特大斷面隧道洞口偏壓分析及處置措施

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摘要：隧道工程施工中，洞口偏壓處置是最常見施工問題，尤其下穿750KV高壓鐵塔，如何安全、快速進行處置，成了影響隧道進出洞關鍵環(huán)節(jié)。本文對杏花村2#隧道XK3497+728~XK3497+747洞口偏壓段下穿750KV高壓鐵塔進行研究，分析偏壓嚴重程度，對750KV高壓鐵塔影響程度，并進行受力驗算，最后提出合理的處置措施，現(xiàn)場實施效果較好。

關鍵詞：特大斷面隧道；下穿750kV高壓鐵塔；洞口偏壓；堆積體；分析驗算；處置措施

1引言

高速公路是國家主干線網(wǎng)絡，其高能、高效、快速通達的功能，能促進高速公路沿線商品經(jīng)濟的繁榮發(fā)展。如何安全、高效、快速的完成高速建設并安全運營，成了當下高速公路建設重要任務。高速公路建設過程中公路隧道的施工又是重要關鍵環(huán)節(jié)，在安全性、經(jīng)濟性、施工效率等方面對高速公路建設具有非常大的影響作用，而隧道洞口偏壓處置是隧道能否快速、安全進出洞的關鍵點，尤其是下穿750kV高壓鐵塔的情況下。因此洞口偏壓處置不得當，既延誤了工期，又間接增加了工程建設成本，還會留下一定的安全質量隱患。故確定一種適合下穿750KV高壓鐵塔隧道偏壓段地質條件處置方案至關重要。

2洞口偏壓段概況

連霍高速（G30）新疆境內小草湖~烏魯木齊段改擴建工程杏花村2號隧道位于新疆烏魯木齊市達坂城區(qū)白楊河右岸，為單洞四車道高速公路隧道。隧道下行線全長880.0m。其中XK3497+728～XK3497+747段，下穿750kV高壓鐵塔(垂直距離為80m)。經(jīng)勘探查明此大體積堆積體（堆積體厚20m，寬度16m，呈∠40°~50°堆積）覆蓋層已經(jīng)侵入隧道凈空范圍一大半。右側斷面位于松散角礫堆積體中，左側斷面位于基巖中。侵入堆積體由小樁號至大樁號逐漸變大，偏壓嚴重。經(jīng)現(xiàn)場清除堆積體后堆積體裸露巖面后，巖體成鑲嵌結構，邊坡陡立，坡體高度約40m左右，呈∠70°~80°。有掉塊現(xiàn)象，但總體穩(wěn)定性較好，無整式滑動風險。

3擬定初步處置方案

根據(jù)隧道洞口偏壓段的工程地質概況及現(xiàn)場實際情況，從高效、安全出發(fā)對處置方案進行研究討論：①需進一步掌握偏壓段左側基巖在開挖過程中的危險程度，尤其是對750kV高壓鐵塔的影響程度；②洞口基底基巖埋置深度不深且較完整強度好，擬采用形式簡單、經(jīng)濟劃算的低強度等級片石混凝土偏壓擋墻來抵消巖體的偏壓；③隧道二襯設計為非受力構件，故需在偏壓擋墻和二襯之間設置一道護拱（與隧道暗洞初支受力形式相同），既能承受偏壓擋墻的應力，同時也能保證二襯的結構安全。④還需考慮左側山體在爆破震動、地震力作用、長期自然力侵蝕作用下出現(xiàn)滑塌的預加固措施（錨索），確保750kV高壓鐵塔和隧道在施工期和運營期的長久安全。

4洞口偏壓段模擬分析

采用midas對750KV高壓鐵塔下隧道洞口偏壓段進行模擬分析及根據(jù)規(guī)范要求進行抗滑驗算模擬在沒有設置偏壓擋墻、護拱及錨索的情況下進行隧道開挖，隧道洞身僅部分處于基巖中，為分析隧道開挖過程中洞身的穩(wěn)定性及750KV高壓鐵塔穩(wěn)定性。選取XK3497+730、XK3497+739、XK3497+747三個斷面進行數(shù)值模擬分析，隨著開挖基巖斷面的不斷增大，隧道的穩(wěn)定性越來越差，直至隧道斷面全部進入基巖才逐漸穩(wěn)定（XK3497+747斷面最大變形量7mm，XK3497+730和XK3497+739斷面洞頂巖體垮塌，已經(jīng)發(fā)生順層滑動，最大位置出現(xiàn)在洞頂尖角處）。在這個過程中，邊坡會出現(xiàn)局部破壞，洞頂外側臨空處為最危險處，會出現(xiàn)洞頂塌落危害，對750kV高壓鐵塔安全穩(wěn)定性造成影響。左側洞頂邊坡穩(wěn)定性驗算。邊坡安全等級取一級，抗滑安全系數(shù)取1.35，抗傾覆安全系數(shù)取1.6，設定假想破裂角為66°。在邊坡的抗滑移和抗傾覆性驗算得出：需對750kV高壓鐵塔下隧道洞口偏壓段采用錨索預加固（14φs15.2的錨索加固，預應力鎖定載荷700kN，錨索間距3.6×3.6m（水平×豎向），錨索傾角向下2°，錨孔直徑200mm，錨固長度10m。）才能滿足抗滑性要求。4.1工況1隧道出口。XK3497+747-XK3497+745段施作鋼筋混凝土管棚套拱，全斷面打設管棚，偏壓側設置1：0.75的偏壓擋墻。洞頂邊坡巖體采用14φs15.2的錨索加固，預應力鎖定載荷700kN，錨索間距3.6×3.6m（水平×豎向），錨索傾角向下2°，錨孔直徑200mm，錨固長度10m。隧道周邊拱頂存在沉降，仰拱存在隆起。拱頂最大沉降為1.95cm，仰拱隆起最大為1.11cm，在右側墻由于受壓會存在水平位移，其最大值為0.67cm。4.2工況2隧道出口。XK3497+745-XK3497+736段施作鋼筋混凝土護拱，全斷面打設管棚，偏壓側設置1：0.75的偏壓擋墻。洞頂邊坡巖體采用14φs15.2的錨索加固，預應力鎖定載荷700kN，錨索間距3.6×3.6m（水平×豎向），錨索傾角向下2°，錨孔直徑200mm，錨固長度10m。隧道周邊拱頂存在沉降，仰拱存在隆起。拱頂最大沉降為2cm，仰拱隆起最大為1.15cm，在右側墻由于受壓會存在水平位移，其最大值為1.14cm。4.3工況3隧道出口。XK3497+736-XK3497+728段施作鋼筋混凝土護拱，全斷面打設管棚，偏壓側設置1：0.75的偏壓擋墻。洞頂邊坡巖體采用14φs15.2的錨索加固，預應力鎖定載荷700kN，錨索間距3.6×3.6m（水平×豎向），錨索傾角向下2°，錨孔直徑200mm，錨固長度10m。隧道周邊拱頂存在沉降，仰拱存在隆起。拱頂最大沉降為2.54cm，仰拱隆起最大為0.76cm，在右側墻由于受壓會存在水平位移，其最大值為0.56cm。分析結果：采用鋼筋混凝土管棚套拱，全斷面打設管棚，偏壓側設置1：0.75的偏壓擋墻，洞頂邊坡巖體采用14φs15.2的錨索加固，最大位移僅2cm左右，無大位移出現(xiàn)，圍巖穩(wěn)定，750kV高壓鐵塔安全穩(wěn)固，方案可行。

