Construction Technology of Large-section Loess Tunnel in Steep Wall
蒋德军 JIANG De-jun
（中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043）
（China Railway First Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Xi'an 710043，China）
摘要：根据某客运专线隧道洞口位于半山腰黄土陡壁上的情况，对比了洞口场地回填进洞、沿坡脚修便道进洞、横洞进洞三台阶出洞及横洞进洞小导洞出洞四种方案，并对四种方案的从安全性、环境影响、工期、费用四个方面进行对比分析、打分，最终选定了横洞进洞小导洞出洞方案，并成功运用于兰山隧道进口进洞施工，以期为类似项目提供借鉴。
Abstract: According to the situation that the tunnel entrance of a passenger dedicated line is located on the steep wall of the loess hillside, four construction schemes are compared, and scored from the aspects of safety, environmental impact, construction period and cost. Finally the horizontal hole entrance small guide hole exit scheme is selected, and successfully applied to the entrance construction of Lansahn tunnel, in order to provide reference for similar projects.
关键词：进洞；出洞；小导洞；黄土；陡壁；客运专线；方案比选；经济性分析
Key words: entry hole；exit hole；small guide hole；loess；steep wall；passenger dedicated line；scheme comparison；economic analysis
中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）22-0146-03
0 引言
隧道洞口多位于山脚下，一般距原地表高差不超过15m。随着“一带一路”战略的纵深推进，西部黄土高原的隧道工程逐渐增多，一些隧道位于黄土高原沟壑梁峁间，因线路原因常出现在“V”形深沟内“两隧夹一桥”，[1]高桥连高隧的现象，许多桥墩高达数十米甚至上百米，因此就出现了隧道在边坡不同高程进洞的情况，在大断面黄土隧道高陡边坡进洞研究方面：
①在综合研究方面：[2]王秉勇等结合宝兰客专黄土隧道进洞施工情况，指出黄土隧道进洞困难，经常发生仰坡开裂、导向墙下沉等问题。提出黄土隧道进洞前必须认真调查地形、地貌、陷穴、冲沟等，据此评价仰坡和周围山体的稳定性；进洞前要充分加固洞口两翼山坡的坡脚；进洞施工时要合理选择施工工法和支护措施，同时设置合理的预留沉降量。
②在进洞方案选择上有以下3种：）洞口场地回填进洞，如：[3]杨勇对位于冲沟地段浅埋偏压的太焦铁路赵卜峪隧道进口采取施工场地回填的方法进洞。2）分层分段削坡进洞，如：[4]谭利华等人对陡峻峭壁位置隧道采用分层分段方式进行陡峻峭壁位置爆破削坡进洞；3）横洞进洞，小导洞出洞，如：[5]庞石对位于省道边陡峻山坡上的广东省仁新高速公路坪田隧道武汉端洞口采用开挖斜井的方式进入隧道正洞施工,隧道正洞洞口采用从暗洞以小导洞的形式出洞。
