付彥峰

(石家莊交通勘察設(shè)計(jì)院 石家莊市 050000)

受地形限制，公路建設(shè)中會(huì)經(jīng)常修建一些偏壓隧道。偏壓隧道由于左右側(cè)地形變化較大，使得隧道結(jié)構(gòu)上的荷載是不對(duì)稱的，特別是在水平方向存在較大的不平衡力。這些偏壓隧道在后期的改擴(kuò)建中，會(huì)比普通隧道存在更大的難度。在偏壓與開挖同時(shí)作用下，圍巖應(yīng)力得到釋放，若設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)，會(huì)很容易出現(xiàn)山體失穩(wěn)狀況。以既有偏壓隧道為例，分析研究了其改擴(kuò)建方案及注意事項(xiàng)。

1 工程概況

1.1 隧道現(xiàn)狀

平涉線井陘隧道建設(shè)于70年代，起終點(diǎn)樁號(hào)為K82+583～K83+088，全長(zhǎng)505m。隧道位于山區(qū)傍河路段，平面位于緩和曲線、圓曲線、直線上。由于近些年交通量的增加，本段公路要進(jìn)行三級(jí)升二級(jí)改擴(kuò)建。

隧道左臨甘陶河，山體陡峭，右側(cè)為高山，呈偏壓狀態(tài)。左側(cè)巖石厚度較薄，對(duì)部分樁號(hào)左側(cè)巖石厚度進(jìn)行測(cè)量，詳見表1。

表1 隧道左側(cè)(外側(cè))巖層厚度測(cè)量結(jié)果

隧道內(nèi)僅作噴錨支護(hù)，無二襯。內(nèi)輪廓斷面不規(guī)則，平均寬8m，拱頂平均高4.5m，不滿足建筑限界凈寬11.5m、凈高5.0m的改擴(kuò)建標(biāo)準(zhǔn)。其中K81+127處頂部有大坑，坑頂距路面高度達(dá)9.6m。隧道內(nèi)左側(cè)有11處照明用橫洞。詳見圖1～圖4。

圖1 隧道洞門

圖2 照明橫洞

圖3 噴錨支護(hù)

圖4 內(nèi)輪廓實(shí)測(cè)斷面

經(jīng)過對(duì)隧道現(xiàn)狀的調(diào)查、評(píng)估，隧道支護(hù)未出現(xiàn)嚴(yán)重開裂、漏水等病害，結(jié)構(gòu)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2 工程地質(zhì)

井陘隧道位于太行山低山地帶，地貌類型為侵蝕構(gòu)造低山區(qū)，高程大約430.00～550.00m。隧道區(qū)所在大地構(gòu)造一級(jí)單元為中朝準(zhǔn)地臺(tái)，二級(jí)單元為山西斷隆，三級(jí)單元為太行拱斷束，穿過的四級(jí)單元為贊皇穹斷束。這些構(gòu)造在近期并無明顯活動(dòng)跡象，在近代歷史上該區(qū)未發(fā)生過源發(fā)性地震，區(qū)域地殼基本穩(wěn)定。

在路線K82+583～K82+625(42m)、K83+068～K83+088(20m)段落，隧道埋深12.30～19.20m。圍巖主要為寒武系石灰?guī)r，中晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中～厚層狀，屬較堅(jiān)硬巖，裂隙、節(jié)理發(fā)育，巖層間結(jié)合較差，偏壓較嚴(yán)重。石灰?guī)rRc=37.2MPa，C=0.3MPa，ψ=25.7，軟化系數(shù)0.70；圍巖波速1200～2070m/s，完整性系數(shù)0.35～0.55，巖體破碎～較破碎。巖體穩(wěn)定性差，隧道出水形式以潮濕及滴水為主，雨季可能出現(xiàn)淋流。滲透系數(shù)40m/d，[BQ]=241.3，圍巖級(jí)別Ⅴ級(jí)。

在路線K82+625～K83+068(443m)段落，隧道埋深19.20～45.50m。圍巖主要為寒武系石灰?guī)r，中晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中～厚層狀，屬較堅(jiān)硬巖。裂隙、節(jié)理較發(fā)育，巖層間結(jié)合較差，偏壓較嚴(yán)重。石灰?guī)rRc=49.5MPa，C=0.5MPa，ψ=35.0，軟化系數(shù)0.70；圍巖波速1520～3080m/s，完整性系數(shù)0.45～0.75，巖體較破碎～較完整。巖體穩(wěn)定性較差，隧道出水形式以潮濕及滴水為主，雨季可能出現(xiàn)淋流。滲透系數(shù)35m/d，[BQ]=328.5，圍巖級(jí)別IⅤ級(jí)。

