特大断面隧道洞口偏压分析及处置措施

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摘要：隧道工程施工中，洞口偏压处置是最常见施工问题，尤其下穿750KV高压铁塔，如何安全、快速进行处置，成了影响隧道进出洞关键环节。本文对杏花村2#隧道XK3497+728~XK3497+747洞口偏压段下穿750KV高压铁塔进行研究，分析偏压严重程度，对750KV高压铁塔影响程度，并进行受力验算，最后提出合理的处置措施，现场实施效果较好。

关键词：特大断面隧道；下穿750kV高压铁塔；洞口偏压；堆积体；分析验算；处置措施

1引言

高速公路是国家主干线网络，其高能、高效、快速通达的功能，能促进高速公路沿线商品经济的繁荣发展。如何安全、高效、快速的完成高速建设并安全运营，成了当下高速公路建设重要任务。高速公路建设过程中公路隧道的施工又是重要关键环节，在安全性、经济性、施工效率等方面对高速公路建设具有非常大的影响作用，而隧道洞口偏压处置是隧道能否快速、安全进出洞的关键点，尤其是下穿750kV高压铁塔的情况下。因此洞口偏压处置不得当，既延误了工期，又间接增加了工程建设成本，还会留下一定的安全质量隐患。故确定一种适合下穿750KV高压铁塔隧道偏压段地质条件处置方案至关重要。

2洞口偏压段概况

连霍高速（G30）新疆境内小草湖~乌鲁木齐段改扩建工程杏花村2号隧道位于新疆乌鲁木齐市达坂城区白杨河右岸，为单洞四车道高速公路隧道。隧道下行线全长880.0m。其中XK3497+728～XK3497+747段，下穿750kV高压铁塔(垂直距离为80m)。经勘探查明此大体积堆积体（堆积体厚20m，宽度16m，呈∠40°~50°堆积）覆盖层已经侵入隧道净空范围一大半。右侧断面位于松散角砾堆积体中，左侧断面位于基岩中。侵入堆积体由小桩号至大桩号逐渐变大，偏压严重。经现场清除堆积体后堆积体裸露岩面后，岩体成镶嵌结构，边坡陡立，坡体高度约40m左右，呈∠70°~80°。有掉块现象，但总体稳定性较好，无整式滑动风险。

3拟定初步处置方案

根据隧道洞口偏压段的工程地质概况及现场实际情况，从高效、安全出发对处置方案进行研究讨论：①需进一步掌握偏压段左侧基岩在开挖过程中的危险程度，尤其是对750kV高压铁塔的影响程度；②洞口基底基岩埋置深度不深且较完整强度好，拟采用形式简单、经济划算的低强度等级片石混凝土偏压挡墙来抵消岩体的偏压；③隧道二衬设计为非受力构件，故需在偏压挡墙和二衬之间设置一道护拱（与隧道暗洞初支受力形式相同），既能承受偏压挡墙的应力，同时也能保证二衬的结构安全。④还需考虑左侧山体在爆破震动、地震力作用、长期自然力侵蚀作用下出现滑塌的预加固措施（锚索），确保750kV高压铁塔和隧道在施工期和运营期的长久安全。

4洞口偏压段模拟分析

采用midas对750KV高压铁塔下隧道洞口偏压段进行模拟分析及根据规范要求进行抗滑验算模拟在没有设置偏压挡墙、护拱及锚索的情况下进行隧道开挖，隧道洞身仅部分处于基岩中，为分析隧道开挖过程中洞身的稳定性及750KV高压铁塔稳定性。选取XK3497+730、XK3497+739、XK3497+747三个断面进行数值模拟分析，随着开挖基岩断面的不断增大，隧道的稳定性越来越差，直至隧道断面全部进入基岩才逐渐稳定（XK3497+747断面最大变形量7mm，XK3497+730和XK3497+739断面洞顶岩体垮塌，已经发生顺层滑动，最大位置出现在洞顶尖角处）。在这个过程中，边坡会出现局部破坏，洞顶外侧临空处为最危险处，会出现洞顶塌落危害，对750kV高压铁塔安全稳定性造成影响。左侧洞顶边坡稳定性验算。边坡安全等级取一级，抗滑安全系数取1.35，抗倾覆安全系数取1.6，设定假想破裂角为66°。在边坡的抗滑移和抗倾覆性验算得出：需对750kV高压铁塔下隧道洞口偏压段采用锚索预加固（14φs15.2的锚索加固，预应力锁定载荷700kN，锚索间距3.6×3.6m（水平×竖向），锚索倾角向下2°，锚孔直径200mm，锚固长度10m。）才能满足抗滑性要求。4.1工况1隧道出口。XK3497+747-XK3497+745段施作钢筋混凝土管棚套拱，全断面打设管棚，偏压侧设置1：0.75的偏压挡墙。洞顶边坡岩体采用14φs15.2的锚索加固，预应力锁定载荷700kN，锚索间距3.6×3.6m（水平×竖向），锚索倾角向下2°，锚孔直径200mm，锚固长度10m。隧道周边拱顶存在沉降，仰拱存在隆起。拱顶最大沉降为1.95cm，仰拱隆起最大为1.11cm，在右侧墙由于受压会存在水平位移，其最大值为0.67cm。4.2工况2隧道出口。XK3497+745-XK3497+736段施作钢筋混凝土护拱，全断面打设管棚，偏压侧设置1：0.75的偏压挡墙。洞顶边坡岩体采用14φs15.2的锚索加固，预应力锁定载荷700kN，锚索间距3.6×3.6m（水平×竖向），锚索倾角向下2°，锚孔直径200mm，锚固长度10m。隧道周边拱顶存在沉降，仰拱存在隆起。拱顶最大沉降为2cm，仰拱隆起最大为1.15cm，在右侧墙由于受压会存在水平位移，其最大值为1.14cm。4.3工况3隧道出口。XK3497+736-XK3497+728段施作钢筋混凝土护拱，全断面打设管棚，偏压侧设置1：0.75的偏压挡墙。洞顶边坡岩体采用14φs15.2的锚索加固，预应力锁定载荷700kN，锚索间距3.6×3.6m（水平×竖向），锚索倾角向下2°，锚孔直径200mm，锚固长度10m。隧道周边拱顶存在沉降，仰拱存在隆起。拱顶最大沉降为2.54cm，仰拱隆起最大为0.76cm，在右侧墙由于受压会存在水平位移，其最大值为0.56cm。分析结果：采用钢筋混凝土管棚套拱，全断面打设管棚，偏压侧设置1：0.75的偏压挡墙，洞顶边坡岩体采用14φs15.2的锚索加固，最大位移仅2cm左右，无大位移出现，围岩稳定，750kV高压铁塔安全稳固，方案可行。

