【中圖分類號】：U455.6 【文獻標志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2025）03-17-05

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.03.005

Study on Key Design of Shallow Buried Bias Tunnel Entrance Crossing Gully

WAN Zhiwen，ZHOU Jinqiang，YANG Xiong，JING Huaijun （Hunan Provincial Transportation Planning Surveyand Design InstituteCo.Ltd.，Changsha 41OOO8，China）

【Abstract】：Aiming at the problems such as shallow buried pressure，poor geology andrich groundwater when the tunnel crosses the gully section，based Shisaiao TunnelofNanbinHighway inGuangxi，the drainage methodof the tunnel entrance in thegulyarea was studied.Through hydrologiccalculationand analysis，the waterproof and drainage method at the tunnel portal was obtained.At the same time，the deformation of tunnel initial support structures and the selection of support parameters were analyzed and compared in diferent excavation methodsunder shallow buried bias pressre by numerical simulation.The results showed that the reserved core soil method had fewer construction processes，and better construction and deformation control.The shallow buried section in the gullat the tunnel entrance was excavated using the reserved core soil method；Auxiliary construction measures such as advanced large pipe shed，and grouting towards the inner diameter of the tunnel，the initial support is equipped with anchor，stee mesh，and I2Ob steelarches，secondary lining was reinforced with a 50 cm thick reinforced concrete lining structure are adopted.Based on on-site measurement andanalysis，the research on the waterproofing and drainage methods，excavation methods，and support types for shallow buried and bias tunnels crossing gullies can ensure construction and structural safety.

【Key words】： tunnel portal;gully;shallow buried bias；drainage method

隨著我國公路建設(shè)的推進，受用地和選線的限制，隧道不可避免穿越淺埋沖溝等不利地形。沖溝由于常年受雨水沖擊容易在溝中形成沖積物積聚，導(dǎo)致沖溝段地質(zhì)條件較差，地下水發(fā)育[＼～3];因此，隧道穿越?jīng)_溝地段由于埋深淺，沖溝范圍巖土體松散破碎，強度較低，暗挖時容易引起洞內(nèi)坍塌甚至冒頂[4＼～10]。

許多專家和學(xué)者對隧道淺埋洞口進洞技術(shù)進行研究：王偉等依托既有隧道工程，研究洞口淺埋段初支結(jié)構(gòu)支護變形及破壞規(guī)律，并提出相應(yīng)的控制措施；張慧民等2依托復(fù)雜地形地質(zhì)條件下超大斷面隧道工程，通過數(shù)值計算分析不同埋深條件與采用多種支護方法加強下隧道洞口圍巖與邊坡的穩(wěn)定性；楊靈等[3根據(jù)北固山隧道洞口地質(zhì)情況，采取數(shù)值模擬，對比模擬了隧道出口段在采用不同開挖方法時圍巖變形和支護受力特征的變化；吳金剛等4根據(jù)洞口淺埋段的隧道地質(zhì)情況、荷載條件，研究了不同支護作用下隧道結(jié)構(gòu)的受力與變形特征，提出了淺埋隧道洞口加襯砌結(jié)構(gòu)加強措施。然而，針對沖溝等不良地形和地質(zhì)隧道洞口關(guān)鍵設(shè)計研究還很少；因此，開展穿越?jīng)_溝段淺埋偏壓隧道洞口關(guān)鍵設(shè)計研究顯得尤為重要。

本文結(jié)合廣西南賓公路石塞坳隧道的工程特點，采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測等方法，研究淺埋沖溝隧道進洞關(guān)鍵技術(shù)，分析隧道洞口排水、開挖和支護的合理形式。

1工程概況

石塞坳隧道全長 1245m ，為雙向4車道，設(shè)計速度 80km/h 。隧道洞口位于沖溝段，隧道圍巖主要為全、強風(fēng)化花崗巖，巖體軟～極軟、破碎且地下水發(fā)育。隧道埋深約 4～16m ，位于沖溝范圍為淺埋偏壓，長度約 60m 。見圖1。

