计探讨［J］.施工技术，2006(S1):75 －76.(JIN Meihai，GAO Haiwei，LI Lianxi.Discussion on design of tunnel portal［J］.Construction Technology，2006(S1):75 －76.(in Chinese))

［7］ 李志厚，吴华金，刘宏.软弱围岩段隧道洞口工程的设计与施工［J］.现代隧道技术，2002(6):47－50.(LI Zhihou，WU Huajin，LIU Hong.Portal design and construction of tunnels in soft ground［J］.Modern Tunneling Technology，2002(6):47 －50.(in Chinese))

［8］ 洪春林，王飞.隧道洞口设计施工新理念［J］.公路交通科技:应用技术版，2010(5):199 －201.(HONG Chunlin，WANG Fei.New concept of tunnel portal design and construction［J］.Technology of Highway and Transport:Application Technology，2010(5):199 －201.(in Chinese))