段曉彬，張濤，錢伊默，鄭勇

（云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明 650041）

1 連拱隧道在云南的應(yīng)用

隨著云南高速公路的不斷建設(shè)，為了降低路線縱坡、改善公路線形、優(yōu)化車輛行駛條件、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，隧道在山區(qū)公路建設(shè)中的出場率越來越高，不同規(guī)模、不同形式的隧道在云南的山嶺中得以不斷實(shí)踐。在長隧道、特長隧道在路線方案中占比越來越大的同時(shí)，通過體量不大的“小山包”時(shí)連拱隧道方案與路塹方案的比較也越來越多。

連拱隧道作為山嶺隧道的一種重要形式，兩端接線對地形要求不高，布線方便，接線工程小，線形順暢，與路塹方案相比具有明顯優(yōu)勢，避免了高邊坡的出現(xiàn)，同時(shí)也減少了土石方開挖，減小對既有地表環(huán)境的破壞。在云南公路建設(shè)中，連拱隧道已經(jīng)成為不可或缺的一種構(gòu)筑物[1]。

云南省地形地質(zhì)條件復(fù)雜，連拱隧道的線位常常服從總體路線的選擇，隧洞穿過小埡口、雞爪地形的情況屢見不鮮，此時(shí)，隧道在沖溝進(jìn)洞不可避免。如何保證連拱隧道在沖溝安全進(jìn)洞，解決淺埋、偏壓等問題，是連拱隧道設(shè)計(jì)、施工中常常要面對的問題[2-3]。

2 工程概況

2.1 設(shè)計(jì)概況

陳家沖隧道位于楚雄至大姚高速公路，隧道全長425 m。隧道所在路段為雙向4車道高速公路，設(shè)計(jì)速度100 km/h，汽車荷載等級為公路-Ⅰ級，抗震設(shè)防烈度Ⅶ度，隧道凈寬10.75 m，凈高5 m。

2.2 氣候條件

隧址區(qū)位于云貴高原西南側(cè)，氣候溫和濕潤，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，素有“四季如春”之稱，年平均氣溫15.3℃，最高33℃，最低-5℃。多年平均降雨量814.4 mm，最大1 132.5 mm，最小638.9 mm，集中于6~10月，旱、雨季節(jié)分明。偶見高山有少量降雪，災(zāi)害性氣候不突出。

2.3 出口段地質(zhì)概況

項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)儆诘嵛骷t層地區(qū)，隧道出口圍巖為Ⅴ1級。隧道圍巖以第四系坡殘積粉質(zhì)黏土及侏羅系上統(tǒng)妥甸組泥巖為主，局部夾鈣質(zhì)泥巖條帶。粉質(zhì)黏土呈硬塑狀，鈣質(zhì)泥巖、泥巖呈強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎呈碎塊狀碎裂結(jié)構(gòu)。泥巖富水性較弱，雨季開挖時(shí)可能存在較小量的滴水現(xiàn)象，旱季基本無水。仰坡有表層覆蓋層，巖層產(chǎn)狀對仰坡穩(wěn)定有利，電阻率一般小于80Ω·m。

3 方案比選

隧道出口K10+125~K10+170段右洞位于一自然沖溝內(nèi)，受沖溝影響，隧道局部地段外露，地形偏壓嚴(yán)重，隧道洞口左右幅埋深差異，進(jìn)洞位置不同一，進(jìn)洞困難，洞口橫斷地面線見圖1。

圖1 洞口典型橫斷地面線

結(jié)合實(shí)際地形、地質(zhì)情況，提出了進(jìn)洞3種方案：明挖進(jìn)洞方案、交錯進(jìn)洞方案及局部蓋挖進(jìn)洞方案。

3.1 明挖進(jìn)洞方案

明挖進(jìn)洞是常見的隧道進(jìn)洞方法，即對隧道洞口埋深較淺的地段進(jìn)行明挖處理，在地表埋深高于隧道約1.5~3 m時(shí)確定明暗交界樁號，打設(shè)套拱、管棚，對臨時(shí)邊仰坡進(jìn)行防護(hù)，施作明洞結(jié)構(gòu)后進(jìn)行回填。明挖法施作簡單，施工人員對機(jī)械操作熟練。

本方案存在以下缺點(diǎn)。

1）本隧道地形偏壓較大，左右洞合適進(jìn)洞的位置相差較多，若按右幅地形選擇合適整體進(jìn)洞位置，則左幅邊仰坡較高，不利于長期安全。

2）臨時(shí)邊仰坡防護(hù)范圍大，暴露時(shí)間過長，不利于隧道施工安全。

3）土石方開挖較大，對原有地表植被破壞較大，不利于環(huán)境保護(hù)。

3.2 交錯進(jìn)洞方案

交錯進(jìn)洞將洞口樁號交錯布置，左右洞分別進(jìn)洞，交錯段兩洞之間設(shè)置擋墻，交錯段一半隧道一半路基。本方案能夠解決左右洞進(jìn)洞位置不一致帶來的問題，減少了不必要的開挖。本方案存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)。

1）洞口交錯進(jìn)洞，對洞口美觀有一定影響。

2）連拱隧道左右洞中間空間較小，中間設(shè)置偏壓擋墻難度較大。

3）一側(cè)隧道一側(cè)路基，對于路基側(cè)而言，隧道側(cè)上部的邊坡為永久結(jié)構(gòu)，需加強(qiáng)隧道頂部的防護(hù)。

