双排桩在隧道洞口偏压段的应用研究

龚 宇，易 平

(湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙 410008)

1 工程概况及存在的问题

卡子坳隧道桩号为K7+938～K8+420，隧道长482 m，最大埋深56 m，山体呈南北走向。进口端位于冲沟旁，覆盖层薄，植被茂盛。出口端位于乡道旁，植被少。隧道区域为剥蚀构造丘陵型地貌，围岩主要以黏土、强－中风化页岩为主。

卡子坳进口端洞门桩号为K7+938，明暗交界桩号为K7+954，洞门为削竹式洞门，明洞长16 m，围岩从上而下依次为:5 m厚软黏土、4 m厚强风化页岩、中风化页岩。隧道左边19.2 m处有一公路。具体见图1所示。

图1 隧道断面(单位:m)

隧道明洞长16 m，该区域围岩稳定性差且偏压严重，明洞开挖会影响坡体的稳定，从而影响既有公路的稳定。

2 隧道边坡防护方案

鉴于围岩稳定性差且明洞开挖不能引起公路的稳定性，因此明洞边坡采用哪种防护型式至关重要，在此提出4中防护型式，方案一:按1∶0.3进行刷坡，坡面采用喷锚进行防护，锚杆长6 m，按1 m×1 m的间距进行布置;方案二:采用桩锚支护，钻孔桩直径为1 m，间距2 m，桩身施工3道锚索，并施加预应力，见图2所示;方案三:采用钻孔桩+横撑进行支护，钻孔桩直径为1 m，间距2 m，并施做两道横撑，见图3所示;方案四:采用双排桩方案，钻孔桩直径为1 m，前、后排桩的排距为2 m。

图2 桩锚支护

方案比选:方案一为喷锚支护，先挖开再进行喷锚，此方法施工简单，不过边坡在挖开的过程中容易发生较大的变形，虽然采用长度为6 m的锚杆进行防护，但在软黏土中1∶0.3的坡容易发生垮塌，从而影响既有公路的稳定，因此此方案风险较大;方案二为桩锚支护，先施做钻孔桩，然后边开挖边施工锚索，此方案安全性较高，不过该边坡有5 m后的软黏土层，锚索在软黏土中会因土的流变和锚固体与周围土的接触面的流变而产生锚固力的损失，从而产生边坡变形逐渐增大的现象，因此锚索不宜在软黏土层中应用，所以桩锚支护的方案不能采用;方案三为钻孔桩+横撑的支护，不过该明洞左右两边高差大，横撑无法施做，因此该方案不宜采用;方案四为双排桩支护，该方案既能解决采用单悬臂桩支护的抗弯刚度不能满足变形控制的要求，也能有效地限制边坡的侧向变形，因此该方案宜以采用，具体的布置见图4、图5所示。

图3 钻孔桩+横撑支护

图4 双排桩立面

钻孔桩直径为1 m，前后排距为2 m，采用矩形布置，每一排9根，一共18根，桩长18.25 m，嵌入土深度为4 m，冠梁截面尺寸为b×h=1 m×0.6 m，连梁截面尺寸为b×h=1 m×0.6 m。钻孔桩离隧道明洞边缘0.8 m。

图5 双排桩平面

3 支挡结构计算

为了确保K7+938～K7+954段明洞支挡结构的稳定性，同时不对既有公路产生安全影响，采用理正深基坑6.0计算软件进行本段结构计算，土压力模型见图6，公路荷载采用地面超载进行简化，见表1所示。计算内容有:①采用弹性法计算钻孔桩的内力，土压力计算模式见图6，计算模型见图7所示，计算结果见表2所示;②地表沉降计算，计算结果如图8;③基坑整体稳定性验算，整体验算简图如图9;④抗倾覆稳定计算，得出抗倾覆安全系数。为了节约篇幅，略去一些常见的计算公式。

图6 土压力计算模式

表1 路面超载

1)从表2中，可以看出钻孔桩最大弯矩、最大剪力都比内力设计值小，钻孔桩是安全的。

2)从图8地表沉降中可以看出，公路区域内的沉降位移比较小，公路在安全范围之内。

3)图9为整体稳定性验算简图。

计算方法:瑞典条分法;

图7 计算模型(单位:m)

表2 钻孔桩内力表

图8 地表沉降

图9 整体稳定验算

应力状态:总应力法;

条分法中的土条宽度:1.00 m。

滑裂面数据:

整体稳定安全系数Ks=1.869;

圆弧半径R=30.451 m;

圆心坐标X= －3.077 m;

圆心坐标Y=25.839 m。

整体稳定安全系数Ks=1.486＞1.30，满足规范要求。

4)抗倾覆安全系数:

式中，Mp为被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值;MG为双排桩自重对桩底的抗倾覆弯矩;Ma为主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

注意:锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。

因此，Ks≥1.200，满足规范要求。

4 结论

本文对卡子坳隧道洞口明洞段边坡的防护型式进行了探讨，根据现场实际地质情况，并通过方案比选，最终确定采用双排桩进行支护。桩的直径为1 m，前后排距为2 m，采用矩形布置，每一排9根，一共18根，桩长18.25 m，嵌入土深度为4 m，冠梁截面尺寸为b×h=1 m×0.6 m，连梁截面尺寸为b×h=1 m×0.6 m。通过采用理正深基坑6.0计算软件进行本段结构计算，得出双排桩内力、整体稳定性、抗倾覆都是安全的，且公路也是安全的。

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