5現(xiàn)場處置措施

5.1監(jiān)控量測措施。加大洞口段施工過程監(jiān)測頻率，尤其是750KV高壓鐵塔沉降位移量、邊坡穩(wěn)定性、圍巖壓力、拱頂下沉、周邊收斂進行嚴密監(jiān)控。延長初支監(jiān)測周期，確保位移、沉降真正穩(wěn)定后方可施作二次襯砌。5.2處置措施。（1）偏壓擋墻及拱墻基礎換填時，將基礎底部的松散物清理干凈并用水進行沖洗潔凈，并埋設φ25連接鋼筋，確保偏壓擋墻與基底基巖可靠銜接。（2）偏壓擋墻及護拱分層澆筑至拱腰導向管下方，在不影響設計結構受力的情況下同步施工進一步節(jié)約一定工期，注意護拱鋼筋的埋設及預留搭接長度。（3）護拱鋼筋、模板、導向管安裝，保證導向管向外1°傾角，并將導向管端部封堵嚴實，確保鋼筋、導向管、模板按照設計安裝固定牢固。在護拱與巖面的接觸面將護拱設置成喇叭口型，加大套拱與巖體的接觸面積，并在巖體內埋設連接鋼筋，確保套拱與巖面有效連接閉合成環(huán)。（4）澆筑C25套拱混凝土，澆筑完成后及時灑水覆蓋養(yǎng)護，養(yǎng)護周期不少于7天。待強度滿足要求后方可拆除內側承重模板。（5）管棚鉆孔、注漿，管棚注漿應隔孔進行。（6）先分層澆筑偏壓擋墻混凝土至套拱頂部，為第一排錨索施工提供施工平臺，待第一排錨索施工完畢后，再澆筑至第二排錨索位置，為第二排錨索施工提供施工平臺，最后施工至設計頂標高，為第三排錨索施工提供施工平臺。在偏壓擋墻與巖面連接處設置臺階，并采用埋設鋼花管與巖面可靠連接，使偏壓擋墻與巖面閉合成環(huán)。（7）錨索施工順序：錨索孔道成孔→放置鋼套管及預應力錨索→由注漿管進行錨固段注漿（一期注漿）→安裝封錨處錨具→張拉預應力錨索→自由段注漿（二次注漿）。在安裝預應力錨索時注意需在自由段部分錨索套上PEφ20保護管。承壓板應安裝平整牢固，承壓面應與錨孔軸線垂直，承壓板下方混凝土應填充密實，并滿足抗壓強度要求。錨索張拉至設計預應力0.65標準值的1.05~1.1倍時，持荷15min，然后卸至鎖定荷載進行鎖定。注漿壓力控制在0.4MPa~0.6MPa，確保孔內灌漿飽滿密實。（8）待預應力錨索張拉壓漿施工完畢強度達到要求后進行暗洞開挖工作，750kV高壓鐵塔下偏壓段開挖遵循短進尺、弱爆破、勤量測、早封閉的原則，盡量減小爆破震動對偏壓段圍巖的擾動，確保750kV高壓鐵塔安全穩(wěn)定性，及時完成偏壓段初期支護及仰拱混凝土工作。待偏壓段變形、沉降完全穩(wěn)定后施作二次襯砌。

6結論與建議

通過模擬分析及現(xiàn)場處置措施，得出以下結論：750kV高壓鐵塔下洞口偏壓段落采取偏壓擋墻、護拱、管棚、錨索綜合措施對洞口偏壓進行處置，各項位移、沉降量監(jiān)測結果也滿足設計及規(guī)范要求。符合該地質條件及現(xiàn)場實際情況下，滿足既安全、又高效、還經(jīng)濟的施工需求。

參考文獻：

[1]張惠民.復雜地質條件下大斷面隧道洞口段支護參數(shù)研究[J].公路,2020(3):344~348.

作者:丁中銘 何文桃 單位:中交路橋建設華北有限公司