3.3 局部蓋挖進(jìn)洞方案

局部蓋挖進(jìn)洞，對于外露部分隧道，在開挖整平后設(shè)置套拱，將套拱拱腳設(shè)置于沖溝兩側(cè)基巖，套拱施作完成后對用碎石土進(jìn)行回填反壓，緩解左洞隧道的偏壓情況，同時(shí)在右洞隧道頂部形成“保護(hù)蓋”，洞身采用暗挖施工。采用局部蓋挖進(jìn)洞方案開挖最小，對原地表破壞最小。

本方案存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：（1）施工工藝相對煩瑣，施工工序多；（2）施工質(zhì)量要求較高，套拱拱腳部位需進(jìn)行重點(diǎn)加固。

3.4 方案比選

對3個(gè)進(jìn)洞方案優(yōu)缺點(diǎn)的對比分析，見表1。

表1 進(jìn)洞方案比選表

由表1可以看出，局部蓋挖進(jìn)洞方案與其余兩個(gè)方案相比在對環(huán)境影響、工程安全、洞口美觀等多個(gè)方面有明顯的優(yōu)勢，故最終選用局部蓋挖進(jìn)洞方案作為進(jìn)洞方案。

4 施作方案

4.1 套拱施作

1）選擇右幅隧道合適的進(jìn)暗洞位置，確定局部蓋挖段落。局部開挖，對沖溝覆蓋層進(jìn)行清除，并對局部沖溝進(jìn)行填充。

2）平整套拱施工平臺，對臨時(shí)邊坡進(jìn)行防護(hù)，見圖2。

圖2 平臺開挖圖

3）施作套拱，對套拱拱腳處用小導(dǎo)管注漿加強(qiáng)；先架設(shè)套拱工字鋼，采用I18工字鋼；完成后采用小模板澆筑混凝土套拱，混凝土套拱采用60 cm的C20混凝土，見圖3。套拱設(shè)置時(shí)考慮后期下部隧道結(jié)構(gòu)施作時(shí)造成套拱沉降，在套拱與下部隧道襯砌之間設(shè)置10 cm預(yù)留變形量。套拱施作的范圍可結(jié)合地形和覆蓋層地表覆蓋層厚度進(jìn)行調(diào)整。套拱的施作順序由明暗交界處向洞口進(jìn)行，在臨近暗洞的2 m套拱中預(yù)埋導(dǎo)向管并打設(shè)大管棚，保證后續(xù)暗洞段施作時(shí)的安全。

圖3 套拱施作圖

在整段套拱完全施作完成后，進(jìn)行頂部反壓回填，消減沖溝地形帶來的偏壓，為保證回填質(zhì)量，回填材料采用夯填水泥穩(wěn)定土，摻加少量水泥，待回填完成后再回填層表面設(shè)置防水層，并做截排水溝。

至此，局部蓋挖段套拱施作完畢。

4.2 隧道結(jié)構(gòu)施作

結(jié)合本隧道的特點(diǎn)，選擇右幅隧道作為先行洞，待上述上部結(jié)構(gòu)完成后先進(jìn)行右洞的施工，右洞施作完成后方才進(jìn)行左洞施工，結(jié)構(gòu)斷面見圖4，施工過程中先后行洞需拉開距離，盡可能減小相互之間的施工干擾，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測工作。

右幅隧道下部結(jié)構(gòu)在套拱的保護(hù)下進(jìn)行暗挖施作，襯砌采用暗洞襯砌形式，先施作初支，取消拱頂套拱范圍內(nèi)的徑向錨桿，再施作二襯。

圖4 結(jié)構(gòu)斷面圖

4.3 改溝與地表恢復(fù)

局部蓋挖及回填的施作對既有沖溝地形進(jìn)行了改變，為避免雨季沖溝流水對洞口造成沖刷影響，需對沖溝進(jìn)行改溝處理，在反壓回填層上設(shè)置水溝與既有沖溝相連，并引排至隧道范圍外。

結(jié)構(gòu)、回填、改溝都施作完畢后，應(yīng)對洞口開挖段洞頂回填區(qū)域進(jìn)行地表植被恢復(fù)，減少人工擾動的痕跡。

5 結(jié)語

連拱隧道由于其特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，左右洞相互影響，在洞口處理時(shí)受限因素較多，當(dāng)連拱隧道位于沖溝進(jìn)洞時(shí)，常常面對著一側(cè)淺埋甚至出露、另一側(cè)偏壓的情況，兩洞進(jìn)洞不同步。此時(shí)，采用局部蓋挖方案進(jìn)行進(jìn)洞，施作套拱反壓回填，一方面解決了沖溝段淺埋、出露的問題，另一方面能夠減緩偏壓。

陳家沖隧道出口是連拱隧道沖溝進(jìn)洞的典型案例，在設(shè)計(jì)施工方案確定過程中充分考慮了各個(gè)不利因素，對不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比選，最終確定局部蓋挖方案。蓋挖施工應(yīng)充分考慮沖溝水的因素，盡可能選擇在旱季進(jìn)洞施工，降低施工難度和施工風(fēng)險(xiǎn)。蓋挖的范圍由地形和地質(zhì)確定，一方面避免過高臨時(shí)邊坡的出現(xiàn)，另一方面套拱的拱腳應(yīng)落在基巖位置，避免套拱產(chǎn)生過大沉降。

陳家沖隧道已于2020年施工完畢并通車，到目前為止隧道運(yùn)營正常，取得了良好的工程效果，陳家沖隧道的進(jìn)洞方案可以為今后類似工程提供一定的參考。