③从设计角度，[6]韩华轩、马志富系统地研究了高陡偏压洞口的设计理念及设计原则，提出1）采用锚固桩、护拱、耳墙、锚索格梁、洞门及支挡、强支护等综合预加固结构方案解决高陡偏压洞口的稳定安全问题；2）采用少刷坡和弱爆破的开挖方案，将洞门结构、仰坡防护结构、洞口附属支挡结构与洞口地形地质有机结合的结构措施。
以上研究为大断面黄土隧道高陡边坡进洞施工提供了丰富实践经验和理论技术支撑，本文根据宝兰客专兰山隧道进口位于半山腰黄土陡壁上的情况，对比了直接进洞、横洞进洞分台阶出洞及横洞进洞小导洞出洞三种方案，最终选定了横洞进洞小导洞出洞方案。并对三种方案的经济性进行了分析。从方案和经济性上说明了位于陡壁上黄土大断面隧道进洞施工采取小导洞出洞方案的可行性和经济性。
1 工程概况
宝兰客专兰山隧道全长5452.8m，位于兰州市南侧皋兰山腹地，横贯皋兰山，进口洞口位于大坪沟左岸，大坪沟为V形冲沟，边坡陡峭，砂质黄土与泥岩分界面出露，属于高陡边坡，高度70-80m，坡角45°～50°，坡面植被零星覆盖，表层为第四系上更新统风积砂质黄土、下伏第三系泥岩。仰坡坡面发育多条黄土冲沟，两侧冲沟之间形成凸面坡。黄土陷穴沿冲沟发育，部分黄土陷穴底部贯通形成暗穴。隧道进口里程DK1022+880轨面标高1727.69m，沟底标高1697.75m，高差达30m，洞口下方坡面受沟内流水掏蚀，基本垂直。大坪沟中桥全长95.4m，位于大坪沟为V形冲沟内，且大坪沟中桥宝鸡台、兰州台均采取桥台进洞设计，桥台台尾里程DK1022+890.5，进入兰山隧道进口洞内10.5m。兰山隧道进口濒临陡坎深沟，沟深达140m，便道修建及横洞进洞都异常困难，同时沟谷山体、山坡多处滑坡、溜方，洞口安全风险极高。由于隧道进洞口为浅埋，为了保证隧道开挖稳定，从兰山隧道1#横洞宝鸡端方向开挖至距隧道洞口30m处，采用铣挖机开挖，人工辅助；开挖至距隧道洞口20m处，在隧道中上台阶线右开挖小导洞，小导洞内采用上下台阶法开挖。小导洞开挖至洞口处，开始施做兰山隧道进口抗滑桩（方桩），后开挖洞口边仰坡，边坡开挖防护至拱部位置后暂停开挖，及时施作管棚预支护，预先处理围岩，提高其整体性，增加稳定性，能承受开挖后的围岩应力和抑止围岩变形。洞口防护施工及超强大管棚施工完成后，采用三台阶开挖法将兰山隧道洞口段施工完成。
由于施工场地极为狭窄，无进洞条件，在兰山隧道进口设计一座横洞辅助出洞，与正洞交于DK1023+000，距兰山隧道进口120m。
2 进洞施工方案比选
2.1 进洞方案
有以下三种方案可选：
方案一：洞口场地回填，修建便道进洞。挖取大坪沟两侧山体土体，逐级回填至洞口。由于洞口距沟底高度30m，按照8%的坡度，需回填双车道（按6.5m）道路长度约400m，填方量约8.4万方。存在问题：挖取大坪沟两侧山体土体8.4万方，破坏大坪沟脆弱的生态环境；且洞口回填将堵塞大坪沟行洪通道，存在安全隐患。
方案二：沿坡脚修便道进洞。由于兰山进口侧坡脚均为几乎直立的风化泥岩柱或立壁，无法修建便道。
方案三：①横洞进洞，台阶法出洞；②横洞进洞，小导洞出洞。2种方案均可避免修建大量临时工程。不需修建便道，但需要开挖324m横洞进洞，由横洞进入正洞后开挖至距离明暗交界30m时从边墙部位设置侧壁小导洞先行出洞，小导洞出洞后再通过小导洞运送管棚施工机具及材料，利用洞口有限场地从洞外施工大管棚，并对边仰坡进行加固处理，管棚及坡面加固施工完成后再对进口进行扩挖施工。
三种方案的对比见表1。
对三个方案从安全、环境影响、工期、费用进行评分（见表2），方案三②横洞进洞，小导洞出洞评分175分，可见横洞进洞，小导洞出洞方案虽然工期较长，但从施工安全、对周边环境的破坏、影响，防洪防汛及经济性方面综合考虑，该方案最有利，因而选取该方案。
