傍山公路隧道洞口设计

公路隧道　２０１１年第１期（总第７３期）　傍山公路隧道洞口设计　高珍忠　郭小红　柯小华　贾瑞华　（中交第二公路勘察设计研究院有限公司武汉４３００５２）　摘　要　本文结合宁淮高速公路老山二号隧道和包茂高速公路芭蕉隧道，提出了傍山公路隧道的另外两种成洞　方式，并从环保和安全方面进行了比较，找出了各种成洞方式的适用条件，供相关设计参考。　关键词　傍山隧道洞口设计棚洞盖挖法半明半暗结构　１　引　言　近年来，我国公路建设得到了迅猛发展，高等级　公路建设正从东部平原地区向西部山区延伸，山区　高速公路通常傍山沿河而行；山区河流的特点是河　床狭窄、弯曲，经过常年的河水侵蚀和风化作用，地　势往往变得陡峻；为改善公路线形，常常要修建傍山　公路隧道，路线沿河傍山地段，当以隧道通过时，其　位置宜向山侧内移，避免出现隧道一侧洞壁过薄、河　图２偏压明洞式　流冲刷和不良地质的不利影响，傍山公路隧道一般　造价也最高。经济适用性上差，此结构偏压明洞的　洞口段埋深较浅，出现长偏压地段，地质条件比较复　外挡墙裸露在外，很难通过绿化手段改善景观，与周　杂，如有山体崩塌、滑坡、松散堆积体等不良现象，施　围自然环境很不协调。　工中会破坏山体平衡，造成各种病害。　传统的设计形式具有一定的优点同时也日益暴　针对傍山隧道洞口特点，传统的设计形式是采　露出缺陷，尤其在提倡环境保护，提倡与自然环境相　用路堑形式（图１）和偏压明洞式（图２）。　协调的今天，传统的设计形式与周围环境之间的不　协调表现得更加突出。因此，本文又介绍两种傍山　隧道洞口设计形式，即采用景观洞门形式一棚洞和　采用半明半暗的洞门形式一盖挖法。　２棚洞设计　２～３Ｓｍ　棚洞洞口具有美观大方，结构轻巧，与环境协调　良好等特点。采用棚洞洞门，在设计上除了考虑其　造型，景况等因素外（建筑设计部分），仍考虑山体与　结构受力稳定的因素（结构设计部分）。　图１路堑形式　老山二号隧道是江苏宁（南京）淮（安）高速公路　采用路堑形式：对边坡进行刷坡处理，并做护面　上一座上、下行分离的６车道隧道。位于南京江北　墙进行防护，采取抗滑桩或锚索加固。此方案以破　段，隧址区属南京浦口区老山林场。二号隧道出口　坏自然环境为代价。　穿越山体中间的低洼处，其中右线延山伸长，地形较　采用偏压明洞式：对边坡进行锚喷支护处理。　陡。隧道岩层为０．５～２．８ｍ不等的矿石层，中密，　此方案经常在洞口偏压情况下使用，由于可以直接　其下为强风化灰岩，层厚０．５～２．５ｍ，其下为弱风化　利用隧道衬砌模板台车，而具有易施工的特点，在安　灰岩，为１．０～２．Ｏｍｍ，充系松散层中。老山二号隧　全性能上也很好，不过混凝土用量也是最多的，当然　道过老山森林公园，本着“以人为本、节省能源、可持　・　２８　・　高珍忠，等傍山公路隧道洞口设计　续发展”的建设理念，实现“生态环保目标”，根据地　质和环境地质条件，右线出口ＹＫ６＋５２４～ＹＫ６＋　９００为全长３７６ｍ的平顶斜腿支承棚洞景观结构。　凝土较少，棚洞顶还可以进行绿化，从而使棚洞能很　好与山体相协调和平衡。　棚洞靠山侧结构内轮廓与暗洞隧道完全相同，　主要承载结构为钢筋混凝土棚作拱形结构，该侧下　部采用扩大基础形式；结构与边坡间采用钢筋混凝　土暗拱和浆砌片石回填，下部基础设锁脚锚杆。左　侧采用平板、托梁、斜柱支撑体系，基础采用桩基础，　也可采取扩大基础或深长腿基础，并在斜对应位置　３盖挖法半明半暗结构设计　采用半明半暗的洞门形式一盖挖法，隧道洞门　选取应以保护环境，减少开挖，保持原有地貌为原　则，洞门的选取应尽量轻巧，简单。所以，在重视洞　口安全性的同时，还应考虑洞门与周边自然环境的　有机结合，强调二者的协调性，突出景观因素。　设横向地基梁，连接左右侧基础。棚洞底部不设仰　拱，如图３。　图３棚洞形式　公路棚洞避免了高大边坡的运营安全隐患，运　营安全性高；采用回填绿化，最大限度地恢复了环　境，景观较好，提高了运营舒适性；但棚洞施工难度　较高，对施工人员及技术要求严格。棚洞可以减小　公路开挖范围，较少公路用地，减少公路建设对周围　环境的破坏，注重了环境保护，　而且棚洞本身利用回填耕植土进行生态绿化，　最大限度地恢复原有植被，运营景观较好。棚洞的　社会效益明显，在山区公路建设中可以大量采用，具　有较大的推广价值。　