路美麗

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 北京市 102600)

一般情況下隧道洞口所處的地質(zhì)條件較差，巖石破碎、松散、風(fēng)化嚴重，傳統(tǒng)的進洞方式是洞口邊仰坡放坡開挖、防護，達到一定的進洞條件后再進洞施工。這樣容易形成較高的臨空面，不利于洞口邊仰坡的穩(wěn)定，且使洞口景觀、植被和生態(tài)環(huán)境受到不同程度的破壞。盡管有些洞口采用接長明洞回填綠化的方式加以補救，但對于原生植被的破壞還是比較大，同時還會導(dǎo)致經(jīng)濟成本的增加。

近年來，隨著我國高鐵建設(shè)的快速發(fā)展和人們環(huán)保意識的增強，基于環(huán)保理念的隧道洞口“零開挖”越來越受到工程技術(shù)人員的重視和不斷的工程實踐，其中前置式洞口工法是理想的零開挖形式[1-4]，但其需要具備一定的地形地質(zhì)等適用條件，同時會增加隧道長度和一定的工程造價。大量工程實踐[5-8]進一步豐富了“零開挖”的理念，其核心是根據(jù)洞口處山體的自然坡度和地形地質(zhì)條件，確定最小刷坡線或盡量不刷仰坡，僅在小范圍內(nèi)進行土方開挖后施做護拱和管棚，利用護拱和管棚的拱效應(yīng)創(chuàng)造進洞條件，實現(xiàn)快速、環(huán)保進洞的施工方式。結(jié)合安九高鐵聯(lián)絡(luò)線段龍山1號隧道進出口的地形地質(zhì)情況，通過進洞方案優(yōu)化，實現(xiàn)了“零開挖”仰坡進洞的理念。

1 工程概況

新建安慶至九江高鐵長196.566km。其中安慶西至廬山段正線設(shè)計時速350km，安慶至安慶西聯(lián)絡(luò)線段長27.47km，設(shè)計時速200km。聯(lián)絡(luò)線沿線共設(shè)置三座隧道。隧道開工后，為解決征地困難和貫徹建設(shè)單位提出的“生態(tài)安九，智能建造”的管理理念，減少隧道開挖對坡面原生植被體系的破壞，基于施工單位對隧道淺埋進洞施工技術(shù)的掌握水平和“零開挖”理念的進洞方式，對龍山1號隧道兩端洞口的進洞方案進行了優(yōu)化設(shè)計。

2 龍山1號隧道進口方案

2.1 地形、地質(zhì)概況

本隧道洞口地層巖性為三疊系中統(tǒng)銅頭尖組(T2t)粉砂巖，紫紅色-青灰色，中厚層至厚層，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)。洞口段強風(fēng)化層厚約2～4m，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖體破碎，Ⅳ級軟石，σ0=600kPa；以下主要為弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，Ⅳ級軟石，σ0=1000kPa。有一定程度的偏壓。

2.2 原設(shè)計進洞方案

結(jié)合洞口段地質(zhì)、地形情況，并考慮減少短路基，本隧道洞口與橋梁相接，橋隧分界里程為ZDK15+428.93。洞口段設(shè)59.07m(含19m帽檐斜切式洞門結(jié)構(gòu)長度)長的明洞后進洞，明暗分界里程按洞頂最小覆土厚度不小于2m，暗洞洞身進入弱風(fēng)化粉砂巖地層的思路確定，明暗分界里程確定為ZDK15+488。明暗分界處設(shè)1m厚導(dǎo)向墻配合Φ108超前大管棚進洞施工。

洞口及明洞段臨時開挖邊坡坡率1∶0.75，最高臨時邊坡處位于明暗分界處，高約28.3m(含邊墻直立邊坡)，設(shè)三級邊坡。臨時邊仰坡采用錨噴(網(wǎng))防護，噴C25混凝土10cm厚，鋼筋網(wǎng)Φ8，間距25cm×25cm，砂漿錨桿長3.0m，間距1.2m×1.2m。明暗分界斷面處永久邊仰坡坡率為1∶1，邊坡最高約10.4m，仰坡約2.5m，采用拱形骨架護坡。洞口段縱斷面及明暗分界進洞處橫斷面如圖1和圖2所示。

圖1 原設(shè)計進口縱斷面(單位：cm)

圖2 原設(shè)計進口明暗分界處橫斷面(單位：cm)

2.3 優(yōu)化后進洞方案

現(xiàn)場開工后，由于征地難度較大，結(jié)合該隧道洞口的實際地形地質(zhì)情況，并基于施工單位有處理隧道淺埋進洞的經(jīng)驗，在優(yōu)化方案中，打破了常規(guī)設(shè)計中“明暗分界里程按洞頂最小覆土厚度不小于2m”的理念，通過將明暗分界位置向洞外方向合理外移，導(dǎo)向墻長度由1m調(diào)整為2m的方式，實現(xiàn)了仰坡“零開挖”進洞的理念。

優(yōu)化后的明暗分界里程為ZDK15+482.5，明暗分界處臨時邊坡高19.85m(含邊墻直立邊坡)。優(yōu)化后的洞口段縱斷面及明暗分界進洞處橫斷面如圖3和圖4所示。

圖3 優(yōu)化后進口縱斷面(單位：cm)

圖4 優(yōu)化后進口明暗分界處橫斷面(單位：cm)

