張勃蓬

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

山西晉西北位于黃土高原地區(qū)，該地區(qū)的地質(zhì)地形特點是溝壑縱橫，黃土峁梁、沖溝隨處可見，地表覆蓋厚層黃土。該區(qū)國省干線公路隧道數(shù)量較多，且多為20世紀七八十年代修建，特點是寬度窄（多為6～7.5 m）、高度低（限界高多為4～4.5 m），隧道邊墻基本為直墻式，建筑材料多為磚石圬工，一般均未設人行道、防排水及機電設施，并且此類舊隧大多存在著不同程度的各類病害。因此，此類老舊黃土隧道改擴建工程將會越來越多。

黃土隧道改建一般有原隧加固、原址擴挖及另選新址重建等方案，但各方案的設計、施工難易度、造價、占地等存在較大差別。目前國內(nèi)外老舊黃土隧道改建的研究很少，其設計理論和施工技術均處于探索、積累階段。本文結合該隧道改建工程方案比選對老舊黃土隧道改建方案的研究進行闡述。

1 工程概況

1.1 背景及現(xiàn)狀

下嵋芝隧道是S248線上的一座老舊黃土隧道，全長248 m，位于柳林縣境內(nèi)，隧道兩端連接公路曾于2008年進行了改建，采用二級公路技術標準設計，速度40 km/h，路基寬度為10 m，改建時僅對隧道拱部進行了混凝土加固處理。隧道建于20世紀八十年代，采用礦山法修建，隧道寬7.5 m，凈高6.9 m，隧道邊墻為直墻式，邊墻采用漿砌塊石，拱部為素混凝土襯砌，路面面層為瀝青混凝土，無人行道、防排水及機電設施，建筑限界僅滿足現(xiàn)行《公路工程技術標準》不設人行道的雙車道4級公路隧道標準,設計速度30 km/h，低于兩端接線設計技術標準，是典型的寬路窄隧；目前已成為該路段交通瓶頸。

圖1 舊隧斷面圖（單位：cm）

根據(jù)下嵋芝隧道檢測報告，該隧道總體技術狀況類別被評定為5類，應及時關閉隧道，實施病害處治或改建[1]。

圖2 舊隧洞口

圖3 襯砌鼓出

1.2 地形地貌及工程地質(zhì)情況

a）地形地貌 隧址區(qū)地處呂梁山構造山地，地貌單元屬黃土覆蓋構造剝蝕丘陵區(qū)，微地貌為黃土塬、峁等；小沖溝、黃土坎等地貌單元發(fā)育。海拔高度介于1 004.5～1 080.0 m之間。

b）工程地質(zhì) 隧址區(qū)地層巖性結構簡單，范圍內(nèi)出露地層由新到老為第四系上更新統(tǒng)馬蘭組、中更新統(tǒng)離石組。

2 改建技術標準

根據(jù)交通量預測及隧道前后路段線型、路基寬度及公路技術等級等因素，確定改建隧道設計標準：設計速度40 km/h，建筑限界10×5 m，雙側(cè)人行道2×1.0 m的兩車道公路隧道。根據(jù)建筑限界的要求，考慮襯砌結構受力特性、裝飾厚度及富余空間等因素擬定隧道內(nèi)輪廓采用三心圓斷面，拱半徑5.20 m，曲墻半徑7.64 m，仰拱半徑15.00 m。

圖4 隧道建筑限界及內(nèi)輪廓圖（單位：cm）

3 改建方案綜述及比選

3.1 方案一 原址擴挖方案

考慮隧道施工風險及洞口地形限制，僅對隧道進行擴挖，洞口接線維持不變，隧道長度不變，該方案的起終點即為現(xiàn)狀隧道的起終點，路線平縱線型與原路相同。

本方案工程造價2 565萬元。優(yōu)點為隧道限界滿足要求，無新增占地，工期稍短，缺點及難點在于黃土舊隧施工風險大，合理確定支護參數(shù)及施工步序為重中之重。

由于舊隧道已發(fā)生病害并被鑒定為危隧，因此在原襯砌拆除時必須進行必要的安全防護[2]，以確保施工安全。臨時支護方案為沿舊洞襯砌表面架設鋼拱架支護。且在施工中必須注意舊洞圍巖及地表變形情況，以隨時修正支護方案。

