大偏压下隧道半明半暗洞口段施工技术的思考

胡锐

【摘 要】由于施工结构复杂与荷载多变，半明半暗洞口在大偏压下的力学差异很大，增加了施工难度。文章以杭新景高速公路（衢州段）工程西山隧道建设为例[1]，介绍大偏压下隧道半明半暗洞口段的施推压组合工技术，该施工技术以整体性提高支护结构的稳定性为核心，在边坡整体达到十分稳定的状态时，采用先开挖后回填的施工方法。此方法能提高明暗交接点支护结构的整体性，减少一些不利影响，如明暗洞不均匀或内空变形。可以根据洞口结构承受水平、垂直荷载的不同，将洞口分为受推型、受压型及推压组合型，利用有限元软件进行数值模拟，测量不同条件下半明半暗洞口的位移与应力分布，解决洞口早期拱腰至拱顶竖向压力偏大的问题，实现早进洞早开挖，提高工程效益，降低工程成本。该隧道目前已全面完工，效果良好，可供同类工程设计施工人员参考。

【关键词】大偏压隧道；半明半暗；施工技术；先开挖后同步回填

【中图分类号】U455.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）05-0159-02

0 前言

本文以浙江省宏图交通建筑公司的杭新景高速公路（衢州段）工程西山隧道建设为例，介绍大偏压下隧道半明半暗洞口段的施推压组合工技术，该施工技术以整体性提高支护结构的稳定性为核心，在边坡整体达到十分稳定的状态时，采用先开挖后回填的施工方法。此方法能提高明暗交接点支护结构的整体性，减少一些不利影响，如明暗洞不均匀或内空变形。可以根据洞口结构承受水平、垂直荷载的不同，将洞口分为受推型、受压型及推压组合型，利用有限元软件进行数值模拟，测量不同条件下半明半暗洞口的位移与应力分布，解决洞口早期拱腰至拱顶竖向压力偏大的问题，实现早进洞早开挖，提高工程效益，降低工程成本。此外，能减少工程施工对周边坡旁植被的破坏，可为同类施工项目提供参考。

1 工法介绍

传统施工方法采用高刷坡及强支护施工大开挖，不仅造成大量土石方开挖外运、高边坡支护，而且对原始地貌和自然景观的破坏严重，同时使暗洞侧围岩因失去支撑而造成上方围岩失稳[2]，会造成衬砌开裂等质量安全事故，甚至会导致隧道洞口段塌方。

本工法针对传统施工方法进行总结，采用先施工半明段的侧向反压挡墙，紧接着施工半明侧初期支护封闭半明部分；再进行大管棚施工，待半明半暗段二次衬砌施工结束后进行半明部分洞顶回填的施工方法。减少了隧道洞口土石方开挖、外运及边坡防护，确保了山体稳定；减少了对原地貌的破坏，保护了洞口的自然景观；缩短了隧道洞口施工时间，节约了施工成本。

2 半明半暗洞口类型介绍

（1）设计概括。根据承受暗洞荷载的不同，可以将半明半暗洞口分为3个类型，即受压型、受推型、推压组合型，图1、图2、图3是3种半明半暗洞口类型图及其受力分析。

（2）受推型半明半暗洞口。此类隧道结构直接承载范围力很小，竖向承载能力弱，明暗交接点主要在腰部以下，大约在拱圈45°附近。

（3）受压型半明半暗洞口。此类洞拱圈承受的竖向荷载占主导地位，半明半暗洞口在明洞侧拱圈45°附近。隧道大部分承受的是山体荷载，偏压挡墙（明洞侧）承载范围很小。

（4）推压组合型半明半暗洞口。此类洞口明暗交界点在拱圈点附近，也就是拱圈顶上，主要是在拱圈墙角边，拱壁承受主要压力，水平荷载和竖着荷载相当。

3 洞口段支部参数

明洞MSC与初期相支护套拱直接相连，最高处是10 cm的半明半暗洞口，这是目前最高级的施工技术，施工难度大，因此采用的是推压组合型半明半暗洞口。

4 工程概况

半明半暗洞口直径为8～24 m，坡度为45°～55°，但隧道存在大偏压状况，洞上植被覆盖1～2 m碎土石，碎石裂缝发育较全，隧道围岩[BQ]≤250，少有滑坡现象，水量少。