2.2 小导洞出洞施工方案
2.2.1 总体施工方案
由兰山隧道进口横洞宝鸡端开挖至距隧道洞口30m处，采用铣挖机开挖，人工辅助；开挖至距隧道洞口20m处，在隧道中、上台阶线右侧开挖小导洞，小导洞内采用上下台阶法开挖。小导洞开挖至洞口处，开始施做兰山隧道进口抗滑桩（方桩），然后开挖洞口边仰坡，边坡开挖防护至拱部位置后暂停开挖，及时施作大管棚预支护，预先加固围岩，提高其整体性，增加稳定性。洞口防护及大管棚施工完成后，开挖支护上台阶左侧剩余部分，按设计采用三台阶临时横撑法将剩余兰山隧道洞口段剩余部分开挖支护施工完成。
2.2.2 施工工艺流程
兰山隧道进口进洞施工工艺流程如下：
横洞进洞→横洞开挖支护施工→三岔口挑顶施工→三台阶临时横撑法正洞施工→小导洞出洞→方桩施工→洞口仰坡防护施工→反向施做大管棚→反向由进口向出口方向施工剩余洞口开挖支护→洞内仰拱衬砌施工。
以下重点介绍小导洞出洞施工。
2.2.3 小导洞出洞施工
小导洞具体施工措施如下：
①断面尺寸及开挖方法：小导洞高约6.5m，宽约5.6m，采用两台阶法开挖，上台阶高约3m，下台阶高约3.5m。
②超前支护：小导洞拱墙均设置Ф42超前小导管，小导管采用长3.5m的Φ42无缝钢管，环向间距40cm。
③初期支护：正洞边墙采用原设计初支参数施工。小导洞侧壁采用I18钢架，钢架间距0.6m，纵向采用Φ22钢筋连接，环向间距1m/根；喷射C25混凝土厚度25cm，底部设I18横向支撑；侧墙Ф22砂浆锚杆长度4m，间距为1.2*1.0m（环×纵）；分部开挖处钢架底部设置Ф42锁脚锚管加固，每处2根，每根长4m；拱墙挂设Ф8钢筋网片，网格间距20*20cm。支护参数详表3。
2.2.4 实施过程及控制要点
兰山隧道横洞向进口方向按照设计采用三台阶临时横撑法施工，于2014年5月30日到达里程DK1022+910.2（距明暗交界里程20m处），对上中下台阶设置临时横撑后暂停开挖，对掌子面采用C25混凝土封闭。封闭后在隧道中、上台阶线右侧开挖小导洞，小导洞上下台阶高度分界线正洞上中台阶分界线一致，上台阶高约3m，下台阶高约3.5m。小导洞高约6.5m，宽约5.6m，采用两台阶法开挖。由于断面较小，同时为了减小对边坡的扰动，采用铣挖机配合人工开挖。上台阶循环进尺0.6m，下台阶循环进尺1.2m，上台阶超前下台阶5m。于2014年6月20日完成小导洞出洞施工。
边仰坡及大管棚施工完成后，从兰山进口进洞施工剩余部分时，开挖支护顺序为：
左侧上台阶→左侧中台阶→左侧下台阶，在左侧下台阶拱架落底后才能拆除小导洞侧壁I18支撑拱架及小导洞横撑、开挖右侧下台阶。
3 结论
对于位于陡壁上大断面黄土隧道，兰山隧道进口利用小导洞分部开挖，减小开挖断面，安全出洞，再利用小导洞作为施工运输通道进行洞口防护工程及超前大管棚施工，确保安全后反向进洞施工，能够确保施工安全、最大限度减少对环境影响、经济合理，在兰山隧道进口得到成功应用，值得类似项目借鉴。
参考文献：
[1]张钦鹏.考虑边坡进洞高程的大断面黄土隧道洞口段动力响应特征研究[D].导师：梁庆国：兰州交通大学，2017.
[2]王秉勇，罗龙，赵世全.论黄土隧道进洞关键技术[J].铁道建筑技术，2016（02）：22-26，30.
[3]杨勇.冲沟地段浅埋偏压隧道进洞施工技术[J].现代工业经济和信息化，2017（04）：51-53，55.
[4]谭利华， 秦立鹏，赵钊，等.陡峻峭壁位置隧道进洞施工技术[J].城市建设理论研究（电子版），2017（34）.
[5]庞石.复杂地形地质条件下隧道出洞施工技术[J].建材与装饰，2016（48）：266-269.
[6]韩华轩，马志富.山区高速铁路隧道高陡偏压洞口设计与实践[J].铁道工程学报，2015（12）：58-62. |