2.4 方案比較

相對原設(shè)計方案，優(yōu)化設(shè)計方案通過明暗分界里程向洞外調(diào)整5.5m，導(dǎo)向墻長度增加1m的優(yōu)化措施，實現(xiàn)了隧道洞口“零開挖”仰坡進洞的理念。最大臨時邊坡由原設(shè)計的28.3m降低為19.85m，永久仰坡由原設(shè)計的2.5m降低為0m，由此挖方量減少1530m3，臨時邊坡錨噴防護量減少35m3，鋼筋網(wǎng)減少1091kg，錨桿長度減少719m；洞口占地由原設(shè)計的7.85畝降低為5.24畝。通過方案優(yōu)化，大大降低了隧道洞口開挖對原生植被的破壞。

3 龍山1號隧道出口方案

3.1 地形、地質(zhì)概況

本洞口段地形仍存在一定的偏壓?？睖y階段因外部環(huán)境因素?zé)o法進場而造成了勘探遺留，因此原設(shè)計進洞方案是基于勘測階段的推測地質(zhì)開展的。隧道開工后開展了補充勘察工作，變更設(shè)計方案基于補勘后的地質(zhì)情況并結(jié)合現(xiàn)狀地形及施工單位的水平基礎(chǔ)上開展。

3.2 原設(shè)計進洞方案

由于山坡上植被茂密，洞口地層主要是根據(jù)坡腳開挖陡坎處地層(閃長巖)出露情況結(jié)合物探資料開展的推測性地質(zhì)填繪，洞口地層主要為基巖出露，出露地層為燕山期閃長巖，由上往下依次為全風(fēng)化層、強風(fēng)化層和弱風(fēng)化層。

由于隧道洞口仰坡較陡且洞口前方為既有礦區(qū)道路，結(jié)合洞口地形地質(zhì)情況，本洞口設(shè)計與橋梁相接，洞門采用倒切式洞門，橋隧分界里程為ZDK16+179.4。明暗分界里程按洞頂最小覆土厚度不小于2m的思路確定為ZDK16+159，洞口明洞段(即洞門長度)長20.4m。明暗分界處設(shè)1m厚導(dǎo)向墻配合Φ108超前大管棚進洞施工。

洞口及明洞段臨時開挖邊坡坡率1∶0.75，最高臨時邊坡處位于明暗分界處，高約26.1m(含邊墻直立邊坡)，設(shè)三級邊坡。臨時邊仰坡采用錨噴(網(wǎng))防護，噴C25混凝土10cm厚，鋼筋網(wǎng)Φ8，間距25cm×25cm，砂漿錨桿長3.0m，間距1.2m×1.2m。明暗分界斷面處永久邊仰坡坡率為1∶1.25，邊坡最高約9.9m，仰坡約6.87m，采用拱形骨架護坡。洞口段縱斷面及明暗分界進洞處橫斷面如圖5和圖6所示。

圖5 原設(shè)計出口縱斷面(單位：cm)

圖6 原設(shè)計出口明暗分界處橫斷面(單位：cm)

3.3 優(yōu)化后方案

為降低施工征地難度，結(jié)合補勘后的實際地質(zhì)情況和洞口實際地形，基于施工單位的施工水平，在洞口變更設(shè)計中，打破了常規(guī)設(shè)計中“明暗分界里程按洞頂最小覆土厚度不小于2m”的理念，通過將明暗分界位置向洞外方向合理外移、洞門回填坡面坡率調(diào)整、導(dǎo)向墻長度調(diào)整為2m的方式，實現(xiàn)了仰坡“零開挖”進洞的理念。優(yōu)化后的明暗分界里程為ZDK16+163.4，明暗分界處臨時邊坡高18.3m。優(yōu)化后的洞口段縱斷面及明暗分界進洞處橫斷面如圖7和圖8所示。

圖7 龍山1號隧道出口優(yōu)化后縱斷面

圖8 龍山8號隧道出口優(yōu)化后明暗分界處橫斷面

3.4 方案比較

通過明暗分界里程向洞外調(diào)整4.4m，導(dǎo)向墻長度增加1m的優(yōu)化措施，實現(xiàn)了隧道洞口“零開挖”仰坡進洞的理念。最大臨時邊坡由原設(shè)計的26.1m降低為18.3m，永久仰坡由原設(shè)計的6.87m降低為0m，由此挖方量減少2778m3，臨時邊坡錨噴防護量減少70m3，鋼筋網(wǎng)減少2212kg，砂漿錨桿長度減少1459m；洞口用地由原設(shè)計的3.51畝降低為2.70畝。通過方案優(yōu)化，大大降低了隧道洞口開挖對原生植被的破壞。

4 結(jié)論

采用“零開挖”進洞理念，對安九高鐵龍山1號隧道進出口設(shè)計方案進行了優(yōu)化，順利實現(xiàn)了仰坡零開挖進洞，降低了洞口邊仰坡開挖高度、減少了洞口土方開挖方量和防護工程量及洞口占地，達到了保護環(huán)境的目的，通過優(yōu)化分析得到以下結(jié)論：

(1)采用“零開挖”仰坡進洞的方案，可有效降低工程造價，避免建設(shè)中的環(huán)境破壞和運營過程中的隧道洞口工程病害。

(2)為實現(xiàn)“零開挖”仰坡進洞的理念，可充分利用導(dǎo)向墻的護拱作用，適當(dāng)調(diào)整導(dǎo)向墻的長度，盡可能地將暗洞進洞位置調(diào)至無仰坡臨界點進洞，以盡可能降低邊仰坡高度。

(3)零開挖進洞洞口淺埋段長度增加，施工單位需要對較長段落淺埋暗挖段施工安全的重視。