大跨度隧道洞身浅埋偏压段方案比选
李发均
【摘? 要】论文以汕头至昆明高速公路龙川至怀集段李田隧道右线K106+680～K106+760段洞身浅埋偏压段为工程背景，对浅埋偏压段洞顶反压回填土石方、洞内大管棚超前支护双侧壁导坑法这两种施工方法进行了对比分析。对于如何选择适用以便于操作的施工方法，应根据围岩的类别、水文地质的情况以及工程项目施工现场的实际情况，全面综合考虑。主要从环境保护、施工安全、工程质量、施工进度、工程造价等多方面求得平衡。浅埋偏压段地质条件差，安全因素起主导作用。在此基础上，确定适合本工程的最佳施工方案。
【Abstract】This paper takes the shallow-buried and unsymmetrical loading section of the tunnel body of right line K106+680～K106+760 section of Litian Tunnel in the Longchuan to Huaiji section of the Shantou-Kunming Expressway as the engineering background， and makes a comparative analysis of the two construction methods， that is， backpressure backfilling of earthwork at the top of the entrance in the shallow-buried and unsymmetrical loading section and large pipe shed advance support and double side wall heading method in the tunnel. For how to select the applicable construction method for easy operation， it should be considered comprehensively according to the types of surrounding rock， the situation of hydrogeology and the actual situation of the construction site of the engineering project. It mainly makes the balance of environment protection， construction safety， engineering quality， construction schedule and engineering cost and other aspects. The geological conditions of the shallow-buried and unsymmetrical loading section are poor， and safety factors play a dominant role. On this basis， the best construction scheme suitable for this engineering is determined.
【關键词】隧道;浅埋偏压;大管棚;双侧壁导坑法
【Keywords】tunnel; shallow-buried and unsymmetrical loading; large pipe shed; double side wall heading method
【中图分类号】U452.1+2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2021）03-0132-03
1 引言