2沖溝段洞口排水設(shè)計研究

隧道出口沖溝段有小型溪流，暴雨季節(jié)在山坡凹面、斜坡沖溝等經(jīng)常出現(xiàn)短暫洪流，對松散堆積體、全強風(fēng)化巖體有較強的沖刷力。考慮到?jīng)_溝段匯水面積較大且隧道洞口位于沖溝內(nèi)，要對隧道的洞口排水進行針對性研究，保證施工和運營期洞口排水通暢，避免影響行車安全。

2.1沖溝匯水量

石塞坳出口沖溝段匯水面積約 0.06km² 。廣西小流域設(shè)計暴雨洪水流量（適用于流域面積 F?500km². ）

Q_p=0.278（S_p/τⁿ-μ）F

式中： Q_p 為洪水流量， m³/s;S_p 為廣西百年一遇最大小時雨量，為 100mm/h;τ 為匯流時間， h;n 為暴雨遞減指數(shù) ;μ 為損失參數(shù)， mm/h;F 為沖溝段匯水面積，km² 。

經(jīng)計算，石塞坳出口沖溝段百年一遇地表水匯流量為 1.6m³/s 。

2.2隧道洞口排水方案

2.2.1施工期排水方案

洞外左側(cè)截水溝沿等高線向線路低側(cè)排水，施作截水溝 AE，EF 后，接左側(cè)路基邊坡第三級平臺，施作平臺排水溝 FG ，最后施作急流槽 GH ，接到路線左側(cè)沖溝。洞外右側(cè)截水溝沿等高線向線路低側(cè)排水，施作截水溝AB、BC，最后兩急流槽 CD ，接到路線右側(cè)沖溝。沖溝中設(shè)置1道中間排水溝和1道橫向截水溝，用于搜集沖溝內(nèi)地表水，通過設(shè)置路基排水溝，引排至右側(cè)沖溝。見圖2。

2.2.2運營期隧道排水方案

洞外左側(cè)截水溝沿等高線向往線路低側(cè)排水，經(jīng)過兩段截水溝 AE，EF 后，接左側(cè)路基邊坡第三級平臺，通過平臺排水溝 FG ，最后垂直等高線通過急流槽GH，接到路線左側(cè)沖溝。洞外右側(cè)截水溝沿等高線向線路低側(cè)排水，經(jīng)過截水溝 AB，BC 后，垂直等高線通過急流槽 CD ，接到路線右側(cè)沖溝。沖溝中設(shè)置1道中間排水溝和1道截水溝，用于搜集沖溝內(nèi)地表水，排至洞頂水溝，通過洞門墻預(yù)埋PVC排水管引排至路基邊溝。見圖3。

2.3隧道洞口截排水溝排水能力驗算

截水溝位于沖溝兩側(cè)，分別對兩側(cè)山坡地表水進行排水，沖溝左側(cè)截水溝對應(yīng)山體匯水面積 7500m² ，地表水匯流量為 0.2m³/s ;沖溝右側(cè)截水溝對應(yīng)山體匯水面積約 40 000m² ，地表水匯流量為 1.07m³/s 。 AB 段截水溝凈空尺寸為 1m×0.6m ，縱坡 3% ，設(shè)計截水溝過流量 1.69m³/s;BC 段截水溝凈空尺寸為 1m×0.6 m ，縱坡 2.5% ，設(shè)計截水溝過流量 1.54m³/s;CD 段急流槽，縱坡坡比 1：2：AE，EF 段截水溝凈空尺寸為 0.6m× 0.6m ，縱坡 2% ，設(shè)計截水溝過流量 0.69m³/s ;邊坡平臺 FG 段排水溝凈空尺寸為 0.6m×0.6m ，縱坡 1% ，設(shè)計排水溝過流量 0.49m³/s 。設(shè)計截水溝過流量均滿足排水能力要求。

3隧道開挖和支護方式研究

3.1隧道開挖方式研究

為保證隧道洞口淺埋沖溝段施工安全，對中隔壁法和三臺階預(yù)留核心土法開挖方式進行比選。采用數(shù)值計算軟件建立地層-結(jié)構(gòu)模型。本構(gòu)模型為摩爾-庫倫模型，圍巖采用實體單位，支護采用梁單元。見表1和見圖4。