5 半明半暗施工技术方案设计

5.1 方案

制订施工方案如下：①采用半明段的侧向反压挡墙；②施工半明侧初期支护封闭半明部分；③进行大管棚施工，待半明半暗段二次衬砌施工结束后进行半明部分洞顶回填的施工。

5.2 施工重点

根据周围环境及条件选用单一或组合施工技术，施工主要内容为改善偏压条件，其中偏压挡墙和反压回填是重点。在施工中要加强监督与测量，争取打造出高质量隧道。

5.3 半明半暗隧道洞口类型选择

利用有限元软件进行数值模拟，此次施工采用推压组合型半明半暗支护结构。

5.4 套拱拱架措施

明挖时施工安全最为重要，明挖施工内容包括套拱和导向管长管棚搭设及移出，ZK185+252～254为2 cm的套拱部分，孔口套管要增加6 cm，隧道明挖处套拱左侧要增加8 cm，共25根。为了洞口安全，应及时实施仰底和二次寸砌之后再进行隧道开挖。稍硬岩层用风镐开挖，采用人工开挖方式的是上台阶环形，每循环开挖0.5 m，机器开挖时要预留0.25 m给人工挖，以免挖超过精确数值。针对支护结构的受力进行分析，假设围岩为松散岩体，可根据太沙基的散体压力理论，并假设水平线与山体破裂面呈一定角度，回填土石会相对松散，其中上方两处混凝土强度高、刚度大，能承受较大的荷载作用，支护结构在山体荷载下产生变形，而另一处混凝土结构相对比较松散，变形会更大，出现事故的概率会更高。通过对比半明半暗洞口段特性发现，半明半暗施工技术方案存在支护结构整体性较差、暗洞侧早期内空变形偏大、回填工作时间长的缺点，大量的监控量测工程实践表明，隧道拱顶下沉、水平收敛、地表沉降等应表现出“先较快增大，后逐渐趋于稳定”的特征。综上所述，半明半暗洞口施工仍然存在许多需要改进的问题。

6 讨论研究

SMC套拱为刚性支撑，与喷射混凝土直接连接，具有支护柔性。在山体荷载作用下，易产生不均匀变形，拱顶也是施工最薄弱的环节，易产生变形裂缝，这是最需要关注的地方。回填土石一方面可以约束因偏压引起的拱顶变形，另一方面可将山体荷载直接传递到其他部位，如果山体稳定性较好，水平推力相对较小，半明部分支护结构刚度较大，区域向外侧变形量小，那么回填土石能增加竖向压力，从而约束拱顶向外的变形。

7 结语

目前，半明半暗施工技術属于前沿施工技术，但采用此技术会消耗大量资金和资源，而且每实施一段隧道工程就必须进行环境、地质、气压、偏压情况的监控测量。施工过程要贯彻“零爆破、短开挖、强支护、勤监测、早封闭”的施工理念，采用先进和有效的措施，保证支护质量、减少开挖扰动，确保工程质量与工程进度。

参 考 文 献

[1]朱培良，高小微.偏压状态下明暗交界段隧道进洞开挖施工工法[Z].杭州：浙江省宏途交通建设有限公司，2010.

[2]夏齐勇.偏压隧道施工围岩变形监控量测与分析[J].公路，2014（1）.

[3]谢雄耀，黄宏伟.公路隧道洞口滑坡机制分析及监控预报[J].岩石力学与工程学报，2006，25（2）.

[责任编辑：陈泽琦]