原址擴挖方案施工步序：

a）施作既有隧道臨時鋼拱架，再施作超前支護。

b）拆除臨時鋼拱架及拱部舊隧襯砌和開挖拱部圍巖（與拱架間距相同）。

表1 復合式襯砌支護設計參數(shù)表

c）施作拱部初期支護，施工左右側(cè)鋼架鎖腳錨管。

d）拆除既有隧道左側(cè)邊墻（與拱架間距相同）。

e）開挖左側(cè)邊墻圍巖。

f）施作左側(cè)邊墻初期支護，施工左側(cè)鋼架鎖腳錨管。

g）拆除既有隧道右側(cè)邊墻（與拱架間距相同）。

h）開挖右側(cè)邊墻圍巖。

i）施作右側(cè)邊墻初期支護，施工右側(cè)鋼架鎖腳錨管。

j）仰拱落底開挖。

k）施作仰拱。

l）鋪設防水板，整體施作拱墻二次襯砌。

圖5 原址擴挖隧道施工步序

3.2 方案二 新建隧道方案

路線布設于原隧道東側(cè)，距原隧道凈距約30 m，改線總長度為982.956 m，隧道長430 m，新建隧道方案采用雙車道2級公路技術標準，設計速度40 km/h，路基寬度10.0 m，隧道凈寬10.0 m，凈高5.0 m。本方案路線布設原則在滿足規(guī)范的前提下，盡量選擇工程量小且新建隧道與原隧道無干擾的地段。

本方案工程造價4 884萬元。優(yōu)點在于重新布線公路線形指標較高，新建隧道較于原址擴挖施工難度較??；缺點為工程量大且新增占地多，工期長。

3.3 方案三 現(xiàn)狀隧道加固方案

本方案擬對現(xiàn)狀下嵋芝隧道進行加固，對暗洞襯砌進行加固，路線平縱面線形及隧道長度均不變，凈寬仍為7.5 m，僅對原隧道襯砌進行加固。隧道等級仍維持現(xiàn)狀。

本方案造價為1 011萬元。優(yōu)點在于造價低、工期短、能盡快通車且無占地。缺點是加固后隧道建筑限界未變，仍低于兩端接線標準。由于是危隧，加固前也需要臨時支護，因此施工風險與難度與方案一相當。

本方案施工順序：

a）沿隧道襯砌表面架設Ⅰ18拱架進行臨時加固。

b）采用跳槽施工鑿除邊墻塊石，嵌入I20b鋼拱架，拱架間距0.8～1.0 m，澆筑邊墻混凝土（跳槽施工槽寬1.0～2.0 m，間隔3.0～5.0 m），拱部采用噴射混凝土填充。

c）拆除臨時支護。d）重新施作路面。

通過對以上方案進行綜合比選，原址擴挖方案設計標準與兩端接線相匹配，無占地、造價適中、工期合理、且施工風險可控，因此將方案一作為推薦方案。

4 施工期間的保通

為了保證施工期間隧道兩端群眾的正常出行及周邊企業(yè)的貨物運輸，根據(jù)公路管理段要求，在現(xiàn)狀省道附近，利用現(xiàn)有鄉(xiāng)間道路，設置保通車道，從而解決群眾出行和企業(yè)的交通運輸問題，同時兼做施工便道。保通車道全長1.055 km，路基寬度為6.5 m，采用20 cm厚級配砂礫路面。保通車道起終點均與省道順接，路線走向最大限度地利用省道兩側(cè)的現(xiàn)有道路，以減少工程規(guī)模。

5 結語

在黃土舊隧改建方案比選中，因原路線布設時，已占用了隧道最佳布設位置，即隧道長度最短，路線最順暢的穿越位置；所以選址新建方案，隧道長度肯定比原隧長，另外隧道兩側(cè)需要重新接線，并且需要新增占地，因此造價會遠高于原址擴挖方案；而加固方案因其建筑限界不變，不能提高其通行能力而被排除。原址擴挖方案，優(yōu)點在于隧道設計標準滿足要求，平縱面線形維持不變，且不需要新增占地，同時造價合理，通過增加臨時支護等措施，施工安全也可保證。因此，黃土隧道改建工程中，優(yōu)選原址擴挖方案。