5现场处置措施

5.1监控量测措施。加大洞口段施工过程监测频率，尤其是750KV高压铁塔沉降位移量、边坡稳定性、围岩压力、拱顶下沉、周边收敛进行严密监控。延长初支监测周期，确保位移、沉降真正稳定后方可施作二次衬砌。5.2处置措施。（1）偏压挡墙及拱墙基础换填时，将基础底部的松散物清理干净并用水进行冲洗洁净，并埋设φ25连接钢筋，确保偏压挡墙与基底基岩可靠衔接。（2）偏压挡墙及护拱分层浇筑至拱腰导向管下方，在不影响设计结构受力的情况下同步施工进一步节约一定工期，注意护拱钢筋的埋设及预留搭接长度。（3）护拱钢筋、模板、导向管安装，保证导向管向外1°倾角，并将导向管端部封堵严实，确保钢筋、导向管、模板按照设计安装固定牢固。在护拱与岩面的接触面将护拱设置成喇叭口型，加大套拱与岩体的接触面积，并在岩体内埋设连接钢筋，确保套拱与岩面有效连接闭合成环。（4）浇筑C25套拱混凝土，浇筑完成后及时洒水覆盖养护，养护周期不少于7天。待强度满足要求后方可拆除内侧承重模板。（5）管棚钻孔、注浆，管棚注浆应隔孔进行。（6）先分层浇筑偏压挡墙混凝土至套拱顶部，为第一排锚索施工提供施工平台，待第一排锚索施工完毕后，再浇筑至第二排锚索位置，为第二排锚索施工提供施工平台，最后施工至设计顶标高，为第三排锚索施工提供施工平台。在偏压挡墙与岩面连接处设置台阶，并采用埋设钢花管与岩面可靠连接，使偏压挡墙与岩面闭合成环。（7）锚索施工顺序：锚索孔道成孔→放置钢套管及预应力锚索→由注浆管进行锚固段注浆（一期注浆）→安装封锚处锚具→张拉预应力锚索→自由段注浆（二次注浆）。在安装预应力锚索时注意需在自由段部分锚索套上PEφ20保护管。承压板应安装平整牢固，承压面应与锚孔轴线垂直，承压板下方混凝土应填充密实，并满足抗压强度要求。锚索张拉至设计预应力0.65标准值的1.05~1.1倍时，持荷15min，然后卸至锁定荷载进行锁定。注浆压力控制在0.4MPa~0.6MPa，确保孔内灌浆饱满密实。（8）待预应力锚索张拉压浆施工完毕强度达到要求后进行暗洞开挖工作，750kV高压铁塔下偏压段开挖遵循短进尺、弱爆破、勤量测、早封闭的原则，尽量减小爆破震动对偏压段围岩的扰动，确保750kV高压铁塔安全稳定性，及时完成偏压段初期支护及仰拱混凝土工作。待偏压段变形、沉降完全稳定后施作二次衬砌。

6结论与建议

通过模拟分析及现场处置措施，得出以下结论：750kV高压铁塔下洞口偏压段落采取偏压挡墙、护拱、管棚、锚索综合措施对洞口偏压进行处置，各项位移、沉降量监测结果也满足设计及规范要求。符合该地质条件及现场实际情况下，满足既安全、又高效、还经济的施工需求。

参考文献：

[1]张惠民.复杂地质条件下大断面隧道洞口段支护参数研究[J].公路,2020(3):344~348.

作者:丁中铭 何文桃 单位:中交路桥建设华北有限公司