蔡钢 尹宇超 宁英杰
浙江省交通工程建设集团有限公司 浙江杭州 310003
摘要：由于我国地形、地质条件复杂多变，在高速公路施工上常常需要开山建隧道项目，另外对特殊地质情况限制，对综合技术与经济方面的比较后，路线不宜改变时，浅埋偏压隧道围岩与边坡相互影响，任何一方的失稳破坏均会影响另一方的稳定性，因此需将二者作为一个系统进行研究，学术界与工程界专家普遍认为，利用一种理论，彻底解决各种不同地质条件与不是使用目的的隧道工程难题是不现实的，必要综合利用多种理论研究手段，方可才最终得到最佳成效，本文以某山岭隧道为例，隧道洞身大多处于偏压状态，分别对围岩及边坡进行加固处理，并经监测及数值仿真，表明了该体系加固技术是有效，可为类似工程提供一定的实践经验。
关键词：浅埋偏压隧道；边坡；体系；加固技术；稳定性分析
引言
随着现代交通趋势的需求不断增长，山丘与和野外深沟山区公路施工中受开挖影响形成了许多的偏压隧道，安全隐患岌岌可危，对工程边坡加固的稳定性分析与优化方案摘取燃眉之急。近先年来，国内一些学者对偏压隧道进行了大量研究探讨。例如杨小礼[1]采用侧壁导坑法对浅埋偏压隧道的施工工序进行了研究。陈东瑞[2]对隧道边坡治理设计与施工进行了研究，并用常规的施工方法来加固边坡。王祥秋[3] 用施工动态监测拱顶位移与有限元模拟来研究高速公路偏压隧道等等。当前对偏压隧道的研究集中在隧道自身稳定性方面，然而对边坡稳定性却研究的太少了。本文在上述研究的基础上，采用有限元分析软件ANSYS对某偏压隧道边坡上的公路实例，通过分析加固的优化方案，其成果对以后隧道边坡工程实践与学术研究有一定的参考价值。
1、工程简介
某公路改建工程于K15+600～K15+840段，另外为一南北走向的山体，最大高程约为190.6m，中线最大高程约183.0m，设计高程约为131.6～133.3m，改建公路在此采用隧道形式穿越该山岭，隧道中心里程为K15+720，全长为240m。隧道全部位于直线段上。隧道由进口至出口方向为0.7%的下坡，进口的路线设计标高为133.286m，出口设计标高为131.606m，隧道最大埋深约60m。隧道建筑限界参照给定的主要技术标准，即二级公路标准拟定，设计隧道建筑限界按80km/h行车速度拟定。其具体参数为：行车道宽7.5m，左右侧向宽度均为0.75m，两侧设人行道1.0m，故建筑限界净宽为11.0（1.0+0.75+3.75×2+0.75+1.0=11.0m），净高为5.0m。该隧道的衬砌内部轮廓设计为单心圆，最大宽度为11.64m，最大高度为6.82m（从路线设计标高算起），路拱横坡为1.0%。隧道穿越另外山体，为剥蚀丘陵地貌，山体大体呈南北走向，北高南低，最高高程190.6m；山体较陡峭，陡度约30°～40°。地表植被发育，山体东侧坡体生长杂木，西侧坡体主要生长楠竹。原S320公路采用绕线方式从山体东坡中低部通行，拟建隧道位与现S320公路下方约20m位置。
2、浅埋偏压隧道边坡体系加固
2.1偏压隧道加固措施
针对偏压隧道的受力特性，采取不均衡支护体系进行加固。在隧道断面受偏压一侧拱部布设Ф25长为6m的中空注浆锚杆，间距为纵向0.8m×环向1.2m，梅花型布置；而另一侧拱部布置Ф22长3.0m砂浆锚杆于拱部45°范围类设置，间距及型式同上。超前锚杆为Ф25长3.0m的砂浆锚杆，在拱部110°范围设置，间距纵向1.6m×环向0.4m。钢筋网：环向Ф8×纵向Ф8，拱墙的网格间距为25cm×25cm。钢架：HW175型钢钢架，拱墙设置，间距纵向0.8m×环向0.8m，两侧墙脚钢架设置两根5m长Ф22锁脚锚杆，并预留10cm的变形量。
