中交第四公路工程局有限公司 北京 100022
摘要：由中交四公局承建的吉尔吉斯斯坦高克阿尔特山公路隧道，地处于 Fergana山脉的轴向分水岭区域，平均海拔在2500以上。隧址区常年积雪，呈半干旱气候，其特点为昼夜温差波动较大和降水量大。春季天气多不稳定，多风、多雨，气温较低；夏季多云，炎热干旱；秋季为雨季，降水量丰富；冬季降雪量大且持续时间较长，会从每年十月中旬持续到第二年的四月初。受地理及气候环境等诸多因素的影响，隧道洞口选址位置左临山谷急湍河流，右倚陡峭路基边坡。洞口边坡设计最大开挖高度达70多米，仰坡高度达50多米，冬季雪崩灾害及其严重，隧道原设计洞口明洞结构已无法抵抗高速度、大体积的雪崩侵害。论文以该工程为背景，分析了该隧道原设计洞口明洞破坏的原因，制定了拆除破坏机构的方案，并根据现场实际情况和数值计算确定了洞口明洞结构抗雪崩施工措施，为明洞的安全施工提供理论依据。
关键词：隧道；明洞结构；抗雪崩；数值计算
1 前言
吉尔吉斯斯坦高克阿尔特山公路隧道，地处于 Fergana山脉的轴向分水岭区域，平均海拔在2500以上。隧址区域常年积雪，呈半干旱气候，其特点为昼夜温差波动较大和降水量大。春季天气多不稳定，多风、多雨，气温较低；夏季多云，炎热干旱；秋季为雨季，降水量丰富；冬季降雪量大且持续时间较长，会从每年十月中旬持续到第二年的四月初。受地理及气候环境等诸多因素的影响，隧道洞口选址位置左临山谷急湍河流，右倚陡峭路基边坡。洞口边坡设计最大开挖高度达70多米，仰坡高度达50多米。隧道全长3750m，由行车主洞、服务导洞及洞口构筑物组成，隧道行车主洞与服务导洞纵向平行，中线间距18.25 m，路面标高相差2.0m。设计上，主洞明洞全长35.41m，于2016年6月份完成明洞初期支护结构，因气候原因导致明洞衬砌结构未施工完成。2016年底至2017年初的冬季降雪量极大，雪崩灾害严重，造成主洞明洞约20m段的初期支护结构全部变形、损坏，并延伸至内部衬砌结构。
2 隧道明洞结构破坏分析
2.1 自然灾害分析
隧址区环境恶劣，山高路陡。每年10月中旬至来年4月初为大降雪天气，常发生大体积雪崩、泥石流等自然灾害，不仅对施工生产造成较大阻碍，也影响该工程正常运营。
2017年受吉尔吉斯斯坦“灾害年”影响，隧址区出现近三年最大降雪量，雪灾严重。隧道洞口位置为雪崩频发区域，且隧道洞口设计边坡高达70m，当积雪堆积到一定厚度后引发大体积、高速度的雪崩，急速滑落对隧道口的瞬间冲击力过大。多次雪崩的加速度荷载与积雪静荷载超出明洞结构本身承载力，造成明洞结构开裂、变形。
2.2 明洞初期支护结构刚度分析
该项目隧道设计与新奥法设计理念“早进晚出”（即明洞宜短、暗洞宜长）、零距离进洞原则相悖驰。主洞明洞设计长度35.41m，主体结构含初期支护厚度30cm、衬砌结构厚度60cm，其结构刚度不足以抵抗多次雪崩所产生的瞬间冲击力。
图1 隧址区雪崩情形
3 明洞处置方案
3.1 明洞结构拆除措施
（1）于主洞洞口外侧位置，进行土方回填,回填高度7m左右，作为挖掘机作业平台。
（2）挖掘机于作业平台上，清除主洞洞顶积雪，并沿导洞侧进行1：1刷坡，防止积雪二次滑塌。
（3）于主洞明洞两侧设置小范围操作平台，便于炮锤及氧气焊作业。
（4）采用炮锤打击的方式剥离初期支护部分砼，然后使用氧气焊切割工字钢连接点2、5及相关连接筋等钢构件。炮锤与氧气焊相互结合使用，每次切割1-2m初期支护结构。
（5）采用挖掘机拽拉及炮锤打击的方式，拆除弧段初期支护结构。
（6）首次拆除完毕后，再次进行土方回填及平整场地，依次类推拆除后续所有的变形段落初期支护结构。
图2 明洞初期支护结构拆除示意图
3.2 明洞结构重建措施
3.2.1 初期支护结构
根据现有情况分析，保留明洞未变形的直立段初期支护结构，并将上部初期支护的B25喷射砼改为B25模筑砼,以提高结构实际有效强度。即按照设计支护参数，支立#30型钢拱架，拱架安装完成后，在拱架内外侧安装模板，根据设计结构厚度30cm进行分层浇筑，确保内侧轮廓不变。原未变形直立段拱架，采用人工凿除方式处理破坏的砼，并置换拱架连接板。
3.2.2 加强洞口段防排水功能
考虑隧道洞口段冬、雨季降水量较大，为确保洞外排水通畅、洞内有效防水，增加辅助措施，以加强防排水功能。具体措施如下：
于初期支护内侧每5米布设一道Ф50环向透水管，透水管底部深入隧道两侧底部排水沟内，与纵向排水管形成整体排水系统。
新旧防水板接缝处再增加一道环向背贴式止水带，止水带两侧采用热风机满焊防水，两道止水带之间增加Ф50环形透水管，形成区域排水，防止已铺设的防水板因雪崩破坏出现局部渗漏的情形。
初期支护背后防水。在明洞初期支护背后增设防水层“土工布-防水板-土工布”，做到双层防水。同时，防水板底部，即拱墙与直立段交接部位，两侧各布设一道纵向160/139的双壁打孔波纹管，波纹管采用防水板翻包，热风焊封闭，经端墙引致洞外。
3.2.3 明洞回填增加结构刚性
为防止洞口段因雪崩再次引起破坏，通过回填混凝土的措施以增加明洞结构刚度。即采用B15砼回填至拱顶1米高位置，再进行回填渣土缓冲层，增加明洞结构整体刚度，保护主体结构不被雪崩破坏。
（c）最小主应力 （d）最大主应力
图6应力云图
4 结论
（1）分析指出该隧道原设计洞口明洞破坏的原因主要是初始支护强度与刚度不足，
（2）根据现场实际情况制定了抗雪崩重建方案，并用数值计算方法验证了该方案是可行的。
参考文献
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[2] 公路隧道施工[M].黄成光.北京：人民交通出版社，2001.
[3] 隧道与地下工程施工技术案例精选[M].筑龙网.北京：中国电力出版社，2009.
[4] 隧道及地下工程[M].陈志敏，欧尔峰，马丽娜.北京：清华大学出版社，2014.
论文作者:周治发
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/14
标签：结构论文; 隧道论文; 洞口论文; 初期论文; 刚度论文; 吉尔吉斯斯坦论文; 积雪论文; 《基层建设》2017年第35期论文;