随着我国交通事业的飞跃发展，国民收入与人均生活水平的不断提升，中国家用汽车逐渐普及，交通运输量的日益增大，原来常规设计的双向四车道高速公路已经完全无法满足交通运输增长的需求，因此，产生出了双向六车道高速公路，与之相匹配的单洞三车道大跨度扁平断面公路隧道应运而生。因此，单洞三车道大跨度隧道施工技术成为一个重要的研究课题，特别是地质复杂的浅埋偏压段的施工显得尤为重要。本文以汕昆高速公路龙川至怀集段李田隧道右线K106+680～K106+760段洞身浅埋偏压段为实例，对浅埋偏压段洞顶反压回填土石方、洞内大管棚超前支护双侧壁导坑法两种施工方法进行了对比分析探讨，以便选择最佳施工方案，这是顺利穿越隧道浅埋偏压段一件很重要的工作，它将直接影响施工进度和工程成本的投入等。
洞内管棚超前支护就是在隧道内采用大管棚的形式增长增强超前支护加固措施的一种方法。本文在确保工程施工安全的前提下，就如何确保工程质量、施工进度等方面进行了详细的分析和探讨。
2 工程概况
汕昆高速公路龙川至怀集段TJ5标李田隧道为双向六车道分离式小净距隧道，位于广东省河源市东源县船塘镇李田村，左线起止桩号为ZK106+577～ZK107+051，长474m;右线起止桩号为：K106+581～K107+033，长452m。左线位于R=1720m平曲线上，路线纵坡为0.87%、1.893%;右线位于R=1850m平曲线上，纵坡为1.54%。
本隧道属于浅埋偏压隧道，左线最大埋深约73m，右线最大埋深约62m，其中，右线K106+680～K106+760段，長80m，拱肩距离地表最薄处仅5m，如图1所示。为减小地形偏压对隧道的影响，设计施工方案是该段隧道开挖前对地表采用反压回填土石措施进行处理。
2.1 地质条件
李田隧道区域内地表覆盖层为第四系坡残积层（Qdl+el）和燕山三期侵入岩体——粗粒花岗岩（Y52-3）。
2.2 地质构造
李田隧道工程区均属于构造剥蚀丘陵区，地形切割十分强烈，沟谷较发育，地面高程为376～491m，相对高差为115m，隧道进口、出口山坡坡体较陡，自然坡度为20～45°，植被比较发育。附近无村道相接，交通十分不便。
2.3 水文地质条件及区内气候
工程所在地为南亚热带季节风气候，干季、雨季十分明显，春季暖和、夏季多雨、秋季凉爽、冬季无严寒。该区年平均气温为11.5～26.1℃，月平均气温最高29.3℃，月平均最低7℃，极端最高气温38.7℃，极端最低气温-1.9℃。全年平均降雨量为1500～2500mm，主要集中在4月至9月。
根据初次地勘钻孔Z1-李田隧道-4，在钻孔内注入水试验成果：涌水量Q=26.5m3/d，渗透系数k=0.391m/d，影响半径51.37m。水质：经过水质取样试验检测，地表水、地下水类型为：HC03-K.Na.Ca型水，对钢材、混凝土等均无腐蚀性。
2.4 地震等级
根据GB 18306—2001《中国地震参数区划分》标准，李田隧址区域内地震反应谱特征周期为0.35S，地震动峰加速度为0.05g，相对应地震基本烈度为Ⅶ度。
3 施工方案比选
根据设计方案并结合本项目的实际情况，有以下两个方案可供选择。
方案一：在K106+680～K106+760浅埋偏压段使用反压回填土石措施。
方案二：洞内大管棚超前支护穿越K106+680～K106+760浅埋偏压段施工措施。
3.1 洞顶反压回填
右线隧道K106+680～K106+760为浅埋偏压段，拱肩距离地表最薄处仅5m，为减小地形偏压对隧道结构的影响，原设计该段隧道开挖前对地表采用反压回填土石措施进行处理，每层回填土石厚度不大于30cm，压实度不小于90%。表土开挖成台阶状方可进行回填反压作业，以防填料滑移，台阶高度及宽度可根据实际地形适当调整。开挖台阶5917m3、回填土石36660m3。为防止周边地表汇水对回填土体进行冲刷侵蚀，在回填线外5m设置一道截水沟。截水沟开挖土石134m3、M7.5浆砌片石110m3、绿化面积6.5亩。
该段位于Ⅴ级围岩，施工时采用双侧壁导坑法开挖，全隧道仰拱超前施作，拱墙一次性灌注。
隧道洞身超前支护：拱部设一环？准42双层小导管，壁厚4.0mm，每环100根，长度L=4.5m，环向间距0.4m，纵向每3.0m一环。初期支护：拱部、边墙以及仰拱均为厚28cm喷射C25混凝土，隧道洞身全环采用I22b工字钢，工字钢纵向间距为0.5m;拱部、边墙设双层？准8钢筋网片，网片间距为20×20cm，拱部、边墙径向锚杆采用？准25中空锚杆，长度L=4m，环向间距为1.0m，纵向间距为0.5m。二次衬砌：拱部、边墙、仰拱为C30防水混凝土，厚度60cm，每延米钢筋配筋6根？准25，仰拱填充为C15混凝土。
