沈阳铁道勘察设计院有限公司 辽宁 沈阳 110013
摘要：结合西山里铁路隧道小角度曲线与公路相交超浅埋段的设计与施工工程实践，详细介绍了复杂地形地质条件隧道设计及施工面临的问题和施工风险，介绍了公路边坡下隧道明挖法与护拱盖挖法开挖方式的选择，同时分析了异形护拱下隧道结构的受力模式，阐述了隧道施工过程中的关键点，可为相似隧道工程的施工与设计提供参考。
关键词：超浅埋偏压隧道；异形护拱；结构设计；盖挖法
引言
近年来，随着铁路建设规模的逐年扩大，特别是山区铁路建设过程中，浅埋、偏压隧道已成为常见的结构形式[1]。由于隧道洞口段地质条件复杂，围岩较为破碎，开挖过程中围岩自稳能力差，特别是浅埋、偏压隧道洞口段，边、仰坡的开挖扰动会对周边环境及工程结构造成很大的影响或破坏。因而隧道设计与施工难度大，存在较高风险。这类隧道洞口段的设计与施工往往是隧道控制性要点。本文结合西山里隧道进口段与滨海公路边坡斜交段的工程实践，对隧道施工方案的选择以及异形护拱下隧道衬砌结构的受力模式进行了探讨，阐述了施工过程中主要注意事项，可为相似隧道工程的施工与设计提供参考。
1 工程概况
西山里隧道全长3630米，隧道进、出口均位于R=800的圆曲线上。隧道线路纵坡+4‰,+4.8‰,-3‰，最大埋深178.537m。隧道进口段即里程DK2+600~DK2+865范围与滨海公路相交，交角约为18°，该路面宽约35m，为沥青路面，路面标高为19m左右。铁路隧道以小角度依次穿过滨海公路岩质边坡及公路，该段铁路轨面标高为4.8m左右，滨海公路下隧道拱顶覆土约7m。根据勘察揭示，场区的岩土层按其成因分类主要有：第四系全新统人工堆积层（Q4ml）素填土、冲洪积相沉积层（Q4al+pl）碎石类土、青白口系（Qn）页岩。围岩分级为Ⅴ级围岩。本文主要对里程DK2+600~DK2+675段的设计与施工进行了介绍。
图1 隧道洞口段与滨海公路位置关系平面图
2 施工方案选择
为确定西山里隧道DK2+600~DK2+675（隧道与滨海公路斜交段）的施工方案，对明挖法和护拱盖挖法进行了对比，施工方案对比表详见表1。
表1 施工方案对比表
图2 隧道护拱盖挖段典型结构断面图
从对环境影响，施工效率，工程风险以及受气候影响和工程造价等方面因素[2]，护拱盖挖法都要优于明挖法，通过综合分析最终确定护拱盖挖法为本工程的施工方案，护拱盖挖法结构断面见图2。
3 盖挖段衬砌结构设计
盖挖段隧道为浅埋、偏压隧道，隧道拱部以上位置为明挖法施工；拱部以下为暗挖法施工。隧道衬砌结构受力模式复杂，计算过程中如何考虑护拱与衬砌结构两者的相互作用，达到设计参数合理、安全、可靠，是本段隧道设计的关键。
本段隧道衬砌结构设计参数的选取采用了工程类比和结构计算相结合的方法。衬砌结构内力荷载-结构有限元模型计算，图3和图4隧道衬砌结构在明挖法和盖挖法时的内力图（仅选取边墙反弯点以上结构进行对比分析）。
图4 隧道衬砌结构轴力图（单位：N）
图3所示，明挖法时，衬砌结构右侧边墙弯矩要大于左侧边墙，同时左侧拱肩弯矩远大于右侧拱肩，衬砌结构偏压受力特征明显；盖挖法时，由于护拱与衬砌结构的相互作用，明显减弱了结构的偏压受力状态，仅在护拱与衬砌结构作用交界处弯矩值变化较大。图4所示，衬砌结构右侧的内力要大于左侧内力，同时拱顶轴力值要远小于边墙轴力值；盖挖法，整个衬砌结构轴力值分布较均匀。对于钢筋混凝土结构，不仅混凝土抗拉性能要远小于其抗压性能，而且对于受拉破坏的偏心受压构件，轴力的增加会提高构件的极限承载力。
