城市隧道绿色洞口设计施工关键技术.doc

城市隧道绿色洞口设计施工关键技术1 引言在隧道建设中，洞口施工的传统方法是先进行洞口边仰坡开挖、防护，在边仰坡稳定后，再开始进洞施工，这将对洞口自然环境造成一定的破坏。有些洞口采用加长明洞进行回填绿化的方法加以恢复环境，但对原生植被的破坏却是不可恢复的，尤其对于森林茂密的风景区来说更为突出。隧道洞口应尽量适应地形和地质条件，注重环境保护，避免高填深挖，直接切坡进洞，把隧道仰坡挖得又陡又高，极不稳定，往往在雨季出现大垮大塌现象，有的甚至不可收拾，而需要补作庞大的边坡防护工程。目前隧道施工技术较为先进的国家已经摒弃了这种传统施工方法，而采取保护山坡自然进洞的方法进行隧道洞口施工，即不切坡进洞，而是在洞外不开挖山脚土体的情况下，采用开槽施工的方法先修接明洞或套拱，然后采用在明洞内暗洞施工，采用冲击破碎开挖进洞。这样既可保全洞口山坡及原生植被免遭破坏，减小洞口仰坡防护工程，也是保证仰坡稳定较为理想的方法。对于上下行分离式的石板公路隧道，不仅可以保护单个洞口的山坡和植被，更重要的还可以大大减少两洞间土埂的开挖，这既可保护两洞间土埂上的原生植被，又可借助土埂维持两洞口山体的稳定，可谓一举两得。为此，需要从施工工序、工艺方面着手改变传统的洞口施工方法。隧道的设计和施工一直提倡“早进晚出”，但在很多隧道的建设中考虑到降低投入及方便施工，往往在洞口采用大挖大刷进洞，或采用加长明洞回填绿化的方法，并没有实现真正意义上的“早进晚出”。实际施工中，可根据隧道洞口的地形、地质条件，先在洞外开槽施工架设钢拱架混凝土套拱，逐榀推进去“亲吻”山体，接触山体进行微开挖即可进洞；在地形偏压地段，可采用不规则的套拱方式，局部增加管棚套拱的长度，最大限度地少开挖洞口边仰坡，真正实现“早进晚出”。城市隧道绿色洞口设计施工技术将使隧道洞口施工更加规范化、标准化、环保化，能较好地解决长期以来传统洞口施工方法造成的各种边仰坡病害和对自然环境的破坏。城市隧道绿色洞口设计施工技术的总体思想是改变传统的隧道洞口设计理念和施工工艺，结合公路隧道洞口的特点，遵循环保、安全、经济原则，在少开挖隧道洞口边仰坡的情况下，两侧开槽，在原设计明洞外轮廓以外施作工字钢拱架并浇注混凝土，作为管棚的套拱，根据地形条件，管棚套拱可采用异型结构，从而减少洞口的边仰坡开挖范围；管棚套拱可根据洞口的边仰坡稳定情况，确定其长度及洞顶的回填时机，以确保隧道洞口的景观效果和安全要求。2 工程概述石板隧道是连接中梁山东西两侧的一条重要东西向通道，起于现状白彭路遇锦驿路交叉口，跨木场沟，穿中梁山，下穿中梁山支线铁路、跳蹬至重庆西灯泡线、跳蹬联络线、重庆西站编组站，经过重庆福道钢材市场后，于金科阳关小镇处接入现状金建路。隧道左线起止桩号为：ZK0+970-ZK5+932，隧道全长4962m；隧道右线起止桩号为：YK0+960-YK5+934，隧道全长4974m，属特长隧道。本隧道为设计行车速度60km/h的双洞六车道城市主干道，隧道内最大纵坡1.98%，最小纵坡0.3%。线路区地层主要为一套海相与浅海相碳酸岩盐、碎屑岩和内陆相碎屑岩沉积；出露的地层除白垩系、第三系缺失外，自二叠系至第四系均有不同程度的发育。以侏罗系出露厚度最大、分布最广，三叠系次之，二叠系最少。第四系零星分布，厚度不大。2.1 隧道进口2.1.1隧道进口工程地质条件石板隧道进口位于九龙坡区白市驿镇高峰寺村，有乡村公路与之相通，交通较为便利。洞口段为斜坡地貌，地形相对起伏变化较大，地形倾角一般829°，局部基岩陡坎可达60°。坡底发育一季节性冲沟，为洗马沟，勘察期间有少量流水。沟底为粉质粘土和碎石覆盖，厚度不大，沟两侧可见基岩出露。左右两线洞口相距30.0m。