通過對(duì)隧道區(qū)域地理位置、地質(zhì)及環(huán)境綜合分析，該隧道改建不會(huì)對(duì)地表環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

2 隧道改擴(kuò)建方案的確定

對(duì)于隧道改擴(kuò)建，一般有新建方案、原道路中線兩側(cè)改擴(kuò)建方案、原道路中線周圍改擴(kuò)建方案、單側(cè)改擴(kuò)建方案等。見圖5～圖7。

圖5 原道路中線兩側(cè)改擴(kuò)建方案

圖6 原道路中線周圍改擴(kuò)建方案

圖7 單側(cè)改擴(kuò)建方案

新建方案的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)、施工相對(duì)容易，施工安全性也相對(duì)較高。但是對(duì)于本項(xiàng)目而言，新建方案路線偏離舊路太遠(yuǎn)，并且新建隧道長(zhǎng)度將大大長(zhǎng)于現(xiàn)有隧道，新增占地較多，投資巨大，此方案不具有實(shí)施的可能性。

原道路中線兩側(cè)改擴(kuò)建方案(圖5)、原道路中線周圍改擴(kuò)建方案(圖6)是以原隧道中線為基準(zhǔn)向周圍進(jìn)行的改擴(kuò)建方案，其對(duì)原隧道周圍巖體擾動(dòng)都較大。由于本項(xiàng)目隧道偏壓嚴(yán)重，臨河一側(cè)巖層較薄，若采用這兩種改擴(kuò)建方案，則將進(jìn)一步削弱臨河側(cè)壁巖體厚度，影響山體的穩(wěn)定性，故中線兩側(cè)、周圍改擴(kuò)建方案也不適宜。

單側(cè)改擴(kuò)建方案(圖7)相對(duì)來說對(duì)非擴(kuò)挖側(cè)巖體擾動(dòng)較小，其產(chǎn)生的拱頂位移及圍巖應(yīng)力也相對(duì)較小。但是對(duì)于本項(xiàng)目，單純的單側(cè)改擴(kuò)建方案也存在削弱臨河側(cè)拱肩巖體厚度的問題。

根據(jù)隧址的地形、地質(zhì)條件，經(jīng)過分析論證，決定采用偏移中線后的單側(cè)改擴(kuò)建方案，即以原隧道中心線向山體方向偏4m為改擴(kuò)建方案路線設(shè)計(jì)中線，向山體側(cè)進(jìn)行單側(cè)擴(kuò)挖。采用中心偏移后的單側(cè)改擴(kuò)建方案，相較于單純的單側(cè)改擴(kuò)建方案，避免了擴(kuò)大斷面后拱肩外山體厚度被削薄，增加了側(cè)墻外巖體厚度，更有利于巖體的穩(wěn)定與安全。

對(duì)于原隧道斷面位于改擴(kuò)建后斷面以外部分，采用泵送C30無收縮混凝土進(jìn)行填塞加固巖體。新澆注混凝土與巖體界面設(shè)置Φ22錨桿進(jìn)行連接，錨桿長(zhǎng)2.5m，間距1.0m×1.0m，錨桿伸入圍巖1.5m。設(shè)Φ22鋼筋網(wǎng)，間距0.2m×0.2m。采取以上預(yù)加固措施后，再按加強(qiáng)的支護(hù)措施對(duì)隧道進(jìn)行擴(kuò)建施工。對(duì)于照明用橫洞及洞頂空洞，也采用同樣的方法進(jìn)行填塞加固處理。

圖8 偏移中線后單側(cè)改擴(kuò)建方案示意圖

3 隧道襯砌結(jié)構(gòu)

對(duì)于Ⅴ級(jí)圍巖，采用Φ42mm小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)。拱部及右邊墻初期支護(hù)采用長(zhǎng)4.0m的Φ25mm中空注漿錨桿，左側(cè)邊墻由于巖體較薄，采用Φ25mm預(yù)應(yīng)力對(duì)拉錨桿對(duì)圍巖加固。初支噴射混凝土厚度為28cm，掛間距20cm×20cm的Φ8mm雙層鋼筋網(wǎng)，采用I22b鋼拱架，縱向間距60cm。二襯采用55cm厚的C30鋼筋混凝土。

