龙头山双洞八车道公路隧道浅埋段施工技术探讨

1、龙头山双洞八车道公路隧道浅埋段施工技术探讨严宗雪1， 张少锦1 ， 谢军1，谭宗盛2(1广州珠江黄埔大桥建设有限公司，广州 510735，2北京交通大学，北京，100044)关键词：四车道；公路隧道；浅埋；施工技术 引 言近年来，我国经济建设的持续发展使得交通基础设施建设规模的逐步扩大,高等级公路建设的迅速发展和交通运输量的逐渐提高，大断面公路隧道工程也日益增加，但四车道特大断面公路隧道的工程实践不多（见表1）。当前，我国现阶段的四车道以上大断面公路隧道建设既无成熟的经验可参考，又无规范可参照；从目前情况看，由于其本身具有众多复杂的因素，再加上四车道隧道的跨度大、矢夸比减小，结构受力更趋复杂，

2、分步开挖的干扰也越多，因而特大断面隧道的结构设计、施工等方面还存在一系列问题14，而隧道浅埋段的设计与施工，更是整个工程的关键。本文详细介绍了龙头山双洞八车道高速公路隧道浅埋段的设计和施工关键技术问题，通过对现场发生的典型坍塌分析、研究，得出特大断面隧道浅埋段施工应把握的关键问题，旨在为大断面公路隧道及类似工程的设计、施工提供参考。 龙头山隧道概况龙头山隧道是广州珠江黄埔大桥的关键工程，为国内第一座双向分离式八车道高速公路长隧道，单洞设计净宽18m，净高8.95m，见图1，设计行车速度100km/h，进口最小间距23，出口最小间距20.8，采用1:1的削竹式洞门。隧道桩号ZK5+765ZK6+

3、775，YK5+765YK6+771单洞全长2016m。表1 单洞四车道隧道统计1 2龙头山隧道总体走向近东西，侧区内最高点海拔高程约184m，隧道通过地段最大海拔高程170m左右，坡脚标高28m，相对高差较大，约158m，隧道所处地貌单元属长期风化剥蚀丘陵地貌区，坡度一般为10°30°。隧道上覆低矮灌木和杂草，植被茂密。隧道围岩进出口为坡残积土及全强风化黑云二长花岗岩、结构松散，不稳定，土黄色、硬塑半坚硬，遇水呈流塑状，含1520石英砂岩，可见原岩结构，偶含少量风化碎石块。出口段孤石密布（见图2），施工难道较大。图1 龙头山隧道内轮廓断面3 图2龙头山隧道右线出口仰坡 V

4、级浅埋段设计概况一、设计支护参数由于四车道公路隧道可供借鉴的设计较少，因此本隧道浅埋段通过工程类比、数值分析等手段进行设计：初期支护采用喷、锚、网、H型钢拱架支护，并视地层、地质条件增加超前小导管、临时仰拱等加固措施。支护参数见下表2。表2 龙头山隧道浅埋段复合式衬砌支护参数4项 目级(浅埋)喷砼厚度C25砼/cm30锚杆长度/cm(直径/mm)500(25)锚杆布置/cm100×75钢 架H型钢架/mmH200×200间距/cm75二次衬砌C30钢筋砼/cm65仰拱厚度C25喷射砼/cm30C30钢筋砼/cm65超前支护类型/mm40长108大管棚（洞口段40）、双排50

5、小导管（洞口段40后）长度/m(间距/cm)5(40cm)二、设计施工方案主要采用双侧壁导坑法开挖，开挖、支护顺序如下：开挖左上台阶一（循环进尺不超过200cm），施做初期支护、锁脚锚杆（围岩变形较大时设临时仰拱）开挖左下台阶二（循环进尺不得超过200cm），施做初期支护，浇筑仰拱衬砌，回填片石砼；在左下台阶回填完2040m片石砼后，开挖右导坑上下台阶三、四，施做初期支护，浇筑仰拱衬砌，在右下台阶回填片石砼1520m后，开挖拱顶核心土五（进尺不得超过100cm或以1榀钢架控制,图3中虚线为实际开挖线，以方便施做锚杆和架立钢架），施做拱顶初期支护；分步开挖核心土中下台阶六、七。图3 龙头山隧道施

