武罐高速公路隧道斜交偏壓段進洞方案

1  引  言

隨著高等級公路建設向西部山區的逐步延伸，在山區沿河傍山路段選線過程中，除長大隧道外，絕大多數中、短隧道由于受山區地形、路線指標、線位整體布設的限制，不可避免的出現隧道軸線與等高線斜交的情況，加之新的公路工程技術標準實施后，洞口3S行程的嚴格要求，往往影響到高速公路的布線，使得隧道洞口往往只能服從路線總體走向，很難較好地照顧洞口地形，從而造成洞口的斜交、偏壓現象，導致洞口邊、仰坡刷坡高度大，存在安全隱患，難以安全進洞。此種情況下，傳統的設計與施工理念一般是在洞口進行邊、仰坡的開挖、防護，達到一定的進洞條件（滿足暗挖條件下洞頂和側壁的最低覆蓋層厚度）后再暗挖進洞施工，這時在靠山側已形成了較大高度的邊、仰坡，破壞了原有山體的自然平衡，極易誘發洞口邊坡失穩、坍塌、滑坡等各種不良地質災害。

隨著公路環保設計新理念的進一步貫徹，隧道環保進洞的設計越來越引起重視，相關工程技術人員針對隧道環保進洞問題開展了大量有益的探索和研究[1～4]。本文以交通部典型示范工程--武罐高速公路為依托，針對武罐高速公路沿河傍山路段斜交、偏壓隧道的實際地形、地質狀況，本著“安全、環保、美觀”的原則，通過多方案的優化、比選，提出了武罐高速公路斜交、偏壓段相對合理可行的進洞方式和施工工藝，降低了邊、仰坡的開挖高度，最大限度的保護了洞口周邊的生態環境。目前，相關設計方案已在武罐高速公路隧道工程中實施和運用。

2  武罐高速公路工程概況[5]

武罐高速公路起點位于甘肅省隴南市武都區兩水鎮，終點位于隴南市文縣將軍石（甘川界），是蘭州至?？趪腋咚俟吩诟拭C省的重要路段。路線位于甘肅省東南部秦嶺山地，路線基本沿河傍山布設，區內河谷多呈深切的“V”字形，谷窄溝深，山體陡峻，地形特殊而復雜；地層巖性主要為砂巖、變質砂巖、砂質板巖和千枚巖等，沿線工程地質條件差，滑坡、崩塌、泥石流、松散堆積層、構造裂隙及斷層破碎帶等不良地質現象分布較多；總體地勢西北高，東南低。路線所經區內最高點麻崖子梁海拔2463米，最低點候家溝海拔691.0米，相對高差為1750米；沿線分布5處較大斷裂構造和20余處次級斷層，屬隴南高地震烈度區，地震基本烈度Ⅷ度。

本段路線受滑坡、崩塌、泥石流、松散堆積層、構造裂隙及斷層破碎帶影響，并且路線走廊帶內存在建設過程中的蘭渝客運專線和S206省道，使得公路選線受到很大影響和限制。施工圖設計路線總長129.793km。全線采用全立交、全封閉、控制出入的四車道高速公路標準，設計速度為80Km/h，整體式路基寬度24.5m、分離式路基寬度12.25m。全線共設特大、大、中橋梁139座，橋梁總長45522.428m，占路線總長的35.1%；全線共設隧道41543.34m/46座，占路線總長的32.0%；其中，洛塘～將軍石段26座隧道102處洞口中有78處因受地形限制采用橋隧相接方案，本段49處隧道洞口與等高線小角度相交，地形偏壓嚴重。

設計中堅決貫徹環保進洞的設計理念，根據斜交、偏壓隧道的具體狀況及工程地質條件和環境條件，對洞口局部線形進行多方案比選、分析，優化路線指標、進洞位置，對洞門結構形式、進洞方案、邊坡防護、施工方案等方面仔細研究，深入分析，盡可能適應原有地形，減少對原始地形、地貌和生態環境的破壞，制定合理可行的優化進洞方案。

3  斜交、偏壓段隧道進洞方案優化

根據武罐高速公路斜交、偏壓洞口的實際地形、地質狀況，設計中根據具體情況分別采取了以下幾種環保進洞方案。

3.1、貼壁套拱方案

適用于隧道與山體大角度斜交，且路線走向地表坡度較陡的情況。一般情況下為風化破碎石質圍巖，覆蓋層較薄。隧道進洞前先開挖路塹，臨近隧道暗挖成洞面前預留4～5米核心土體，兩邊切槽，施作以型鋼或鋼拱架為骨架的套拱，套拱一次到位，與成洞面緊貼；跟進圍巖情況，暗洞施工前需進行超前注漿預支護，在套拱對應位置預留導向管，套拱混凝土達到設計強度后，施作超前預支護加固圍巖，然后開挖核心土，采用合適的開挖工法進行暗挖和支護，在洞門或明洞施工完成后，采取必要的生態恢復措施，隧道洞口區域基本看不到開挖痕跡。

