浅埋偏压小净距高速公路隧道施工难点及处理措施

2021-04-01邬永飞

工程建设与设计 2021年8期

关键词：右线偏压洞口

邬永飞

（中交一公局第六工程有限公司，天津300450）

1 引言

为适应当前经济、节能环保的公路隧道施工观念，浅埋偏压小净距隧道逐渐普及。此类项目存在洞体结构受力不均匀、稳定性较差以及施工面偏小等问题，因此易出现位移、沉陷等情况，导致相关方产生经济损失，甚至有人员伤亡。

2 工程概况及现场环境

湖南省益娄高速公路第12合同段竹园隧道由中交一公局六公司承建，施工现场位于湖南省娄底市毛田镇。隧道的开挖宽度超过16 m，净宽为11.65 m。初期支护材料为I22a型钢以及厚度为0.2 m的C20喷射混凝土，二次衬砌应用的材料是C30P8钢筋混凝土，其施工厚度在0.45 m。具体的施工方式，台阶部分采取拱部环形结构，留出核心岩，中台以及下台部分采用侧面开挖的方式。施工环节包括从最初的超前支护，到最后的两侧开挖支护等多个步骤，左线隧道长度达160 m，右线不足80 m。此高速公路是湖南省重要的交通要道。

该隧道洞口的偏压情况较为严重，且左线一侧覆盖层的最小值不足100 m，另一侧则仅为24 m。右线一侧拱部的最小厚度不足2 m，另一侧则为10 m。2条隧道的暗洞洞口采取纵向错开的布置方式，二者之间的距离超过40 m，横向最小间距不足9 m。现场的岩石结构主要泥质板岩，各层围岩的风化程度不一致。

根据现场调查情况，隧道洞口地形对施工质量影响较大，该项目的洞口处于深沟中，附近有林场覆盖，两侧的山体相对偏高。同时，现场的安全防范难度偏高，洞口地貌形态较为倾斜，且两侧的高度差较大。本项目在冬季开工，室外温度偏低，增加了项目现场作业的风险。再加上洞口两侧的覆盖层厚度及土质有差异，左侧岩层呈块状，一旦开挖，岩层脱落的概率极大。另外，工期较紧，隧道本身存在偏压段，会影响施工进度。

3 高速公路隧道施工难点

3.1 地形因素

施工现场在深沟内，四面均为林木，两侧山体高度不一致，右高左低。再加上施工方案的标高位置处于悬空状态，与沟底之间的间距超过4.5 m。同时，隧道洞口与附近村庄农作物距离较近，与附近原有的道路相距2.5 km。现场的地形情况不利于场地布置及材料供给，同时，此种地形大幅提高了施工作业的安全风险，还易破坏周边的生态环境。

3.2 安全管控

施工现场呈倾斜状态，左右两侧高度差较大。左线明洞长27 m，右侧边坡为24 m，而右线明洞长度仅为15 m，侧边边坡高度则为18 m。再加上属于冬季持续性的雨夹雪施工环境，安全风险管控的难度加大。另外，暗洞处的施工难度偏高，左侧的覆盖层厚度不足，上部土质结构中还包含经过强风化的岩石，整体呈块状，向明洞倾斜，在施工时该土质结构可能会发生脱落。在左线暗洞的左侧覆盖层不足100 m，右线的厚度不足2 m，差距极大。隧道采取拱顶设计，其沉降控制值为4.5 cm，对应的地表沉降值为3 cm。此种结构极易出现塌方，其安全管控难度较大。

3.3 工期紧张

该工程项目运行期间，受当地的征地拆迁制约，在中标后的8个多月才完成全部的迁移及征地环节，而且此时的便道拆迁问题未能解决，因此，施工过程中仅能借助附近村落的道路进行材料运输。而该工程正式开工在冬季，是湖南省持续的雨夹雪季节，施工组织与进度控制难度较大。另外，此项目的偏压处理属于施工难点，需要在次年的11月完工，由此才能保证其他环节的有效开展。对于公路隧道工程而言，工期极为紧张。

