浅谈连拱隧道冲沟进洞方案

段晓彬，张涛，钱伊默，郑勇

（云南省交通规划设计研究院有限公司，昆明 650041）

1 连拱隧道在云南的应用

随着云南高速公路的不断建设，为了降低路线纵坡、改善公路线形、优化车辆行驶条件、保护生态环境，隧道在山区公路建设中的出场率越来越高，不同规模、不同形式的隧道在云南的山岭中得以不断实践。在长隧道、特长隧道在路线方案中占比越来越大的同时，通过体量不大的“小山包”时连拱隧道方案与路堑方案的比较也越来越多。

连拱隧道作为山岭隧道的一种重要形式，两端接线对地形要求不高，布线方便，接线工程小，线形顺畅，与路堑方案相比具有明显优势，避免了高边坡的出现，同时也减少了土石方开挖，减小对既有地表环境的破坏。在云南公路建设中，连拱隧道已经成为不可或缺的一种构筑物[1]。

云南省地形地质条件复杂，连拱隧道的线位常常服从总体路线的选择，隧洞穿过小垭口、鸡爪地形的情况屡见不鲜，此时，隧道在冲沟进洞不可避免。如何保证连拱隧道在冲沟安全进洞，解决浅埋、偏压等问题，是连拱隧道设计、施工中常常要面对的问题[2-3]。

2 工程概况

2.1 设计概况

陈家冲隧道位于楚雄至大姚高速公路，隧道全长425 m。隧道所在路段为双向4车道高速公路，设计速度100 km/h，汽车荷载等级为公路-Ⅰ级，抗震设防烈度Ⅶ度，隧道净宽10.75 m，净高5 m。

2.2 气候条件

隧址区位于云贵高原西南侧，气候温和湿润，冬无严寒，夏无酷暑，素有“四季如春”之称，年平均气温15.3℃，最高33℃，最低-5℃。多年平均降雨量814.4 mm，最大1 132.5 mm，最小638.9 mm，集中于6~10月，旱、雨季节分明。偶见高山有少量降雪，灾害性气候不突出。

2.3 出口段地质概况

项目所在区域属于滇西红层地区，隧道出口围岩为Ⅴ1级。隧道围岩以第四系坡残积粉质黏土及侏罗系上统妥甸组泥岩为主，局部夹钙质泥岩条带。粉质黏土呈硬塑状，钙质泥岩、泥岩呈强风化，节理裂隙发育，岩体破碎呈碎块状碎裂结构。泥岩富水性较弱，雨季开挖时可能存在较小量的滴水现象，旱季基本无水。仰坡有表层覆盖层，岩层产状对仰坡稳定有利，电阻率一般小于80Ω·m。

3 方案比选

隧道出口K10+125~K10+170段右洞位于一自然冲沟内，受冲沟影响，隧道局部地段外露，地形偏压严重，隧道洞口左右幅埋深差异，进洞位置不同一，进洞困难，洞口横断地面线见图1。

图1 洞口典型横断地面线

结合实际地形、地质情况，提出了进洞3种方案：明挖进洞方案、交错进洞方案及局部盖挖进洞方案。

3.1 明挖进洞方案

明挖进洞是常见的隧道进洞方法，即对隧道洞口埋深较浅的地段进行明挖处理，在地表埋深高于隧道约1.5~3 m时确定明暗交界桩号，打设套拱、管棚，对临时边仰坡进行防护，施作明洞结构后进行回填。明挖法施作简单，施工人员对机械操作熟练。

本方案存在以下缺点。

1）本隧道地形偏压较大，左右洞合适进洞的位置相差较多，若按右幅地形选择合适整体进洞位置，则左幅边仰坡较高，不利于长期安全。

2）临时边仰坡防护范围大，暴露时间过长，不利于隧道施工安全。

3）土石方开挖较大，对原有地表植被破坏较大，不利于环境保护。

3.2 交错进洞方案

交错进洞将洞口桩号交错布置，左右洞分别进洞，交错段两洞之间设置挡墙，交错段一半隧道一半路基。本方案能够解决左右洞进洞位置不一致带来的问题，减少了不必要的开挖。本方案存在以下几个缺点。