3.2隧道變形分析

中隔壁法施工時，隧道支護結(jié)構(gòu)變形隨著分步開挖的推進而增大，最大累計沉降值為 5.8mm ，出現(xiàn)在拱頂處；最大累計收斂值為 1.4mm ，出現(xiàn)在隧道拱腰。見圖5。

預(yù)留核心土法施工時，隧道支護結(jié)構(gòu)最大累計沉降 5.4mm ，出現(xiàn)在拱頂處;最大累計收斂值為 1.1mm ，出現(xiàn)在隧道拱腰。見圖6。

2種工法施工隧道支護變形值控制在安全范圍以內(nèi)；但考慮到預(yù)留核心土法施工工序較少，現(xiàn)場施工控制和變形控制較好，洞口沖溝淺埋段采用預(yù)留核心土法開挖。

3.3隧道支護方式

根據(jù)規(guī)范和類似項目經(jīng)驗，沖溝淺埋段隧道支護采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，同時考慮到?jīng)_溝段埋深淺、地質(zhì)差、地下水豐富，采用洞內(nèi)注漿方式對圍巖進行加固，結(jié)合超前大管棚、超前雙層小導(dǎo)管、洞內(nèi)徑向注漿等輔助施工措施，保證施工安全。

初期支護設(shè)置錨桿 + 鋼筋網(wǎng) +120b 工字鋼拱架，二襯采用 50cm 厚鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)對支護進行加強，施工中短進尺，強支護，早封閉，二次襯砌及時緊跟，同時加強監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報，保證施工和運營期隧道安全。見圖7。

選取洞口段預(yù)留核心土典型S5a襯砌結(jié)構(gòu)進行數(shù)值計算分析：最大軸力為 -835.65kN ，在左側(cè)拱腰處；最大剪力為 -61.25kN ，在右側(cè)拱腰處；最大正彎矩26.38kN?m ，置在左側(cè)拱腳處；最大負彎矩 -14.23kN ·m，位置在右側(cè)拱腰處。見圖8。

為了定量分析和評價施工階段對隧道支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，選取拱頂、隧底、兩側(cè)拱肩、兩側(cè)拱腳共6個特征點，提取內(nèi)力結(jié)果，計算混凝土結(jié)構(gòu)安全系數(shù)。S5a襯砌施工階段隧道襯砌的最小安全系數(shù)為17.79，滿足規(guī)范要求，隧道支護結(jié)構(gòu)處于安全范圍。見表2。

4現(xiàn)場監(jiān)測

隧道洞口段采用預(yù)留核心土法施工，每循環(huán)開挖進尺為 0.6m ，及時進行初期支護施作，洞內(nèi)測點布置見圖9。

選取典型斷面初支變形進行分析。隧道變形隨開挖先急劇增長后緩慢增加，最終累計沉降變形約5.8mm ，累計水平收斂變形 5.07mm 。見圖10。

實測情況與計算結(jié)果與基本一致，隧道穿越淺埋偏壓沖溝段采用推薦的開挖和支護方式能夠保證隧道施工安全和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

5結(jié)論

1）分段排水同時采用不同形式截水溝和急流槽保證沖溝段大面積匯水的排水通暢。

2）預(yù)留核心土和中隔壁法施工，隧道支護結(jié)構(gòu)變形均控制在安全范圍以內(nèi)；但考慮到預(yù)留核心土法施工工序較少，現(xiàn)場施工控制和變形控制較好，洞口沖溝淺埋段采用預(yù)留核心土法開挖。

3）采用洞內(nèi)注漿方式對隧道圍巖進行加固，結(jié)合超前大管棚、超前雙層小導(dǎo)管、洞內(nèi)徑向注漿等輔助施工措施，初期支護設(shè)置錨桿 ⁺ 鋼筋網(wǎng) +I20b 工字鋼拱架，二襯采用 50cm 厚鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，可以保證隧道施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

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