6、工步序图3 施工特点、难点综合本隧道设计和现场地质情况，具有以下显著特点：1）隧道大跨扁平，受力复杂；2）洞口段全强风化花岗岩遇水呈流塑状，拱顶易坍塌；3）右线出口仰坡较陡，地质变化显著，稳定性较差；4）洞内夹杂大小不一的孤石，难开挖、难支护；5）隧道洞口段左右线净距仅一倍洞径，左右洞施工相互影响较大；6）双侧壁导坑施工工序多、进度慢。现场坍塌的治理一、 ZK6732.5719.75段右上导坑塌方（一）塌方的发生2005年9月30日下午14时35分左右，隧道断面里程ZK6732.5ZK6+719.75侧壁第3036榀钢架被挤出失稳，3746榀钢架初期支护出现裂缝，造成核心土坍塌，坍塌至核心土拱

7、部超前大管棚，坍塌长度为8m，高度约57m，核心土钢架变形17榀，前后影响范围12m。图 4 左线右上导洞临时支护被挤出（二）塌方原因分析：（1）该段施工时连降暴雨，土体富水、软化，注浆效果差，土体抗剪强度急剧降低；（2）导坑采用台阶开挖时，过渡段拱脚悬空；（3）监测资料显示，塌方前几天该里程范围衬砌拱顶下沉和收敛变形均较大，现场未能及时施做临时仰拱。（三）塌方处理措施：（1）立即临时支护拱脚回填片石，防止临时钢架进一步发生位移、架设临时刚支撑、在回填片石后继续回填沙袋，见图5；（2）加固：在塌方处往洞外10范围的核心土和永久支护周围增加50注浆小导管，加强围岩的抗剪强度和稳定性；（3）在塌方

8、体内尽可能堆码沙袋，并用沙袋堆码封闭塌方口，泵送混凝土回填，预埋两排注浆小导管、待砼混凝土达到一定强度后，注浆充填；（4）通过监测数据显示塌方段稳定后，封闭下导坑，逐榀更换挤出的临时钢支撑。图 5 左线右上导加固处理二、右线出口仰坡病害（一）塌方的发生2005年12月10日10：30左右，在开挖YK6+744YK6+750左上导坑过程中，正处理一孤石时，初期支护第1榀8榀刚支撑瞬时整体偏出，如图6，仰坡出现较多裂缝，如图7。图 6 右线左上导洞偏邦 图7 右线隧道仰坡裂缝（二）原因分析：（1）雨水下浸土体流失，孤石无支撑，下落引发偏邦；（2）仰坡相对较陡；（3）由于洞内孤石较多及右导坑较早进而

9、石方爆破，扰动较大，仰坡不稳定；（4）原截水沟位置调整后，刷坡不平顺，局部土体仰角较大，自稳性差；（5）监测数据显示自05年11月17暗洞以来了开挖以来，暗洞拱顶下沉、洞内收敛较小；但仰坡沉降变形速率增大，未及时治理。（三）监测数据分析为进一步弄清右线出口仰坡稳定性情况，笔者对该导洞施工期间仰坡测点布置及位移变化情况进行了整理，如图8、图9。根据图9，可以发现：图8 右线隧道仰坡位移监测点布置 图9 右线隧道仰坡位移监测 在05年8月9月施做明洞过程中，边坡测点位移仍在增加； 从05年11月17日，开挖暗洞左右导坑以来，所有仰坡测点变形均增加，且变形速率呈增大趋势，从而引发了左上导坑初期支护偏

10、邦； 自06年5月5日5月20日开挖核心土以来，仰坡沉降变形持续增大，根据监测情况，经各方研究决定：控制核心土开挖，循环进尺不超过1榀，及早封闭；立即施做二次衬砌。从监测数据反馈情况看：自5月21日控制开挖进尺以来，仰坡变形速率减小，特别是在6月17日暗洞二次衬砌浇筑后险情得到了控制。综合监测数据和计算分析可以发现：由于隧道右线出口仰坡坡较陡，且受到雨水及孤石爆破震动影响，仰坡稳定性降低，需要加固处理。（四）处理措施：（1）控制坍塌扩大，在右导坑偏出部位架设临时仰拱支撑并铺设20厚C20素砼；（2）采用3m长503mm注浆小导管加固洞口10m核心土；（3）顺着裂缝方向，打设双排58m长503m

