高陡仰坡桥隧相接隧道出洞施工方案

李 昕，刘建超，李 栋

(1.陕西省高速公路建设集团公司，陕西 西安 710065；2.陕西交通职业技术学院，陕西 西安 710018；3.陕西省交通建设集团西安外环高速公路南段建设管理处，陕西 西安 710109)

0 引 言

近年来，随着中国高速公路建设的迅猛发展和国家路网的逐步完善，新建高速公路不断向山区延伸。山区高速公路具有地形复杂、构造物多和桥隧比大等特点，桥隧相接现象越来越普遍，而且不可避免会上跨既有运营公路。隧道洞口处围岩往往较为破碎、松散，风化严重，地质条件一般较差，受施工或降雨影响极易产生滑塌甚至滑坡等灾害，对施工安全以及公路运营安全构成严重威胁[1-2]。在此复杂地形、地质和环境条件下，隧道进出口施工不仅要考虑洞口施工本身的安全问题，还要考虑施工期间洞口下方既有公路的运营安全，以及新建高速公路建成通车后的运营安全[3-8]。

目前不少学者分别对隧道进出洞施工方案[9-14]、桥隧相接型式及适用条件[15-19]、洞口边坡稳定性及防护措施[20-23]进行了研究，但很少对复杂条件下的隧道进出洞技术、洞口坡面防护、既有公路和新建公路运营安全防护等方面进行系统的研究。同时，桥隧相接处也未引起广大设计和施工人员的足够重视，造成施工过程中发生坍塌，甚至危及安全运营。本文以安(康)岚(皋)高速公路花坝隧道工程为例，对地形、地质和环境条件复杂的桥隧相接处隧道出洞施工的原设计方案和优化方案进行系统介绍，以期为类似工程设计和施工提供借鉴。

图1 新建高速公路上跨S207省道

1 工程概况

安康至岚皋高速公路花坝隧道位于陕西省安康市岚皋县境内，隧道采用双向四车道分离式设计，左线长931 m，右线长874 m，设计时速为100 km·h-1。隧道出口与岚河大桥相接，且上跨S207省道。S207省道是岚皋至安康的惟一通道，车流量较大，其与隧道洞口路面高差约20 m，与隧道洞顶高差约28 m，如图1所示。隧道出口段位于山体斜坡上，地形自然坡度陡峭，约55°～65°。出口段无断裂通过，洞口边坡工程地质条件较好，边坡基本稳定，但隧道出口强风化凝灰岩受节理、裂隙和风化的影响，岩体较破碎，开挖易产生坍塌、崩塌、掉块现象，使得洞口岩体的稳定性差。从现场条件看，花坝隧道洞口坡面陡峭，且位于桥隧相接处，出口不利于进洞施工。因此，设计更为合理的出洞方案，保证洞口施工期间S207省道的运营安全，避免新建高速公路通车运营过程中隧道洞顶坡面滚石对桥梁以及行车构成的威胁，是摆在设计、施工和管理人员面前的一系列难题。

2 隧道左线出口原设计情况

2.1 隧道边仰坡及洞门原设计情况

花坝隧道左线出口段围岩为V级，出口明暗洞交界桩号为ZK37+746，明洞终点桩号为ZK37+748，明洞长2 m，洞门为环框式洞门(图2)。隧道洞口临时仰坡采用Φ22药卷锚杆，长3.5 m，间距120×120 cm，Φ8钢筋网间距20×20 cm，喷射厚10 cm的C25混凝土进行加固(图3)。洞口坡面防护采用主动防护网结合预应力锚索的形式加固，预应力锚索长度为21 m，根数为67孔(图4)。

图2 洞门设计

图3 仰坡防护设计

图4 洞口坡面防护设计

2.2 洞口段围岩支护参数原设计情况

洞口段30 m范围内围岩级别为V级，岩性为强风化凝灰岩，节理裂隙发育，岩体破碎，稳定性差，支护参数为：Φ108 mm钢管长管棚超前支护，长度为30 m，环向间距为40 cm；I20b钢架纵向间距为60 cm；Φ22药卷锚杆，长4 m，间距为1.2 m×0.6 m(环向、纵向)，Φ8 mm钢筋网，网格间距15×15 cm，C25喷射混凝土厚26 cm，C30混凝土二次衬砌厚50 cm。

2.3 桥隧关系原设计情况

花坝隧道左洞终点桩号为ZK37+748，岚河大桥左线起点桩号为ZK37+749.6，桥隧间距为1.6 m(图5)，0#桥台设计形式为落梁式桥台。

图5 桥隧关系

2.4 S207省道安全防护措施原设计情况

省道S207从隧道出口正下方通过，且隧道距离较近，为了避免隧道施工产生滚石等危险物影响S207省道正常通行和人员、车辆的安全，需对省道采取安全防护。设计对省道影响范围采用防落石棚架进行防护，防落石棚架用脚手架搭建，并派专人观察值守，保证省道的正常通行。

3 隧道出口原地面实测情况及出洞设计优化

3.1 隧道出口原地面实测情况

施工单位进场后，结合原设计对洞口地形、地貌以及地质情况进行了核查，并实地测绘了地形横断面图。隧道出口原地面典型横断面如图6所示。

图6 隧道出口明洞段原地面典型横断

3.2 隧道明暗交界桩号及桥隧关系优化

根据隧道出口原地面实测情况(图6)，原设计明暗洞交界桩号ZK37+746洞顶埋深13.37 m，埋深较大，ZK37+750洞顶埋深1.76 m，根据隧道“早进洞、晚出洞”的施工原则，为减少开挖，防止对山体扰动，尽量不刷坡或少刷坡，保持山体的原始平衡状态，选择将明暗洞交界桩号由原设计ZK37+746调整为ZK37+750，并结合桥梁与隧道关系，将隧道明洞终点桩号由原设计ZK37+748调整为ZK37+752，明洞长度为2 m，即桥梁深入隧道2.4 m。