由上述可知，护拱结构不仅施工期间会起到临时支护的作用；使用期间后会与隧道衬砌结构共同受力，同时护拱作用还会改善隧道衬砌结构的工作，进一步提高结构的安全性。
4 隧道施工注意事项
4.1 滨海公路及既有铁路防护
隧道下穿滨海公路施工，工程实施前应对影响范围内上方公路进行调查，以明确它们现在的安全状况，并记录与备案，并报公路部门确认；采用必要的防护措施，并与公路部门沟通，尽量避免影响既有公路的运行和安全。
4.2 钻爆施工注意事项
1）爆破开挖前，必须根据开挖段围岩的地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、爆破材料等因素编制详细的钻爆设计，并报监理工程师批准后实施。爆破人员应按爆破设计图表及说明严格施工，并根据爆破效果及时修正有关参数，以达到理想的爆破效果。尽量降低爆破振动。可考虑采取以下措施：a）严格限制最大同段装药量；b）取合理的微差间隔时间和爆破参数；c）单孔分段装药。
2）提高钻眼精度、控制装药量、提高作业人员技术水平。
3）对爆破位置需采取必要表面覆盖防护措施，爆破安全警戒距离必须达到爆破安全规程的有关要求。每次爆破前30分钟进行安全警戒，警戒范围内的一切人员必须全部撤离。在通往爆区所有通道的警戒范围线上设立警戒点。每次爆破应依次发出预告信号、起爆信号和解除警戒信号，并严格按照信号控制人员警戒。每次爆破后应进行爆破后安全检查。如果发现危石、盲炮等现象应及时处理，未处理前应在现场设立危险警告或标志。
4.3 管棚搭设方向严格控制
隧道盖挖法与暗挖法交界处管棚施作位于圆曲线段，管棚施工时应严格控制管棚搭设角度。管棚需按设计位置施工，为保证精度，应注意运用测斜仪，进行钻孔偏斜度测量，严格控制管棚打设方向，并作好每个钻孔地质记录。选用钻机首先应适合钻孔深度和孔径的要求，钻机要求平稳灵活，能在水平方向360°范围内钻孔，施钻时应有导向架。
4.4 监控量测
隧道施工应把监控量测工作贯穿于施工过程的始终，并应及时反馈信息指导设计和施工，确保隧道结构及施工安全、经济。隧道施工中应做好地下水及地质超前预报，制定相应的施工安全措施和工程处理措施。对监控量测的数据进行分析、整理，发现异常情况及时反馈以便尽早提出处理方案。
图5 竣工后的隧道洞门图
5 结论与建议
1) 通过分析，采用异形护拱盖挖法时，护拱结构不仅为暗洞施工提供保护，而且还会改善衬砌结构运营期间的受力状态且提供保护。
2) 异形护拱盖挖法在西山里隧道中得到成功应用，并对既有公路和生态环境起到显著保护效果。
3) 本文虽对异形护拱作用下衬砌结构的受力状态进行分析，但对于护拱作用范围不同时，衬砌结构的受力状态仍有待进一步深化研究。
参考文献
[1].孙秋红，朱小鹏.同家村隧道超浅埋段明挖与盖挖施工对比分析[J].铁道建筑，2013（12）：55-57.
[2].侯豪斌.隧道下穿已建高速公路设计方案比选[J].山西交通科技，2014,（6）：67-70.
论文作者:韩延彬
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/16
标签：隧道论文; 结构论文; 滨海论文; 公路论文; 偏压论文; 围岩论文; 西山论文; 《防护工程》2018年第36期论文;