摘 要：洞门是隧道矿山法隧道的重要组成部分，也是施工的风险重难点。本文根据南方某市轨道交通地铁某区间山岭隧道具体案例分析，结合洞口周边环境和地质条件，对区间四个洞门方案进行比选。
关键词：地铁，山岭隧道，洞门设计，端承式洞门，削竹式洞门，方案比较
Study on the selection of southern city rail transit tunnel portal slope design scheme
Mu Biao,Wei Liang Jia
Guangzhou Han Yang Engineering Consulting Co, Ltd. Guangdong Guangzhou 510620
Abstract: Tunnel portal is an important part of the tunnel mining method, It is also a heavy and difficult construction risk. This paper is based on a case study of a mountain tunnel in a metro area in southern china, Combined with the surrounding environment and geological conditions of the entrance, The opening scheme of four schemes are compared.
Key words: The subway; Mountain Tunnels; Portal design; End bearing type porta; Cut the bamboo portal; Scheme comparison
引言
轨道交通工程多数在城市内敷设，近些年来，随着城市的发展，城市轮廓扩大，轨道交通也随之发展，逐渐由城市中心向市郊发展，对于多山的城市而言，向市郊辐射将会有下穿山岭的情况出现，下穿山岭隧道多采用矿山法施工，洞门是矿山法施工的重要组成部分。
1概述
现选择华南某城市地铁两处山岭隧道进行分析。①号山岭隧道长度为1278m，埋深为16.02m～54.60m。该段山岭隧道所穿越的围岩区域较复杂，花岗岩微风化带、中风化带与强风化带交替出现。岩体基本质量等级为II～IV级，设两个洞门。②号山岭隧道长度1871m，埋深为16.7m～198.2m；所穿越的围岩为片麻岩中风化与片麻岩微风化带，岩体基本质量等级为Ⅲ级，设两个洞门。本山岭段位于广汕公路南侧，周边建、构筑物较少，根据目前收集到的管线资料，本段隧道开挖范围内无需要迁改的管线。
区间起讫里程为YDK22+127.000～YDK28+054.000，线路有高架、路基段、隧道等不同敷设方式和结构形式，区间共2个隧道（图1）。线路范围主要有民房、厂房、在建工地及农田、苗圃和果园；山岭段沿线地形地势起伏大，地势陡峭，植被茂盛，难以行进，山岭隧道段建筑物较少。
图1 隧道洞门位置纵断面图
2工程水文地质
本区间属低山丘陵地貌，低山丘陵区沿线地形坡度约30～55°，地面高程约32.1～240.0m。覆盖土层主要为坡积的粉质粘土、砂质粘性土，其厚度一般8～15m，覆盖土层主要为坡积的<4-3>粉质粘土、<5H-2>硬塑状花岗岩残积、<6H>花岗岩全风化带、下部为<7H>花岗岩强风化带，局部有孤石。
本区间地形起伏较大，本次勘察所揭露的地下水水位埋藏差异较大，勘察期间测得各孔稳定水位埋深为3.1～24.6m，地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切，并受季节变化影响，每年5～10月为雨季，大气降水充沛，水位会明显上升，而在冬季因降水减少，地下水位随之下降，根据以往资料，线路沿线地势低洼处地下水年变化幅度一般为2.5～3.0m，低山丘陵段地下水位变化幅度大。地下水按赋存方式分为第四系松散岩类孔隙水和块状基岩裂隙水。
①号隧道计算参数如表1所示：
表1 土层参数表
3主要设计和技术标准
3.2主要设计原则
（1）隧道洞口位置应根据地形、地质、水文条件，同时结合环境保护、施工条件、运营要求，通过综合分析比较确定。遵循早进洞、晚出洞原则；
（2）洞门结构形式应根据洞口的地形、地质等条件确定；
（3）根据区间内不同地段的工程地质和水文地质条件，合理选择边坡支护方式；
（4）排水的总体思路是将坡体上侧山坡汇水及坡体表面汇水截流归槽，通过堑顶截水沟引入坡底排水沟或自然排泄沟渠。堑顶排水沟布置在坡顶外5m，并对坡体形成包围形式，与各级平台排水沟相连，再与路基、高架相贯通；
（5）支护体系满足稳定性、安全性、耐久性相关规范要求，并结合周围环境，达到美观要求。
3.2主要技术标准
（1）边仰坡类别：土质边坡。
（2）边仰坡工程的安全等级为一级。
（3）根据《南方某市轨道交通某某线工程场地地震安全性评价报告》，本区间抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组。本工程为重点设防类，按高于本地区抗震设防烈度一度（即7度）要求加强其抗震措施。
（4）永久边坡计算整体考虑地震作用时稳定性安全系数取1.15；不考虑地震作用时稳定性安全系数取1.35；临时仰坡计算整体稳定性安全系数取1.25 。考虑地震作用时挡土墙计算地震抗滑移安全系数取1.1，抗倾覆安全系数取1.3；不考虑地震作用时抗滑移安全系数取1.3，抗倾覆安全系数取1.6。
4洞门设计
4.1 1#洞门边仰坡防护设计（1#隧道小里程侧）
秉持着设计与自然相统一的原则，尽量减少对现状边坡的扰动。根据现场地形，1#洞门位置现状边坡较缓，洞门与原状山坡斜交，对1#洞门采用削竹式洞门。