3.3 隧道洞口坡面防护优化

(1)根据现场实际勘测情况，洞顶坡面覆盖层碎石土较薄，且大部分裸露面为岩石，为保证仰坡稳定，建议仰坡防护由原设计Ф22药卷锚杆调整为Ф36药卷锚杆，长度由原设计3.5 m调整为6 m。

(2)洞口坡面防护原设计采用主动防护网结合预应力锚索，长度为21 m，根数为67孔，防护高度距离隧道洞顶约57 m。但通过现场勘查发现，山体整体围岩较好，植被茂盛，因此选择对主动防护网、锚索防护范围进行调整，将锚索防护调整为锚杆框架梁防护。

3.4 隧道出洞设计优化

(1)隧道出口位于山体斜坡上，自然坡度陡峭，距S207省道较近，洞口施工便道修建难度大，且修建施工便道对S207省道通行影响较大，故采用上台阶小导洞贯通，利用小导洞作为施工便道，在洞口开辟作业面，待仰坡防护施工完成后，采用环形开挖预留核心土法进行隧道扩挖直至全断面贯通的出洞方案。

(2)隧道出口受场地限制，原设计30 m超前管棚从洞外无法施做，因此将其取消，而选择在洞口30 m范围内采用双层超前小导管进行超前支护。

(2)为保证隧道出口段施工安全，对初期支护参数进行加强，I20b钢架纵向间距由原设计60 cm调整为50 cm，每榀钢架在上台阶拱脚处每侧增设2根长度为4 m的Φ42×4 mm锁脚锚管，其余支护参数维持原设计。

3.5 隧道出口洞门型式优化

花坝隧道左洞出口洞门原设计形式为全断面环框式洞门，根据实测断面情况，明洞边坡开挖量较大，为了减少开挖，确保山体稳定，将全断面环框式洞门调整为半断面环框式洞门(图7)，靠山侧设置初期支护，设置I20b钢架，纵向间距50 cm，Φ22药卷锚杆长度为6 m，单层Φ8 mm钢筋网，C25喷射混凝土厚26 cm。

图7 半断面环框式洞门

3.6 S207省道安全防护措施优化

3.6.1 S207省道改移

通过现场实地查勘发现，由于地形陡峭，防落石棚架采用脚手架搭建难以起到有效的安全防护作用；并且由现场勘测可知，花坝隧道出口范围S207省道正处于弯道，设置安全防护棚易影响行车视线。经组织专家进行咨询后，决定取消安全防护棚设置，而将S207省道截弯取直，临时改移至岚河河道中(图8)，使其远离隧道出口施工段落30 m，并在原省道靠近山体一侧设置1排被动防护网。改移道路长度约200 m，改移道路采用隧道洞渣分层压实填筑，路面宽度不小于原省道宽度，并在临河一侧做好防护措施，保证行车安全。该方案能够从根本上减少或躲避滚石、飞石及滑塌体等带来的威胁，有效保证省道正常通行和车辆人员安全。

图8 S207省道改移平面

3.6.2 交通管制

(1)成立交通协调管理小组，对S207省道K63+700～K63+900段进行交通管制。组织不少于3人的交通安全协调管理小组，负责指挥车辆进出施工区域及确保车辆行驶畅通；疏导员要求具有熟练指挥交通的能力，指挥交通时必须穿好具有反光标志的安全衣，袖章穿戴整齐，并用红色小三角旗指挥交通。在隧道放炮时，禁止车辆通行，待排险完成后，及时指挥车辆通行，每次交通管制时间约20分钟。

(2)在沿S207省道设置相应的标志标牌和防护设施。根据道路情况设置5个交通控制区，即：警告区、上游过渡区、缓冲区、作业区、下游终止区。

(3)在行车前进方向200 m、100 m、50 m、施工区域设置“前方施工200 m”、“前方施工100 m”、“前方施工50 m”、“右(左)道封闭”、“车辆慢行”、“限速”“禁止停车”等警告标志牌，引导车辆行驶，保证行车的畅通。

4 出洞施工安全注意事项

(1)施工人员应提前在施工影响范围设立安全警戒线，并派专人看守，防止人员进入施工危险区域。

(2)安排专人对洞口围岩进行观察，对存在的安全隐患及时采取加固措施。

(3)坚持短进尺、弱爆破，尽量减少对岩体的扰动，以提高洞口段围岩和边仰坡的稳定性。

(4)加强地表位移、洞内初期支护及临时支护变形等监控量测工作，按反馈信息指导施工。

(5)隧道开挖必须在超前支护完成后进行，在上台阶初期支护基本稳定后，才能进行下半断面开挖。

5 结 语

通过对花坝隧道左线出口特殊的地形、环境条件进行分析，在遵循“早进洞、晚出洞”原则的基础上，优化了隧道明暗洞交界位置，采用了半断面环框式洞门型式，以减少开挖，确保山体稳定；采用上台阶小导洞贯通，并以此作为施工便道进行仰坡防护，同时取消了洞口由外向内施做的超前管棚，采用双层超前小导管出洞，解决了出口场地限制问题；另外，还优化了隧道洞口坡面防护方案以及S207省道的安全防护措施，确保施工期间S207省道的运营安全，以及新建高速公路建成通车后的运营安全。