浅埋偏压不利条件下的高速公路隧道关键施工技术分析探讨
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摘 要：浅埋偏压等不利地质条件是公路隧道施工经常遇到的难题，如何处理成为广大技术人员不断研究的课题。本文结合具体事例，在对不利地质条件进行分析的基础上，对高速公路隧道开挖施工技术方案与选定进行了详细阐述，并对隧道口浅埋偏压段岩层采用的超前大管棚导向护壁、单侧壁分压导坑法施工关键技术进行了深入探讨。
关键词：高速公路隧道：浅埋偏压；超前大管棚：单侧壁分压导坑法；监控量测
中图分类呼：U412.37+3.1
文献标识码：B
文章编号：1008-0422(2010)06-0210-02
1 引言
许多高速公路通过山区，常遇到一些不利于隧道施工的不良地质地段。如岩石节理发育，风化严重，犬牙交错，或是隧道进出洞口洞室的浅埋偏压现象严重，在开挖支护过程中，由于各种因素的影响都可能发生土石坍塌、坑道受压，支撑变形，衬砌结构断裂和各种特殊施工问题，严重影响施工进度、安全和质量，甚至对安全运营造成威胁。因此。必须对此不利施工条件采取针对性的处理措施，确保施工的顺利进行。
2 工程概况
湖南西部某高速公路隧道为双线四车道分离式隧道，中线相距45m，左洞全长124m，右洞全长260m，单洞净宽10.25m，净高7.1m，断面轮廓为单心圆。左线进口拱肩部分埋深较浅，洞口围岩垂直节理发育，石质围岩位于挤压强烈断裂带内，按类别划分属于I类，按级别划分属于V级，夹层带呈大截面状且与洞截面平行，其层面向下纵向延伸10m，极易造成山体分离滑移，给洞口工程带来极大难度，浅埋。偏压严重，原设计进洞位置K26+211沿进洞方向右侧护体单薄，隧道开挖线离山体边线只有1.5m，围岩受到扰动。就可能会滑塌崩落，所以隧道进洞施工方案的选择，能否安全顺利通过进口浅埋偏压段成为工程施工重点难点之一。
3 隧道施工方案分析与选定
由于原设计方案与现场实际情况有一定出入，因而进行了调整。
3.1 洞口边仰坡施工处理
1)在洞口边仰坡顶部施作截水沟，排水沟，以避免雨水对边仰坡；冲刷而导致边坡失稳。
2)原设计边仰坡采用锚网喷防护，支护参数为q022早强砂浆锚杆，长3m，间距1.2m，挂cp8钢筋网，考虑到边仰坡面岩石节理很发育且节理与隧道纵面横切向发育，镶嵌分层结构，表现为张性，层与层之间断裂明显，岩层厚度在5m以上，原设计早强砂浆锚杆对岩体节理不能起到有效加固作用，所以改为同间距长度6m的小导管注浆。
3.2 隧道洞身施工方案
本隧道左线K26+211～K26+204段严重偏压浅埋(左侧拱肩厚度为1.2m)，改原设计暗洞为明洞，增设抗偏压砼挡墙，从K26+204(拱肩厚度为4m)进洞，K26+204～K26+188段左侧进行坡体加固，实现隧道边坡一体化施工，洞口段设计见图1。
3.3 坡面加固施工
K26+211～K26+204段对其左侧边坡用锚杆挡墙进行加固处理，施工完毕后才可进行暗洞施工，以保证山体稳定。具体措施为：K26+211～16+204挖基至完整稳定基岩，施工中22基础底锁脚锚杆，浇注基础砼，侧面根据现场施作锚喷网，再浇注C25号砼挡墙，外侧山体坡面清除表层覆盖物外不应刷坡，尽可能减小对山体的扰动。
3.4 抗滑锚杆的施工
原设计K260+211进洞，左侧拱肩与山体地表线间距单薄，测量资料显示只有1.5m，加之该段地质条件复杂，其结构破碎，节理发育，镶嵌泥质隔离，围岩的自稳能力相当差，由于其结构是块状镶嵌，一经开挖或受偏压牵引，岩石极易产生分离，更何况仰坡面在清除表土时发现K260+207处有一条夹层带呈大截面扇状，层面且与成洞开挖截面平行，更加容易造成山体分离滑塌位移。
为此，对原进洞里程K26+211改为K26+2g4。同肘为预防山移滑塌，新确定的左侧山体加固措施中采取了(p32抗滑锚杆，钻孔孔径为130ram，孔内设有导向螺纹钢架，见图2。
锚杆孔内采用1:1水泥砂浆注浆进行固结，水灰比为0.4:0.5，注浆压力宜为1.0～1.5MPa，第一次注浆完毕，水泥砂浆凝固后收缩，孔口进行补浆，此施工工艺，对偏压严重，隧道拱肩部岩体埋深单浅，陡峭的隧道进洞方式，的确是一种新的尝试与实践经验，施工的最大难点在于钻孔，关键在于钻机的选择，常用的有两种就是水平钻和潜孔钻，考虑到山体地形钻机就位难度大，我们选择重量较小的潜孔钻，效果较为理想。
从经济的角度上讲，若采用惯用锚索施工法进行成本核算，(p32抗滑锚杆工艺的实践就可以节约近100万元的成本投入。
4 高速公路隧道偏压浅埋段关键施工技术