4 高速公路施工难点处理措施

对于此项高速公路隧道施工项目而言，偏压问题是最为关键的施工难点，需要合理调整浅埋偏压小净距段的开展方案，保证施工现场作业的安全性，避免出现偏压，提高施工效率，确保在工期内完成相应的施工任务。

4.1 相关人员方面

由于该项目组织难度较大，采用的工人大多为民工，之前从未接触过同类型的项目，因而导致其不具备应有的安全意识。除工人外，合作的设计方及监理、业主以及技术人员接触过类似工程的经验较少。为解决此方面的问题，组织专家及该项目的相关方召开专题会，主要讨论项目的设计及施工方案。借此，促使相关方对工程方案有更为全面的认识，并综合考量洞口处的偏压问题，以及拱部左侧的覆盖层厚度严重不足、现场地质不稳等现状，提出合理的解决方案。具体而言，左线明洞的左侧加设27 m的挡墙，并在暗洞左侧1 m的范围内增加混凝土，右线明洞左侧增加长度为15 m的挡墙[1]。经过改良的施工方案更符合此工程现场的情况。确定设计及施工方案后，落实技术交底，确保一线施工人员掌握具体的施工重难点。

4.2 开挖高度及锚喷支护

该工程的明洞边坡坡度较大，且属于冬季雨夹雪季节施工，未能做好锚喷封闭，因此，安全风险系数较高。对此，施工现场管理者及施工作业人员经过细致分析后，制订了针对性的施工方案。具体而言，采取分层的处理方式，支架材料为钢管，每层的高度在5 m，由此实现分层修坡及锚喷支护。另外，为确保锚杆发挥出基本的作用，使用锚固剂锚杆代替最初设计的砂浆锚杆，且锚杆与岩层表面呈垂直关系。

4.3 隧道进洞的安全保护

为保证施工过程的安全性，确保人员进洞安全。在暗洞正式施工前，邀请专家、设计人员、监理人员及施工单位等工程相关方的工作人员进行实地查看。对于坡口处顶部位置的岩石过于破碎，且存在严重的偏压情况，在右线隧道的暗洞位置加设双层的超前注浆小导管，安装在洞口拱顶110°以及35°的位置，外设2榀I22a工钢套拱，其和小导管之间采取焊接的方式连接。而左线在左侧套拱以下4.75 m位置增设挡墙，暗洞左侧的13 m范围内进行反压回填混凝土处理。由于洞口周围的岩体过于破碎，在人员进洞施工前，便在110°的位置安装小导管，注浆的压力应在约0.75 MPa。右线的左侧浅埋段需加设砂浆锚杆，并喷射厚度约为10 cm的混凝土。暗洞口的施工原本采取CRD工法（交叉中隔墙法），经过进一步分析，在分块开挖的中部加设临时支撑，极易被损坏，导致材料弯曲或发生位移，造成相应的支护移动，整体结构不稳定。对此，将原本的4块开挖调整至三台阶施工，拱部核心岩位置开挖110°的岩体，由此至起拱线位置采取两侧开挖的方式，在下台阶区域采取左右两侧分块开挖的方式。经过现场查看，针对隧道偏压问题，研究小组为避免出现水平位移，在隧道的中线区域，以5 m为间距，布设监测点，并在左右两侧的墙体上，以2.5 m的间距布置监测点，继而掌握围岩的位移情况，实现全过程监测，保障施工安全。

4.4 净距过短的解决方式

该工程左右线的边线净距过短，属于偏压小净距隧道，施工安全风险较大。从安全层面考量，2条线的纵向错开距离需超过50 m。此外，左线洞口位置的偏压情况更为严重，施工量偏大。对此，调整作业组织，由右线暗挖上台阶先破口进洞，左线的暗挖则于右线进洞50 m后再开始进洞施工。