1）洞口交错进洞，对洞口美观有一定影响。

2）连拱隧道左右洞中间空间较小，中间设置偏压挡墙难度较大。

3）一侧隧道一侧路基，对于路基侧而言，隧道侧上部的边坡为永久结构，需加强隧道顶部的防护。

3.3 局部盖挖进洞方案

局部盖挖进洞，对于外露部分隧道，在开挖整平后设置套拱，将套拱拱脚设置于冲沟两侧基岩，套拱施作完成后对用碎石土进行回填反压，缓解左洞隧道的偏压情况，同时在右洞隧道顶部形成“保护盖”，洞身采用暗挖施工。采用局部盖挖进洞方案开挖最小，对原地表破坏最小。

本方案存在以下几个缺点：（1）施工工艺相对烦琐，施工工序多；（2）施工质量要求较高，套拱拱脚部位需进行重点加固。

3.4 方案比选

对3个进洞方案优缺点的对比分析，见表1。

表1 进洞方案比选表

由表1可以看出，局部盖挖进洞方案与其余两个方案相比在对环境影响、工程安全、洞口美观等多个方面有明显的优势，故最终选用局部盖挖进洞方案作为进洞方案。

4 施作方案

4.1 套拱施作

1）选择右幅隧道合适的进暗洞位置，确定局部盖挖段落。局部开挖，对冲沟覆盖层进行清除，并对局部冲沟进行填充。

2）平整套拱施工平台，对临时边坡进行防护，见图2。

图2 平台开挖图

3）施作套拱，对套拱拱脚处用小导管注浆加强；先架设套拱工字钢，采用I18工字钢；完成后采用小模板浇筑混凝土套拱，混凝土套拱采用60 cm的C20混凝土，见图3。套拱设置时考虑后期下部隧道结构施作时造成套拱沉降，在套拱与下部隧道衬砌之间设置10 cm预留变形量。套拱施作的范围可结合地形和覆盖层地表覆盖层厚度进行调整。套拱的施作顺序由明暗交界处向洞口进行，在临近暗洞的2 m套拱中预埋导向管并打设大管棚，保证后续暗洞段施作时的安全。

图3 套拱施作图

在整段套拱完全施作完成后，进行顶部反压回填，消减冲沟地形带来的偏压，为保证回填质量，回填材料采用夯填水泥稳定土，掺加少量水泥，待回填完成后再回填层表面设置防水层，并做截排水沟。

至此，局部盖挖段套拱施作完毕。

4.2 隧道结构施作

结合本隧道的特点，选择右幅隧道作为先行洞，待上述上部结构完成后先进行右洞的施工，右洞施作完成后方才进行左洞施工，结构断面见图4，施工过程中先后行洞需拉开距离，尽可能减小相互之间的施工干扰，同时加强监控量测工作。

右幅隧道下部结构在套拱的保护下进行暗挖施作，衬砌采用暗洞衬砌形式，先施作初支，取消拱顶套拱范围内的径向锚杆，再施作二衬。

图4 结构断面图

4.3 改沟与地表恢复

局部盖挖及回填的施作对既有冲沟地形进行了改变，为避免雨季冲沟流水对洞口造成冲刷影响，需对冲沟进行改沟处理，在反压回填层上设置水沟与既有冲沟相连，并引排至隧道范围外。

结构、回填、改沟都施作完毕后，应对洞口开挖段洞顶回填区域进行地表植被恢复，减少人工扰动的痕迹。

5 结语

连拱隧道由于其特殊的结构特点，左右洞相互影响，在洞口处理时受限因素较多，当连拱隧道位于冲沟进洞时，常常面对着一侧浅埋甚至出露、另一侧偏压的情况，两洞进洞不同步。此时，采用局部盖挖方案进行进洞，施作套拱反压回填，一方面解决了冲沟段浅埋、出露的问题，另一方面能够减缓偏压。

陈家冲隧道出口是连拱隧道冲沟进洞的典型案例，在设计施工方案确定过程中充分考虑了各个不利因素，对不同方案的优缺点进行比选，最终确定局部盖挖方案。盖挖施工应充分考虑冲沟水的因素，尽可能选择在旱季进洞施工，降低施工难度和施工风险。盖挖的范围由地形和地质确定，一方面避免过高临时边坡的出现，另一方面套拱的拱脚应落在基岩位置，避免套拱产生过大沉降。

陈家冲隧道已于2020年施工完毕并通车，到目前为止隧道运营正常，取得了良好的工程效果，陈家冲隧道的进洞方案可以为今后类似工程提供一定的参考。