针对该段处不良地质，浅埋偏压严重，自稳能力差，施工时严格按照预探测，锚超前、严注浆、小断面、短进尺、强支护、早封闭、勤量测的原则组织施工，洞口段原设计为台阶分部留核心土法，改为单侧壁分压导坑法开挖，埋深较浅侧向先行导洞，采用超前大管棚导向护壁。
单侧壁分压导坑施工法，在我国隧道施工工艺经验里，短时间的运用与实践已经有了很多实用的经验总结。然而，通过对本隧道左洞进口段再一次实践过程中。笔者有了更多的理解与认识，具体如下：
4.1 超前大管棚施工
原设计的进洞施工方案中就有长2m。高645m，弧长19.5m的套拱导向墙，墙体混凝土内有4榀116轻型工字钢，工字钢上沿环向布设φ108导向管，环向间距40mm。
超前大管棚施工过程中，其控制要求主要是分清楚：套拱工字钢安装一套拱φ108导向管安装一套拱混凝土浇注一管棚钻孔一管棚安装一管棚注浆这样一种正确的施mm序，作业流程示意图如图3。
4.2 偏压浅埋段单侧壁分压导坑施工
4.2.1 单侧壁分压导坑施工流程
在进洞开挖方式的选择上，采用了单侧壁分压导坑施工法，单侧壁分压导坑施工(如图4所示)
施工循序如下
a)先行导坑E部开挖，初期支护，临时支撵；
b)先行导坑下部开挖，初期支护，临时支撑：
c)后行导坑上部开挖，初期支护；
d)后行导坑下部开挖，初期支护：
e)拆除临时支撑；
f)模筑二次钢筋混凝土仰拱，仰拱回填：
g)全断面模筑二次钢筋混凝土衬砌。
4.2.2 单侧壁分压导坑施工技术要点
1)隧道开挖后会引起围岩的卸荷回弹，应力重分布，偏压状态的隧道受到斜坡应力场的影响，围岩的拉压应力的集中部位也发生变化。经相关偏压典型模型有限元计算可知道：最大主应力部位集中在隧道偏压侧的上角和另一侧的下角，拉应力集中在偏压侧的上角，最大剪应力集中在偏压侧的上角和另一侧的下角，所
以左侧是存在潜在破坏的薄弱环节，结合该段实际复杂的地质条件，我们把单侧导坑选在进洞方向的左侧，先封闭开挖左侧，防止开挖过程中应力集中作用下造成塑性破坏挤出，避免开挖对左侧山体的破坏而引起的安全隐患，在开挖之前必须先施作φ32、φ22结合型抗滑固结锚杆，抗滑锚杆注浆初凝2d后，才可以对暗洞进行开挖。
2)施工的关键是中壁(工字钢临时支撑)的拆除，对临时支撑一定要等围岩变形稳定后才可拆除，防止围岩变形加速，导致失稳：具体施工步骤应严格按照《公路隧道施工技术规范标准》(JTJ004-94)的要求执行，在中壁作业的施工管理中，最重要的是判定中壁拆除的时间和中壁拆除后的安全性，施工中通过拱顶下沉和净空收敛来判定，我们的施工按照以下标准来判定：
a)基准值：拱顶下沉量为7d的增量小于2mm；净空收敛值为7d的增量小于4mm(拱顶下沉量的2倍)。
b)安全性问题：根据计算，中壁拆除的拱顶下沉量是12mm，以拱顶下沉量12mm作为管理水平，并制定中壁拆除的管理基准。
3)左侧山体单薄，开挖原则只能采取短进尺，弱爆破，早封闭，强支护，开挖进尺控制在1m以内，爆破炸药量也控制在0.56kg/m3(炮眼布置图如图5)。
为保证出渣速度，采取50A侧翻式开口装载机出渣，机动加大柴油汽车运输，出渣时间严格控制在2h内完成：出渣完成后立即进行临时支撑的安装，单侧壁先行导坑开挖进尺到50m时，立即进行后行导坑的施工，全断面开挖距离到50m时立即进行二衬钢筋混凝土的施工，严格开挖面与二衬面过长外露，导致初支结构因受力位移或沉降带来的负面影响。
5 隧道施工监控量测
隧道监控量测是新奥法施工的必做项目，是为了掌握施工中围岩程度与支护受力，变形的力学动态或信息，以判断设计、施工的安全与经济来采取正确的指导进行施工。本工程在洞口段每5m确定一个断面，每个断面分别在洞顶地表，洞内拱顶下沉及两侧边墙上各设置观测点，并定期进行拱顶下沉和周边位移监控观测，绘制相应的曲线图，来指导设计变更和施工。
根据回归分析：洞口段开挖后开始产生位移，后逐渐增大。最终测量数据表明：地表下沉小于26mm，拱顶下沉小于32mm。周边水平位移小于33mm，因此，本隧道浅埋偏压段最终确定开挖支护施工技术方案是合理可行的。
6 结束语
综上所述，本隧道工程左线施工难点主要是进口偏压，浅埋，但与一般的偏压又有较大的区别，存在拱肩厚度小的问题，解决这一难点首先要准确测量断面，及时根据断面确定进洞位置，在开挖过程准确判断地质情况，综合断面，地质情况以及设计文件确定一个安全，可行的施工方案来指导施工。
针对变更后技术要求，在工序安排上作了充分的考虑，开挖到设计进洞位置后，同时支立套拱钢架和坡面加固脚手架，同时进行边仰坡锚杆，管棚钻孔，坡面锚杆：施工，以最短的时间对山体进行加固，同时加强施工过程控制，对每道工序的安全。质量给予时刻关注，以确保施工方案真正贯彻到现场施工中去。进洞后严格按照短进尺，弱爆破，早封闭，强支护的原则，做好施工监控量测，从而取得了良好的效果。