4.5 右线沉降速率高问题

经过现场监测，该隧道的右线拱部地表和拱顶的沉降问题明显，其中，前者的沉降速度在0.3 cm/d，后者为0.25 cm/d。经过现场勘查，洞口拱部的地层中含有杂物，如树根、泥土，且树根已经伸到开挖断面内。为保证隧道整体结构的稳定性，需进行加固处理。具体而言，在拱部初期的支护表面加设小导管，且环向距离为1.2 m，纵向则每隔一榀钢架设有一环。相关负责人将具体的施工方案移交至监理方审批，完成技术交底后，进行现场检查[2]。

5 高速公路施工项目建设实例效果讨论

5.1 效果检查

根据本文讨论公路项目的建设难点分析，施工难度极大，且风险高，经过专家论证以及施工小组讨论，确定前期设计及施工方案。基于监控量测的数字化建设观念，不断探索新的管理及应对举措，总结经验，有效处理隧道工程的建设难点，保障工程的建设安全性及质量。实际优化成效体现在以下方面：

1）在公路隧道明洞的高边坡一侧，改变设计标准的锚杆角度，并额外添加锚固剂，使高边坡的稳定性得到保障。

2）左线隧道的左侧，运用具有抗偏压性能的挡墙，以及长度达到13 m的反压回填混凝土。借此有效解决隧道两侧高度差过大的问题，继而缩小土层的位移距离，满足施工标准。

3）针对隧道右线的病害，在隧道出现坡口前，使用双层注浆的导管，其口部配置工钢套拱，弥补覆盖层过薄的问题，达到加固隧道的效果。同时在隧道左线增加规格为6 m的套拱和导管等辅助性用具，在左线的左侧进行混凝土回填，以处理因为地质条件导致进洞困难的问题。

4）洞口区域使用三台阶开挖方式，克服原本设计方案中CRD工法施工的不足，提高现场的安全性，并节省部分材料。

5）基于监控数据显示，在隧道洞口区域存在破碎问题的拱部，关注水泥浆，加强原本结构的强度，较小沉降的幅度，使其处于工程安全可接受的范围内。在偏压段开挖处理中，存在偏压问题的一侧添加长5 m的φ22 mm锚杆。经过实地检测，得出开挖处理的水平方向下收敛效果，实地效果最明显的位置也达到10 mm。根据现场执行的防范举措，在地表、洞顶以及侧墙3个区域的位移均不超过5 mm，满足预期此处理标准。

6）针对开挖净距不足的问题，选择错开施工，隧道纵向的错开间距设置为50 m。下边墙体施工期间，会使中部作业超前，以构建出临空面，确实避免对岩体的伤害。经过一系列的处理，有效处理隧道特殊的地理环境。不仅达到预期的建设效果，还为今后应对此类型工程积累实践经验。

5.2 施工成果

首先，经济方面。通过有效落实上述应对举措，缩短工程的建设时长，在右线的偏压段施工中，提前两个多月完成开挖处理，而左线也提前3 d。本项目使用三台阶的开挖作业方式，与原计划相比，节省钢材300 kN（30 t），在此方面的造价合理缩减10万元以上。其次，技术层面。经过专家联合研讨，有效解决该项目因特殊地理条件而带来的施工难题，处理好两侧高度差超过20 m的问题。此外，地表沉降仅为30 mm，拱顶沉降为25 mm，水平方向的收敛距离为10 mm，地层和隧道框架水平方向的平移距离只有5 mm，上述指标都是现场测量的最大值，均在设计限值之内。最后，社会效益。一方面，未因为交通建设破坏珍贵的遗产文物保护区自然景观。并且即使现场存在严重的地层不利条件，也能避免发生滑坡及其他质量缺陷。另一方面，偏压段实现有序建设，兼顾工期、安全以及质量。