图2.1.1-1 石板隧道进口照片地表为第四系坡残坡积（Q4el +dl）粉质粘土，厚度0.07.4m。下伏侏罗系中下统自流井组（J1-2z）、珍珠冲组（J1z）地层，主要岩性以泥岩、砂岩为主，局部夹页岩、生物灰岩，粉砂岩。由于风化与卸荷作用，表层有0.46.3m的强风化层。 岩层产状265°61°，主要发育三组裂隙：193°81°；52°34°；3°85°。（1）左线洞口仰坡洞顶地形坡度926°。上部覆盖粉质粘土，厚度2.05.8m，局部夹少量碎石，下伏基岩以泥岩、砂岩为主，局部夹页岩、生物灰岩，粉砂岩。洞口开挖后将形成岩土质边坡。土质部分：经现场调查访问，在暴雨状况下，边坡未见明显变形迹象，安全系数1.05，属基本稳定稳定状态。开挖后坡高约5.8m。在暴雨状况下，土质边坡稳定性系数0.93，处于不稳定状态，边坡会沿着岩土界面滑移。图2.1.1-2 进口左线地质纵断面图岩质部分：仰坡为顺向坡，直立开挖边坡易顺层滑移；裂隙组合线切割边坡，形成外倾楔形体。开挖中楔形体可能产生滑移和局部掉块。仰坡在垂直开挖状态下稳定系数为0.69，处于不稳定状态。左侧边坡该侧边坡主要由可塑状粉质粘土组成，局部含少量碎块石，厚度约5.0m。由于岩土界面较缓，隧道开挖后土质边坡不会发生沿岩土界面整体性失稳破坏，但可能会发生沿土体内部的圆弧滑动。右侧边坡该侧为岩土质边坡，主要由粉质粘土和泥岩组成，高约9.0m，土质部分高约6.2m，岩质部分高2.8m。土质部分：岩土界面较陡，倾角一般814°。边坡11.5开挖放坡后稳定系数为1.24，处于基本稳定状态。岩质部分：以中风化岩体为主，边坡岩体类型为类。边坡为切向坡，发育有外倾结构面，倾角较陡，为85°，对边坡稳定性影响较小。（2）右线洞口仰坡：洞顶地形坡度926°。上部覆盖层为粉质粘土，厚度约2.05.1m，局部夹少量碎石，下伏基岩以泥岩、砂岩为主，局部夹页岩、生物灰岩，粉砂岩。土质部分：厚2.05.1m，基岩面坡度约1225°。在暴雨状况下，隧道开挖后土质边坡稳定性系数0.93，为不稳定状态。岩质部分：仰坡为顺向坡，直立开挖边坡易顺层滑移；仰坡在垂直开挖状态下稳定系数为0.69，处于不稳定状态。左侧边坡该侧为岩土质边坡，主要由粉质粘土和泥岩、生物灰岩组成，高约13.8m，土质部分高约4.7m，岩质部分高约9.1m。土质部分：该侧边坡岩土界面较缓，倾角一般38°，隧道开挖后土质边坡不会发生沿岩土界面滑移的整体稳定性问题，但土质边坡高度较大，可能会在土体内部发生圆弧滑动。岩质部分：边坡为切向坡，发育有外倾结构面，但倾角较陡，为81°，对边坡稳定性影响较小。右侧边坡该侧为岩土质边坡，主要由粉质粘土和泥岩、生物灰岩组成，高约15.3m，土质部分高约4.3m，岩质部分高约11.0m。土质部分：该侧边坡岩土界面较缓，倾角一般05°，隧道开挖后土质边坡不会发生沿岩土界面滑移的整体稳定性问题，但土质边坡高度较大，可能会在土体内部发生圆弧滑动。岩质部分：边坡为切向坡，发育有外倾结构面，但倾角较陡，为85°，对边坡稳定性影响较小。2.1.2 隧道进口设计情况隧道进口左线洞口桩号为ZK0+970，设置了20m的明洞结构。隧道洞口边坡分两级开挖，顶层边坡位于土质内，按1：1的坡率放坡开挖；下层边坡位于基岩内，按1：0.5的坡率放坡开挖，两级边坡间设置0.5m宽的马口；边坡统一采用喷网防护，喷射混凝土采用8cm厚C20混凝土，钢筋网采用8钢筋，网格间距25cm×25cm。洞顶以上仰坡高度6m左右，也分两级边坡进行开挖，土质仰坡按1：1的坡率放坡开挖，岩质仰坡按1：0.5的坡率开挖，两级边坡间设置1m宽的马口。仰坡采用喷锚网防护，C20喷射混凝土厚8cm，8钢筋网网格间距25cm×25cm，锚杆采用2.5m长22砂浆锚杆，按2m×2m间距梅花形布设。