圖1、貼壁套拱方案示意

3.2、蓋挖方案

拱部套拱蓋挖方案適用以下兩種情況：一是在平緩的山坡上進洞，地面線雖然高于隧道頂，但由于其坡度平緩，在較長的一段范圍內厚度變化不大，若采取貼壁進洞方案，則暗洞頂部圍巖仍無法自穩，需要采取較大范圍的地表預加固工程，造價高，此種情況可以考慮在洞頂覆蓋2～5m范圍內采用拱部套拱方案，采取接長明洞的方式實現早進洞；二是隧道在進、出口通過山間凹地時，當洞頂覆蓋層較薄，采用暗挖法就無法保證安全，若變為明洞，則會出現明洞基坑較高的邊、仰坡及其穩定問題，且無法與兩端洞身協調施工，此時拱部套拱蓋挖方案不失為環保進、出洞的有效方案。

拱部套拱蓋挖方案的施工方案：先開挖套拱部位巖土體，再施工套拱，套拱達到設計強度后，頂部回填，若有超前支護措施，套拱分節澆筑，先施作靠近暗挖成洞面一段套拱，然后施作超前預支護，再澆筑洞口其他節段。套拱下暗洞施工時先跳槽開挖、施作好初期支護，確保套拱不出現較大的沉降變形，在地質較差時可增設初期支護臨時仰拱，以確保施工安全和結構安全，二次襯砌施作完成后，套拱拱部回填到設計地面線，恢復地表植被和生態景觀。

圖2、拱部套拱蓋挖方案示意

3.3、斜交進洞方案

洞口地表橫坡較陡、地質情況相對較好路段的斜交、偏壓隧道，采取順應地形斜交進洞活著斜交進洞、洞門正作方案。斜交地段地層壓力和襯砌結構受力體系復雜，襯砌斷面及鋼拱架等均為異型斷面，進洞方案可考慮輔助超前支護措施，暗挖進洞后，逐步過渡到標準斷面；進洞時采取斜交方式有利于降低邊、仰坡開挖高度，但從有利于行車安全和司乘人員視線角度考慮，洞門宜采取正作方案，可結合洞口自然景觀、人工造型等恢復其視覺平衡。此方案可靈活順應斜交進洞的地形情況，避免了常規隧道進洞引起的邊、仰坡開挖過高及安全穩定問題，最大限度的保護了圍巖的完整性和洞口段的生態環境。

圖3、斜交進洞方案示意

3.4、偏壓套拱方案

洞口地表橫坡陡峻，斜交、偏壓嚴重，覆蓋層薄且隧道一側落底、另一側出現幾十米高邊坡情況下的硬質圍巖，根據斜交、偏壓和地質情況采取偏壓套拱方案。偏壓套拱方案是避免偏壓引起高邊坡的一種有效方式，當隧道洞口斜交、偏壓影響嚴重時，地表邊坡甚至陡于路基邊坡，削坡會出現一坡到頂的情況，許多隧道洞口出現了一側剛好落底、一側削方邊坡高達四五十米的情況，此時考慮偏壓套拱方案不失為有效的環保進洞方案。

偏壓套拱方案的套拱呈階梯狀，以便與山體協調，外側為抗偏壓耳墻，偏壓套拱段較長情況可考慮將偏壓耳墻拱腰部位設計為孔窗式，內側山體根據具體圍巖、地質情況設置必要的縱、橫向預支護措施。其施工方案為：先開挖和澆筑邊側墻，再階梯狀開挖山體、施作縱、橫向預支護定位梁和預支護，再澆筑套拱，套拱外部回填。在暗挖施作時，先是初期支護與套拱、邊側墻閉合，形成初期支護封閉受力環，最后施作二次襯砌，套拱頂部回填到位，生態植被的恢復、綠化。

        圖4、偏壓套拱進洞方案立面示意　　圖5、偏壓套拱進洞方案平面示意

3.5、樁基承臺+偏壓套拱或棚洞方案

洞口地表橫坡陡峻，斜交、偏壓影響嚴重，隧道一側開挖邊坡較陡、一側落空的弱風化硬質圍巖路段，根據具體地形、地質情況采取樁基承臺+偏壓套拱方案、樁基承臺+棚式明洞方案。