對(duì)于Ⅳ級(jí)圍巖，采用Φ25mm中空注漿錨桿進(jìn)行超前支護(hù)。拱部及右邊墻初期支護(hù)采用長(zhǎng)3.5m的Φ25mm中空注漿錨桿，左側(cè)邊墻采用Φ25mm預(yù)應(yīng)力對(duì)拉錨桿對(duì)圍巖加固。初支噴射混凝土厚度為24cm，掛間距20cm×20cm的Φ8mm鋼筋網(wǎng)，采用I18鋼拱架，縱向間距80cm。二襯采用45cm厚的鋼筋混凝土。

導(dǎo)坑鋼拱架均采用I16工字鋼，縱向間距與主洞鋼拱架相同。

4 施工方案

作為嚴(yán)重偏壓隧道，改擴(kuò)建施工中的關(guān)鍵是要保證左側(cè)臨河圍巖的穩(wěn)定性，避免對(duì)其擾動(dòng)過大，施工中圍巖應(yīng)力釋放過大，造成失穩(wěn)。因此必須采取更加嚴(yán)格的、加強(qiáng)的施工步驟。根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)及圍巖狀況，利用既有隧道作為導(dǎo)洞，采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工。具體施工流程如下：

(1)清除松散浮土、碎塊，安裝錨桿、掛鋼筋網(wǎng)，泵送C30無收縮混凝土澆注左側(cè)新隧道斷面以外部分。

(2)待第一步澆注的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，擴(kuò)挖隧道左側(cè)上部。

(3)隧道左側(cè)上部進(jìn)行初期支護(hù)施工。

(4)擴(kuò)挖隧道左側(cè)下半斷面。

(5)隧道左側(cè)下部進(jìn)行初期支護(hù)施工。

(6)隧道右側(cè)上臺(tái)階擴(kuò)挖。

(7)隧道右側(cè)上部進(jìn)行初期支護(hù)施工。

(8)隧道右側(cè)中臺(tái)階擴(kuò)挖。

(9)隧道右側(cè)中部進(jìn)行初期支護(hù)施工。

(10)隧道右側(cè)下半斷面擴(kuò)挖。

(11)隧道右側(cè)下半斷面進(jìn)行初期支護(hù)施工。

(12)澆注隧道仰拱。

(13)敷設(shè)防水板，全斷面澆注隧道二襯。

圖9 嚴(yán)重偏壓隧道施工方案示意圖

5 施工注意事項(xiàng)

(1)對(duì)于左側(cè)填塞加固部分的混凝土，必須澆注密實(shí)，混凝土中需摻入適量微膨脹劑。新澆注混凝土與原有隧道的內(nèi)輪廓面鑿毛成麻面臺(tái)階狀，確保新澆注混凝土與舊巖面緊密貼合，起到共同受力作用。必須等新澆注混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再進(jìn)行下一步施工作業(yè)。

(2)嚴(yán)格控制進(jìn)尺。嚴(yán)重偏壓隧道的改擴(kuò)建施工進(jìn)尺應(yīng)小于普通新開挖隧道施工進(jìn)尺，確保臨空側(cè)巖體的穩(wěn)定。Ⅳ級(jí)圍巖按1.0～1.5m控制，Ⅴ級(jí)圍巖按0.5～1.0m控制。

(3)施工中應(yīng)盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)破壞程度，充分發(fā)揮圍巖的自承能力，盡快形成“承載環(huán)”。嚴(yán)格控制爆破裝藥數(shù)量、范圍。

(4)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，特別是對(duì)于左側(cè)臨河巖體的監(jiān)測(cè)，以判斷圍巖的穩(wěn)定狀況。在拱頂、拱肩、側(cè)墻、拱腳等部位設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察、周邊位移、拱頂下沉、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、地表下沉測(cè)量、圍巖內(nèi)部位移、圍巖壓力、錨桿軸力、鋼支撐內(nèi)力及外力項(xiàng)目。若出現(xiàn)異常，應(yīng)立即停止施工，查明原因。

(5)施工預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，應(yīng)先鉆孔測(cè)量好臨空側(cè)巖體厚度，據(jù)此確定錨桿長(zhǎng)度。混凝土基座處應(yīng)清除松散破碎的山體。施加預(yù)應(yīng)力不得小于100kN，錨桿桿體拉斷荷載不小于180kN。注漿必須飽滿，注漿壓力在1.0～2.0MPa。

6 結(jié)語

對(duì)于嚴(yán)重偏壓隧道的改擴(kuò)建，提出了偏移設(shè)計(jì)中線的單側(cè)擴(kuò)挖、對(duì)臨空巖體加固、加強(qiáng)施工措施等方法，以達(dá)到保證圍巖穩(wěn)定，避免施工中巖體應(yīng)力釋放過大，達(dá)到安全改擴(kuò)建的目的。