洞口待明洞结构施作完毕后，以仰坡开挖边界为回填控制点，进行地面线的恢复性回填，洞口削竹段按1：1.25的坡率进行回填，坡面采用网格植草防护。隧道进口右线洞口桩号为YK0+960，设置了20m的明洞结构。该洞口的开挖及回填措施与左洞洞口基本一致。图2.1.1-3 进口左线结构纵断面图图2.1.1-4 进口右线结构纵断面图2.2 隧道出口2.2.1隧道出口工程地质条件石板隧道出口位于九龙坡区中梁山镇石堰村三社，有公路与之相通，交通较为便利。场地整体地形起伏较小，地面高程270.5295.5m。地表为第四系素填土与粉质粘土，素填土厚度1.206.50m，主要为粉质粘土夹砂泥岩碎块石，靠近厂房区域含少量建筑垃圾，碎块石块径326cm，最大可达60cm，含量3055%，多呈松散稍密状；粉质粘土厚度0.007.80m，褐黄色，可塑状，含少量砂泥岩碎石，下伏侏罗系中统新田沟组（J2x）和下沙溪庙组（J2xs）地层，主要岩性为泥岩夹页岩和砂岩。强风化厚度1.66.2m的。岩层产状108°110°65°71°，主要发育三组裂隙：211°86°；298°56°；340°5°。拟建隧道出口段呈斜坡地貌，西低东高，坡度约1°24°，岩土界面倾角与原始地面基本一致。根据设计方案，里程ZK5+777ZK5+847（YK5+788YK5+843）为明挖段，边坡开挖后将在左侧形成高15.021.0m 的岩土质边坡；在右侧形成高14.020.5m 的岩土质边坡。岩性以泥岩为主，泥岩为极软岩，岩体较完整。仰坡：洞顶地形较陡，坡度1°24°。覆盖层为粉质粘土和素填土，下伏基岩为新田沟组（J2x）和下沙溪庙组（J2xs）地层，主要岩性为泥岩夹页岩、砂岩。土质部分：该段地形较平坦，土层厚度1.7012.20m，基岩面总体坡度较缓，现状基本稳定，但覆盖层厚度较大，开挖时土体边坡局部可能滑移或垮塌。图2.2.1-1 出口左线地质纵断面图里程ZK5+777、YK5+788之前为暗挖段，该段斜坡坡度约为12°24°，隧道仰坡土质部分厚度为0.803.70m，未发现明显变形现象，但隧道明挖段施工后将使暗挖段仰坡失去支撑，可能失稳破坏。在暴雨状况下开挖后土质边坡稳定性系数0.99，处于不稳定状态。边坡会沿着岩土界面滑移。岩质部分：仰坡为顺向坡，直立开挖边坡易顺层滑移。仰坡在垂直开挖状态下稳定系数为0.90，处于不稳定状态。若按1:0.5放坡，坡角为63°，均小于岩层面倾角71°及岩体破裂角61.75°。左侧边坡：为岩土质边坡，上部覆盖层为素填土和粉质粘土，下伏侏罗系中统新田沟组（J2x）和下沙溪庙组（J2xs）地层，主要岩性为泥岩夹页岩、砂岩。土质部分：岩土交界面平缓，整体侧向滑移的可能性小。岩质部分：岩质部分为切向坡，边坡稳定性主要受岩体自身强度控制。右侧边坡：为岩土质边坡，上部覆盖层为素填土和粉质粘土，下伏侏罗系中统新田沟组（J2x）和下沙溪庙组（J2xs）地层，主要岩性为泥岩夹页岩、砂岩。土质部分：岩土交界面平缓，整体侧向滑移的可能性小。岩质部分：岩质部分为切向坡，边坡稳定性主要受岩体自身强度控制。2.2.2 隧道出口设计情况本隧道出口条件比较复杂，出口段先采用浅埋暗挖方式下穿中梁山支线铁路后，接中梁山发电厂明挖结构后，进入山体暗挖隧道，因此，本隧道工程上的出口位置应为中梁山发电厂明挖段。该段明挖隧道基坑采用放坡开挖，边坡采用2级边坡，一级边坡位于土质地层中，临时边坡采用1：1坡率，永久边坡采用1：1.5坡率，坡面无防护设施；2级边坡隧道起拱线以下采用垂直开挖，起拱线以上采用1：0.5的临时坡率，边坡采用喷锚网防护，C20喷射混凝土厚15cm，锚杆采用3.5m长22砂浆锚杆，按1.2m×1.2m间距设置，钢筋网采用8钢筋，网格间距25cm×25cm。两级边坡间设置1m宽的马口。图2.2.2-1