3.2 洞内大管棚超前支护
①超前支护：超前支护考虑大管棚辅以单层小导管，上半断面临时支护侧壁布设超前小导管支护加固土体，防止塌方。根据浅埋偏压段长度，拱部设置三环？准108大管棚穿越浅埋偏压段，钢管壁厚6.5mm，每环设49根，长度L=30m，环向间距0.4m，纵向每25m一环。为保证管棚间土体稳定，在拱部管棚之间设置环向超前？准42注浆小导管，外插角30°，壁厚4.0mm，每环50根，长度L=4.5m，环向间距0.4m，纵向每3.0m一环。
②加强初期支护：拱部、边墙、仰拱喷射C25混凝土，厚28cm，洞身钢架采用I22b工字钢，工字钢纵向间距为0.5m。拱部、边墙设双层？准8钢筋网片，网片间距为20×20cm，拱部、边墙径向锚杆采用？准25中空锚杆，长度L=4m，环向间距为1.0m，纵向间距为0.5m。
③二次衬砌：拱部、边墙、仰拱均采用防水C30混凝土厚60cm，钢筋配筋6？准25/m，C15混凝土仰拱填充
4 方案对比分析
4.1 方案一：洞顶反压回填
①堆压方量过大，李田隧道右线K106+680～K106+760开挖台阶5917m3，回填土石36660m3。需要新增取土场征地、取土，必须提前做好各项准备工作。
②堆压费工费时，该项目工期紧、任务重，若施工方案选择不合理，将延误工期并占用或花费较多资金。
③堆压安全性差，最高填方高度达30.5m，雨水冲刷大，对环境破坏严重，不利于水土保持，安全隐患较大，安全保护措施需要加大。
④右线隧道K106+680～K106+760为浅埋偏压段，距隧道右线洞口距离为99m，堆压回填区原地面距洞口高差22m，地势陡峭无施工道路到达，需征地新建施工便道。
⑤堆压回填区域为林地，征地困难。
4.2 方案二：洞内大管棚超前支护
李田隧道浅埋偏压段洞内大管棚施工时，应首先考虑到隧道净空影响，其会造成施工难度增大，特别是各种施工机械设备的操作和使用难以展开。其次在确定洞内浅埋偏压段施工方案时，要尽量根据隧道洞身断面大小情况、使用的各种机械设备操作空间以及隧道洞内围岩类别情况等方面进行综合考虑，以方便、适用、快速、高效的施工为基本原则进行详细设计和安排，充分发挥和提高各种施工机械设备的效率。尽量考虑简单、便于操作的小型施工机具，在空间上能满足各种机具作业需要。最后还应重点考虑钻孔施工和送入钢管的难度。
5 施工参数对比
洞顶反压回填土石方与洞内大管棚超前支护这两种方案中超前支护、初期支护、二次衬砌、双侧壁导坑法临时施工支护的参数对比如表1所示。
6 费用对比
方案一洞顶反压回填土石方与方案二洞内大管棚超前支护两种方案开挖、初期支护、二次衬砌、双侧壁导坑法临时施工支护数量和费用无变化，其费用增减情况如表2所示。
7 方案确定
为了选择适用、合适的施工方法，应该根据围岩级别、水文地质情况以及施工现场的实际情况全面综合考虑，力求在环境保护、施工安全、工程质量、施工进度、工程造价等多方面求得平衡，浅埋偏压段地质条件较差，因此，安全因素至关重要。根据以上分析，原设计方案无法实施，经多方面论证、分析最终确定：李田隧道右线K106+680～K106+760段Ⅴ级围岩洞身浅埋偏压段采用大管棚超前支护、双侧壁导坑法施工方案。
8 结论
李田隧道在浅埋偏压段施工过程中，利用超前大管棚加以超前注浆小导管固结地层，提高围岩的自稳性，减弱了围岩对隧道结构的偏压荷载，约束了围岩的收敛变形速度，增大了洞内施工的安全系数。该方法保证了隧道开挖过后山体的稳定性，没有出现塌方及地表下陷等问题。
隧道洞内管棚超前支护、双侧壁导坑法施工适用于跨度大、浅埋偏压、围岩条件差的隧道施工。因此，大跨度Ⅴ级围岩洞身浅埋偏压段采用管棚超前支护、双侧壁导坑法施工在浅埋偏压、围岩地质条件较差的隧道中效果较好，值得借鉴与推广应用。
【参考文献】
【1】JTG/T 3660—2020 公路隧道施工技术规范[S].
【2】陈焕新.大跨度隧道浅埋偏压段施工方法探讨[J].公路与汽运，2011（3）：191-194.