圖6、樁基承臺+偏壓套拱進洞方案示意　　　　圖7、樁基承臺+棚式明洞進洞方案示意

樁基承臺+偏壓套拱進洞方案：在斜交、偏壓嚴重的硬質巖路段，按照常規進洞開挖方案，隧道洞身一側邊坡開挖過陡、過高，甚至一坡到頂，邊坡防護工程增大且潛在病害嚴重；一側落空，實施圬工支擋結構需要從溝底或坡腳施作，圬工體積龐大且穩定性難以保證，此種情況下實施樁基承臺+偏壓套拱進洞方案，可以大大降低邊坡開挖高度、有效避免邊坡潛在變形或滑移危害、套拱內圍巖直接實施暗挖作業、較好的保護了圍巖的完整性；當地形偏壓或構造引起的偏壓嚴重時，需要在樁基或承臺上實施必要的預應力主洞加固工程，確保偏壓段工程結構物的安全、穩定。

其施工方案為：從上往下按照設計坡率進行分級開挖、防護，施作樁井護壁后進行樁基開挖、澆筑，樁基承臺錨索支護，偏壓套拱施作（含縱、橫向預支護），拱部回填，暗挖作業、初期支護、二次襯砌，拱部種植土回填、生態恢復、綠化。

樁基承臺+棚式明洞進洞方案：在斜交、偏壓嚴重的硬質巖路段，按照常規進洞開挖方案，隧道洞身一側邊坡開挖過陡、過高，甚至一坡到頂，邊坡防護工程增大且潛在病害嚴重；一側落空，實施圬工支擋結構需要從溝底或坡腳施作，圬工體積龐大且穩定性難以保證，且落空一側是風景優美的河流谷地或者地方特色景觀，常規進洞開挖方案難以實施，考慮景觀需求，采取樁基承臺+棚式明洞進洞方案，一方面避免了邊、仰坡開挖過高引起的潛在高邊坡風險，另一方面使洞口內、外自然景觀和諧統一，提高了行車的舒適性和視覺效果。當地形偏壓或構造引起的偏壓嚴重時，需要在樁基或承臺上實施必要的預應力主洞加固工程，確保偏壓段工程結構物的安全、穩定。

其施工方案為：從上往下按照設計坡率進行分級開挖、邊坡錨固體系防護，施作樁井護壁后進行樁基開挖、澆筑、掛擋土板、落空區域回填壓實，靠山側縱、橫向超前預支護，靠山側多循環、短進尺分步開挖、施作初期支護，二次襯砌及肋拱全斷面澆筑，拱頂回填、生態景觀恢復。

4  斜交、偏壓洞口施工監測與效果分析

斜交、偏壓洞口施工過程中應著重加強地表位移監測、支護結構內力與變形監測、洞內收斂變形監測，基于現場監控量測的有關數據，結合施工反饋的各種異常變形、受力情況，開展反饋分析和優化設計，指導施工工藝。武罐高速公路斜交、偏壓洞口在實施上述方案過程中，針對具體隧道洞口的地形、地質情況，制定了合理的施工方案、建立了完善的地表位移監控網絡和洞內圍巖與支護結構的受力、變形監控量測方案及施工過程反饋控制方案，為斜交、偏壓洞口的優化設計和施工安全提供了有效技術支撐。

武罐高速公路在選線過程中，由于地形、地質條件限制，出現了大量的斜交、偏壓洞口，在隧道進洞方案的選擇上，相關設計人員根據具體地形、地質條件，結合其他工程沿河傍山路段隧道環保進洞的成功經驗，分別采取了貼壁套拱進洞、蓋挖套拱進洞、偏壓套拱、樁基承臺與偏壓套拱和樁基承臺與拱形棚洞相結合的多種斜交、偏壓環保進洞方案，較好的解決了武罐高速公路眾多斜交、偏壓洞口的環保進洞問題，實現了對原始生態環境最大限度的保護，充分體現了設計新理念。

5 結論

（1）山區公路沿河傍山路段勘察設計中應堅持地質選線的原則，在斜交、偏壓洞口進洞方案的優化分析和選擇上，應結合具體地形、地質狀況，基于環保進洞的理念，綜合比選、論證，但不能一味強求。

（2）斜交、偏壓洞口施工過程中，應加強地表、圍巖變形與支護結構受力的各項監控量測工作，對于施工過程中出現的各項異常信息，應及時反饋，綜合分析，為優化設計、指導施工工藝提供技術支撐。

參考文獻

朱苦竹.邊坡與隧道相互作用分析及數學二次規劃法應用[D],同濟大學博士學位論文,上海,2007.3.

曹校勇,韓常領,劉楊.公路隧道半明半暗進洞方案設計與施工[A].2007年全國公路隧道學術會議論文集[C].重慶：重慶大學出版社,2007.280～274.

易震宇.高速公路隧道環保進洞新理念的設計應用[A].2007年全國公路隧道學術會議論文集[C].重慶：重慶大學出版社,2007.233～236.

交通部公路司.新理念公路設計指南[M].北京:人民交通出版社,2005.

甘肅省交通規劃勘察設計院有限責任公司.蘭州至?？趪腋咚俟肺涠?兩水)至罐子溝(甘川界)段施工圖設計文件[A],蘭州:2008.4.