1#洞门处采用先施工抗滑桩，再刷坡进行边坡支护，然后施作暗洞洞门套拱，进行隧道施工。洞门扩大段及明洞部分施工完成后，对临时开挖边坡进行回填。
区间YDK22+470.000～YDK22+500.000（ZDK22+470.918～ZDK22+491.000）范围内为隧道明洞部分，两侧大部分为土质边坡，最大开挖高度约10.3m；区间内YDK22+500.000（ZDK22+491.000）即明暗分界线后侧范围内为仰坡，大部分为土质边坡，最大开挖高度约7.4m。边坡临时支护结构开挖坡率为1：0.75，采用挂网锚喷支护；边坡回填坡率为1：1.25，采用三维网植草防护，回填后边坡及平台为永久性结构。本工程中边坡安全等级为一级。（图2、3）
经计算，洞门仰坡抗滑移安全系数为1.952>1.35，满足规范要求。
图2 一号洞门平面 图3 一号洞门横断面
4.2 2#洞门边仰坡防护设计（1#隧道大里程侧）
秉持着设计与自然相统一的原则，尽量减少对现状边坡的扰动。根据现场地形，2#洞门位置现状边坡较陡，如对2#洞门采用削竹式洞门，需要大量填土，工程量较大,对周边环境影响较大,经济性不好，故考虑采用端承式洞门。
洞门位置（YDK23+756.000）西南方向山体开挖为仰坡并进行支护，坡率为1：1，采用锚杆格构梁和植草防护。仰坡起坡点为端墙后排水沟顶，起坡高程为64.096，每8m设置一个放坡平台，并在平台上设置排水沟，将水引至截水天沟。置施工做锚镦，锚镦与格构梁同时浇筑。格构梁截面尺寸为30cm×30cm，采用C30混凝土浇筑。（图4、5）
经计算，洞门仰坡抗滑移安全系数为1.653>1.25，满足规范要求。重力式挡墙滑移安全系数为3.129> 1.300，抗倾覆安全系数为 1.860> 1.60，满足规范要求。
图4 一号洞门平面 图5 一号洞门横断面
4.3 3#洞门边仰坡防护设计（2#隧道小里程侧）
秉持着设计与自然相统一的原则，尽量减少对现状边坡的扰动。根据现场地形，3#洞门位置现状边坡较缓，洞门与原状山坡斜交，对3#洞门采用削竹式洞门。
区间3#洞门位于公路某段芳尾二东巷（芳二社）东北方向的山坡上，洞门位置到山脚高差约8m。隧道采用前后进洞方式，右线隧道靠山侧先进洞，进洞位置与等高线呈约40°夹角；左线隧道靠外侧后进洞，进洞位置与等高线呈约70°～90°夹角，左、右线隧道明暗分界里程相距约26m，开挖时采用直径1m间距1.3m的隔离桩进行临时支护。入洞段左线32.404m、右线20m采用明洞衬砌方案。洞门往小里程方向左线接约25m路基（右线接约12m路基），进洞后100m为洞口扩大段。洞门段所处山体从洞口向大里程天然坡率不大于1：1。线路西北侧公路与左线隧道之间存在一条水沟，靠公路侧边坡坡率为1:0.5～1：1。长金3#洞门处采用先施工隔离桩，再刷坡进行边坡支护，然后施作暗洞洞门套拱，进行隧道施工。
经计算，洞门永久边坡考虑抗震抗滑移安全系数为1.259>1.15，满足规范要求。重力式挡墙滑移安全系数为3.129> 1.300，抗倾覆安全系数为 2.176> 1.60，满足规范要求。
4.4 4#洞门边仰坡防护设计（2#隧道大里程侧）
秉持着设计与自然相统一的原则，尽量减少对现状边坡的扰动。根据现场地形，4#洞门位置现状边坡较陡，如对4#洞门采用削竹式洞门，需要大量填土，工程量较大,对周边环境影响较大,经济性不好，故考虑采用端承式洞门。
洞门位置YDK27+610.000（ZDK27+609.665）西南方向山体开挖为仰坡并进行支护，坡率为1：1，采用锚杆格构梁和植草防护。锚杆设计长度为8m,锚体为一根28，注浆体采用M30砂浆。锚杆设置在格构相交处，并在需要检测的位置施工做锚镦，锚镦与格构梁同时浇筑。格构梁截面尺寸为30cm×30cm，采用C30混凝土浇筑。
经计算，考虑抗震作用时洞门仰坡抗滑移安全系数为1.464>1.15，不考虑抗震作用时洞门仰坡抗滑移安全系数为1.540>1.35，满足规范要求。重力式挡墙滑移安全系数为2.772> 1.300，抗倾覆安全系数为 4.591> 1.60，满足规范要求。
5 结论与建议
通过以上的分析可知：
1）洞门方案的选择主要从经济性和安全性考虑，结合现状地形进行选择。
2）洞门位置和洞门形式的确定涉及多方面的因素。削竹式洞门由于线条简洁明了, 与洞口周围景观协调, 在轨道交通设计中具有较好的前景。
3）端承式洞门对现场收坡具有较好的效果，可以避免大体积填土，必要的时候具有一定优势。
4）轨道交通运营阶段山体受地质和气候影响可能会有落石等情况，削竹式洞门有较长的明洞段，对此有一定的防护作用，端承式洞门主要靠墙顶的围护，安全性较差。
参考文献：
[1]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京:人民交通出版社,2010.
[2]铁道部专业设计院．洞门［M］．北京: 中国铁道出版社,1990.
[3]周佳媚.隧道洞门结构土压力的研究［D］．成都: 西南交通大学，2004．
[4]蒙国往,周佳媚,高波.铁路隧道端墙式洞门墙背土压力研究[J].土木工程学报,2015(7):288–292.
[5]梁淦波.莲花山左线隧道汕头端洞门方案比选[J].广东公路交通，2012(4)：53–55.
论文作者:木标,魏良甲
论文发表刊物:《防护工程》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/18
标签：隧道论文; 安全系数论文; 山岭论文; 地形论文; 位置论文; 里程论文; 区间论文; 《防护工程》2017年第12期论文;