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顺层地质条件下浅埋偏压连拱隧道洞口段施工技术研究

2024-07-05 88 上传者：管理员

摘要：浅埋偏压连拱隧道洞口段施工面临诸多技术挑战，特别是在顺层地质条件下，施工难度显著增大。针对实际工程案例，文章分析了顺层地质的特点及施工难点，通过对隧道洞口段前期施工准备、进洞施工、施工异常情况监测三部分进行分析，提出了相应的施工方案和关键技术措施。实例分析结果表明，顺层地质条件下浅埋偏压连拱隧道洞口段施工技术可有效提高施工的安全性和稳定性，可为类似工程提供参考和借鉴。

关键词：
施工技术
洞口段施工
浅埋偏压连拱隧道
设施建设
顺层地质条件
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随着交通基础设施建设的快速发展，隧道工程在山区公路和铁路建设中越来越普遍。在隧道施工过程中，顺层地质条件是一种常见的地质现象，给施工带来了许多技术挑战，特别是在浅埋偏压连拱隧道洞口段，由于地形复杂，施工难度极大。因此，研究顺层地质条件下浅埋偏压连拱隧道洞口段的施工技术具有重要的理论意义和实际应用价值。该文旨在系统地探讨顺层地质条件下浅埋偏压连拱隧道洞口段的施工技术，通过与工程实践相结合的方法，深入研究该地质条件下隧道施工的难点和关键技术难题。同时，结合具体工程实例，总结出一套浅埋偏压连拱隧道洞口段的施工技术，为类似工程提供参考和借鉴。通过本研究，以期提高隧道施工的安全性，推动隧道工程技术的进步和发展[1]。

1、顺层地质条件下浅埋偏压连拱隧道洞口段施工技术的设计

1.1浅埋偏压连拱隧道洞口段前期施工准备

首先，在顺层地质条件下，连拱隧道洞口段的施工需要进行地形地貌的调查，了解隧道洞口周边的地形地貌特征，包括山体走向、地形起伏等，以便评估施工难度和采取相应的技术措施。通过钻孔、物探等方法，了解隧道洞口段的地层结构、地质构造等，分析地层的稳定性及可能存在的地质灾害[2]。

在施工过程中，需要考虑实际施工场地的地质条件，采用荷载等效高度进行隧道深埋、浅埋的判定，计算隧道洞口上方覆盖层的厚度。在实际施工中，埋深h≤hα时的隧道为浅埋隧道。荷载等效高度的计算公式如下：

式中，hβ——荷载的等效高度；hα——浅埋隧道的分界深度（m）。

荷载的等效高度ho的计算公式如下：

式中，ε——围岩的重度（k N/m3);w——垂直均布压力（k N/m2）；——宽度影响系数；r——围岩的级别。

另外，需要调查并判定该隧道是否为偏压隧道。在隧道开挖过程中，由于受多种因素的影响，其所受荷载可能呈现左右非对称性，即一方压力大于另一方的应力，称为偏压隧道[3]。设定隧道洞口段的地面坡度与偏压的分布一致，则其垂直压力的计算公式如下：

式中，、——内外侧的侧压力系数；p、p′——表示内外侧的拱顶水平面至地面的高度（m）。

侧向压力的计算公式如下：

式中，pi、pi′——代表内外侧的任意一点i至地面的距离（m）。

通过以上地形、地质的调查工作，可以全面了解隧道洞口段的地质环境，为浅埋偏压连拱隧道洞口段施工制定合理的施工原则和采取有效的技术措施提供依据。同时，也为施工过程中的地质监测和预警提供基础资料[4]。

1.2连拱隧道洞口的进洞施工

为了确保隧道工程的安全顺利进行，在隧洞开挖前，对洞口周边的处理至关重要。这一处理旨在改善边坡和山体的整体稳定性，为后续的施工和开挖提供坚实的基础。首先，洞内围岩的支护措施必不可少。由于隧洞内的围岩可能存在不稳定的情况，因此需要采取适当的支护措施进行加固和稳定，可以通过喷射混凝土、安装钢拱架、锚杆支护等方式实现，以确保洞内围岩的稳定性和安全性。其次，洞外地表边仰坡的一体化稳定措施也是关键。为了防止地表边仰坡的滑移和坍塌，需要采取适当的措施加固和稳定这些区域，可以通过设置挡土墙、排水系统、植草防护等方式实现，以确保地表边仰坡的整体稳定性和安全性。通过采取适当的消除措施，可以有效应对隧道洞口段的偏压效应，确保施工安全和质量。这些措施的实施需要根据实际情况进行具体分析和设计，以确保隧道工程的安全和质量[5]。