11、m注浆小导管，间距2m，注浆加固；（4）为改善仰坡回填后坡比，延长明洞4m，改善回填后仰坡坡比。三、 施工方案优化根据该隧道断面大、极扁平，全强风化花岗岩富水稳定性差，注浆效果差等及广东持续多雨气候等特点，结合现场施工实际情况，业主在05年7月召开施工方案会议并结合信息化施工研究成果，对部分支护参数及施工方案进行了优化。（1）各洞口均先施做不少于两组明洞(18m)，并回填后，再开挖暗洞；（2）在开挖第六步核心土后，如果监测数据稳定则先拆除临时横撑，一次拆除范围不超过10m，全断面模筑二次衬砌，再进行第七步核心土仰拱开挖和封闭；（3）在全强风化花岗岩段用4.5m长注浆小导管替代原设计中空注浆锚杆

12、和核心土部分的砂浆锚杆，以改善注浆加固效果；（4）对拉锚杆代替临时横撑5在洞口4050m范围内的一般地段，可在后行导洞内在核心土上每榀施做长约5622的对拉锚杆（见图10）代替临时横撑（一般在开挖先行导洞时核心土较为稳定，不需要施做对拉锚杆）；如监测数据超过预警值后再增设临时横撑。这样即可以有效地加固核心土，又不影响洞内车辆进出，降低了成本。图10 对拉锚杆施做简图结论与建议针对龙头山特大断面隧道受力复杂的特点和几次坍塌经验教训，笔者认为超大断面隧道浅埋段设计与施工关键宜把握如下几点：（1）视地形、地貌及地质情况，如果仰坡较陡宜先施做明洞，反压回填后再进洞，埋深浅宜明开挖；（2）做好仰坡防护及

13、临时防排水措施 特别是在浅埋段，由于雨水下渗导致渗流加剧，土体可能发生较大的位移，影响土体稳定。因此，特别对于多雨地区的隧道施工，宜合理布设边坡防护范围，平顺刷坡，及时用砼或砂浆封闭仰坡面，阻止雨水下渗；（3）狠抓超前大管棚施工质量从几次洞口坍塌情况看，坍塌范围均至拱顶大管棚后未再扩大，由此看见洞口段大管棚作用至关重要；（4）应坚持双侧壁开挖方法，坚持早支护、早封闭的原则6；考虑车辆出渣，施工效率，合理分布导洞大小、台阶间距，从现场施工情况及监测数据反映：在开挖下导坑并支护回填后，导坑沉降和收敛变形基本稳定；（5）在初期支护变形稳定时，可考虑先施做拱圈衬砌，再开挖核心土仰拱，以提高工效；（6）

14、洞口段石方爆破应严格控制进尺及装药量，减少对仰坡土体的扰动；（7）对全强风化花岗岩地段宜采用注浆小导管取代注浆锚杆，提高土体抗剪强度和稳定性；（8）在收敛较小时可考虑，可考虑以对拉锚杆取代临时横撑，以便于下台阶的快速施工，提高工效；（9）在施工过程中，高度重视监测数据的重要性，始终以监控量测数据为指导，坚持动态设计、动态施工的原则。目前，龙头山隧道已贯通。本文浅见以期为类似工程提供参考和借鉴。参 考 文 献1 黄伦海.双洞八车道公路隧道施工方案研究J.公路,2005,9 (9):206-2112 蒋树屏,黄伦海,胡学兵.超大断面公路隧道的设计与研究J.地下空间与工程学报,2005,1(1):54-613 龙头山隧道设计图.西安:中交第一公路堪察设计研究院.2005.44 宫成兵等.大断面单洞四车道公路隧道结构设计与施工方案探讨.公路，