2.2边坡加固措施
为防止边坡失稳引发隧道失稳，对边坡进行抗滑桩结构设计，其混凝土：轴心抗压强度设计值 =11.9 N/mm2，轴心抗拉强度设计值 =1.27N/mm2。钢筋HR335（20MnSi），符号 ，抗拉强度设计值 =300 N/mm2，抗压强度设计值 =300 N/mm2。桩的强度设计安全系数：受弯时K=1.2；斜截面受剪时 =1.3。在桩的两侧分别布置6根 12的构造钢筋，在桩的受压侧布置10根 12的架立钢筋。
3、浅埋偏压隧道边坡体系稳定性分析
通过现场监测数据分析以掌握浅埋隧道围岩与边坡稳定性状态，并经信息反馈动态设计，以保证其安全稳定。对该隧道二衬段DK15+600断面拱顶、拱腰及拱肩5个测点布设应变计以监测二衬混凝土内应力，设置测桩以监测二衬周边收敛值及拱顶下沉值；对隧道开挖段D15+840断面拱顶、拱腰及拱肩5个测点布设应变计及锚杆轴力计，监测点布设如图1所示。边坡位移分为竖向位移与水平位移，为简化监测方法，沿坡体共布设25条水平线及16条竖向线交点作为测点。
3.1结构内空收敛监测分析
在该隧道二衬段DK15+600断面进行为期2月的监测，测得拱顶下沉量及周边收敛值如图1所示。由图2可知，隧道衬砌内空位移变化值具有一定的规律，三者均呈先增长后平稳的趋势规律。从数值上来看，de线与bc线的收敛值大小接近且大于拱顶a的下沉值，其累计位移值分别为21.85、20.98与9.92mm。监测数据的最后一日位移变化速率分别为0.02mm/d、0.03 mm/d与0.07mm/d，表明隧道结构为稳定性的。
由图3-4可知由于隧道的开挖水平位移场具有明显的偏压性质，而对竖向位移场的影响不大，由于衬砌结构的加强作用，隧道围岩区域位移场均呈减弱的趋势。从数值上来看水平位移最大值出现在坡顶及隧道围岩区的右侧，分别为0.46mm与3.34mm；竖向位移场最大值出现于坡顶，数值为24.23mm，满足隧道围岩及边坡稳定性要求。
4、结论
浅埋偏压隧道在偏压段围岩与边坡的稳定性为相互影响的关系，因此在隧道施工时应将二者作为一个系统进行加固处理。以湖南某隧道为例，对隧道偏压段围岩与边坡进行加固处理及稳定性分析，可得到如下几点结论。
（1）偏压隧道围岩的加固应根据其受力特性采用不均衡支护系统，即采用锚杆注浆时在受偏压段加强支护参数以消弱围岩压力的差值。
（2）为防止边坡失稳对偏压隧道围岩的影响，采用双排抗滑桩对边坡进行了处治。
（3）经监测及数值仿真可知隧道围岩及边坡稳定性满足工程要求。
参考文献：
[1]杨小礼，眭志荣，浅埋小净距偏压隧道施工工序的数值分析[J]中南大学学报（自然科学版）2007，38（4）：764-770
[2]陈冬瑞，隧道边坡治理方案设计与施工[J]铁道建筑，2005（03）-45-48.
[3]丁伯阳，王军杰.偏压隧道CD法导坑开挖顺序数值分析[J]．浙江工业大学学报，2010，38（6）：633-637．
[4]苏永华，梁斌，伍文国.越岭浅埋偏压隧道支护系统承载特性分析[J].湖南大学学报（自然科学版），2012，39（2）：1-6．
作者简介：
蔡钢，男（1981-），浙江嵊州人，学历：大学本科，工程师，研究方向：桥梁与隧道施工。
论文作者:蔡钢,尹宇超,宁英杰
论文发表刊物:《基层建设》2015年28期供稿
论文发表时间:2016/4/7
标签：隧道论文; 偏压论文; 围岩论文; 位移论文; 拱顶论文; 稳定性论文; 山体论文; 《基层建设》2015年28期供稿论文;