基于此，该文选择边仰坡开挖及边开挖边支护的方式对浅埋偏压连拱隧道洞口段进行施工。

在完成防渗、排水设计后，按照设计图及放线成果[6]，从上到下逐层开挖，同时进行支护。

开挖前须做好以下工作，须经过严谨分析论证可行性后才能动土，以防止边坡滑塌事故发生：

(1）仔细研究设计图纸和地质报告，核对现场地形地质地貌等实际情况是否与设计相符。

(2）了解当地水文气象情况，做好排水措施，并避开雨季进行洞口施工。

(3）采取钻孔等方式重新对洞口位置进行地质调查，了解隧道洞口边仰坡和洞身开挖范围内的真实地质情况。

(4）采取多种监测方式对边坡的稳定性实时监测，主要可采用地表观测点、深孔位移监测、GNSS地表位移监测等方式。

(5）编制洞口施工专项方案，聘请相关专家进行咨询论证。

开挖步骤如下：

(1）仰坡按1∶0.75进行放坡，按照1∶0.5～1∶1进行边坡，并用手动风镐配合挖土机进行开挖。

(2）对于较大的、坚硬的岩石，可用缓慢膨胀的炸药进行爆破。严禁大爆，如有需要，可采取松散控制的爆破措施。

(3）在坡面上设置4.0 m的砂浆锚，以梅花形布置，间距0.8 m，悬挂钢筋网，网孔间距25 cm×25 cm，并在其上铺10 cm厚的C20喷射混凝土。

(4）开挖至隧底标高后，对其进行承载能力测试，在满足相应条件后方可开始下一步施工。当基础承载力不能满足设计要求时，可更换C20片石混凝土，并经验收后方可进行仰拱施工。

仰拱施工基本流程如图1所示。

图1仰拱施工基本流程图

(1)1#部分环形导坑的初期支护：在仰拱施工前，需要对环形导坑进行初期支护，以确保隧道结构的稳定。

(2）边墙交错上下两部分开挖：为了降低对隧道结构的压力，需要交错开挖上下的边墙部分。

(3)2#、3#边墙进行初期支护：在开挖边墙后，立即进行初期支护，包括喷射混凝土、安装钢拱架等。

(4）沿中心线核心土开挖：为了确保隧道的稳定性，应避免因中心线核心土的开挖而导致隧道变形。

(5）下断面跳槽开挖：为了防止大面积开挖造成的隧道结构不稳定，采用跳槽开挖的方式进行下断面的开挖。

(6)4#部分仰拱施工：在完成上述步骤后，开始进行仰拱部分的施工，包括浇筑混凝土、铺设防水层等。

(7)5#部分仰拱回填：在仰拱混凝土达到一定强度后，进行仰拱回填，以恢复隧道的完整性。

(8)6#部分进行二次衬砌：进行二次衬砌施工，进一步提高隧道的结构强度和稳定性。

1.3顺层地质条件下隧道洞口段施工异常情况监测

一般来说，隧道洞口段的围岩普遍存在破碎、软弱等特点，且多为浅埋偏压段，在施工过程中极易造成洞室围岩坍塌、大变形等工程事故，严重威胁着隧道建设的安全。为此，通过监测围岩的受力与变形状况[7]，判定围岩的稳定性与安全性，并对初次、二次衬砌的合理与否进行评价，以指导工程建设。

以往工程实践表明，必须对围岩的稳定性进行跟踪调查和测量，才能确保隧道的安全、施工措施的合理优化。在施工过程中，既要对拱顶沉降、地表沉降、水平沉降等重要内容进行监测，又要满足相关监测测量的频次要求。详细情况如表1所示。

2、实例分析

2.1工程概况

为验证该文设计的顺层地质条件下浅埋偏压连拱隧道洞口段施工技术，在实际工程建设中具有一定的应用可行性，现以一隧道施工工程为例进行分析研究。

该工程位于Q市，其连拱隧道工程的洞口门都采用了连拱单压端墙结构。该隧道全长300 m，在设计中没有考虑行人过街、机动车交叉道和应急车道。工程地质条件为Ⅳ、Ⅴ类，采用新奥施工方法。在施工过程中，针对不同的岩体类型，并考虑现场的具体条件，设计了合适的施工工艺，以短进尺、小爆破为原则，从上往下开挖支护，从下往上进行衬砌施工。表2为该工程设计的主要技术指标。

表1隧道洞口段监测必测项目

表2隧道工程技术指标

该隧道的出口端小里程方向约80 m范围内，洞顶处于浅埋且严重偏压、顺层地段。为确保隧道施工和运营安全，该工程所在的设计院根据现场地质地形实际情况，对出口浅埋段进行了加固设计，同时也对隧道上下方山体进行了施工处理。

基于以上基本情况，该工程使用该文设计的顺层地质条件下浅埋偏压连拱隧道洞口段施工技术进行实际施工建设，将未使用该技术前的拱顶下沉数值进行收集计算，并与使用该技术优化后的拱顶沉降数值进行对比分析，以期验证该技术的有效性。

2.2施工结果与讨论

该工程对比测试中的拱顶沉降数值结果如表3所示：

表3拱顶沉降对比测试结果

根据上述测试结果可以看出，顺层地质条件下浅埋偏压连拱隧道洞口段施工技术在该工程中取得了积极的测试结果[8]。因此，可以证明通过合理的施工方案和关键的技术措施，隧道洞口段的施工安全性和稳定性得到了有效提高，为类似工程提供了有益的参考和借鉴。

3、结束语

通过研究，该文对顺层地质条件下浅埋偏压连拱隧道洞口段的施工技术进行了深入探讨和实践。研究结果表明，采用合理的开挖顺序、支护措施和辅助施工方法，可以有效控制隧道洞口段的变形和稳定性，确保施工安全和质量。同时,在实施过程中还应加强监测测量和相关信息管理，并适时调节施工参数、合理调整设计方案。

参考文献:

[1]林宇亮,卢思达,杨果林,等.浅埋偏压多洞室隧道洞口段施工力学特性现场试验研究[J].中南大学学报(自然科学版), 2023(12):4720-4731.