通过接长棚洞，可减少路基开挖数量及开挖高　度；在美观环保上，通过棚洞顶回填植草，可有效绿　化洞口边仰坡，减少了刷坡范围，并且棚洞结构美观　大方，结构轻巧，与环境协调性好。　采用棚洞，棚洞的结构形式颇多，如悬臂棚洞，　柱式棚洞等，可有效地保护洞口自然景观，最大限度　地减少对原始地貌的破坏。此结构形式美观，线条　明快，空灵。外侧的柱子使隧道与外界的开阔地融　为一体，没有了厚重的大体积混凝土给人的压抑和　空间上的隔阂。棚洞一是能防止落石滚到路面，影　响行车安全；二是可以起增光作用；三是车行棚洞　内，人向外眺望，感到心旷神怡，望之尽头又是深洞，　给人以深不可测之意境；四是棚洞结构由于外露混　芭蕉特长隧道是包茂高速公路上一座上、下行　分离的４车道隧道。隧道出口位于紫阳县芭蕉乡鸡　鸣村，洞口位于任河左岸，隧底与河床高差约４０ｍ。　洞口原地表坡度４５。～６Ｏ。，地表碎石土外露，植被稀　疏。隧道左线出口约７０ｍ地形严重偏压，沿线路方　向左侧洞身覆盖层厚度较薄，特别是ＺＫ２７４＋６３３　～＋６２３段洞身局部外露。根据现场实际地形、地　质情况，对芭蕉隧道左线出口Ｖ级围岩地段ＺＫ２７４　＋６３３～＋６１３段洞身局部外露或覆盖层较薄，暗洞　成洞困难，采用明洞形式边坡过高，将带来更大的安　全风险。根据以往的成功＿丁程经验，采用半明半暗　结构形式可显著降低边坡开挖高度，通过挡墙和套　拱反压回填有助于增加坡体整体稳定性。因此，该　段沿线路左侧设置挡墙和套拱，采用半明半暗结构　进洞，如图４。　壤　图４盖挖法半明半暗形式　芭蕉隧道左线出口施Ｔ步骤如下：　（１）进行ＺＫ２７４＋６３３＋６１３段挡墙和套拱开　挖防护，开挖应避开雨季，边开挖边防护（图５）。　（２）施作ＺＫ２７４＋６１３处半幅长管棚。　（３）施作挡墙和套拱，待挡墙和套拱达到设计强　度后进行反压回填（图６）。　（４）施作ＺＫ２７４＋６３３处另半幅长管棚。　（５）进行暗洞开挖和支护，暗洞开挖按ＣＤ法施　工（图７）。　・　２９　・　公路隧道　２０１１年第１期（总第７３期）　置过于靠河而造成，若岩质及其结构较好，则不易产　生偏压。偏压多出现在隧道通过地质不良地段，如　岩层软硬不均和松散堆积层；第四系残坡积层等；傍　山隧道洞口段往往要设计为偏压衬砌，有时采取　ＣＤ法和ＣＲＤ法施工。洞口外由于偏压地质构造　可能出现顺层滑动以及断层破碎带造成不对称荷　载，采取半明半暗的洞门形式，施工采取盖挖法，能　图５盖挖法半明半暗形式施工工序１　有效解决上述问题；外侧基础必须落在基岩上，所以　外侧有时做长腿扩大基础，有时需做成抗滑桩基础；　抗滑桩的悬臂长度应该从土石交接面一直到耳墙的　顶部，因为抗滑桩和隧道耳墙已经形成一个整体，来　抵抗山体的主动土压力。这样往往由于悬臂长度过　长，嵌入基岩长度过短而需在抗滑桩的上部加设锚　索。　如果洞口局部地段外侧挡墙基础悬空或处于坡　积层上，建议设置抗滑桩，以保证边坡稳定。采取盖　图６盖挖法半明半暗形式施工工序２　挖法施＿Ｔ的地段，在套拱完成后，进行洞内施工时，　建议采用ＣＤ法或ＣＲＤ法施工，首先施工浅埋侧，　步骤三：　Ｋ　７ｄ一曩；　～　一ｊ段琦满譬　、０洼进｛亍麓工　再施工深埋侧，以结构偏压消除部分地形偏压。　４　４种方案比较　傍山隧道采取路堑方案，往往需要多级防护，边　坡为永久边坡，有时采取锚索主动防护，有时采取抗　滑桩被动防护，但这些支护措施效果年久会慢慢减　图７盖挖法半明半暗形式施工工序３　弱。采取偏压明洞方案，边坡也要采取锚喷网临时　步骤１：边坡开挖和防护应避开雨季，开挖一级　防护，边坡高度相对路堑方案要低一些，偏压明洞能　防护一级，边坡开挖纵向长度不宜过长，建议以１０ｍ　抵抗较大的偏压荷载，但偏压明洞不易绿化。采取　控制。　棚洞方案，边坡也要采取锚喷网临时防护，边坡更　步骤２：挡墙和套拱施作前应核查地基承载力，　低，棚洞本身不能抵抗太大的偏压荷载，但可以防止　保证［ｄ］≥２５０ＫＰａ，套拱端头部位应扩大置于稳固　落石，也利于景观绿化。采取半明半暗的洞门形式　的基础上。　盖挖法，边坡最低，基本上不伤坡，也利于景观绿　步骤３：傍山隧道中浅埋与偏压两者不是在一　化，只是施工工艺复杂一些。下面从环保（表１）和　切情况都侧同时存在，浅埋多由于隧道依山傍河，位　施二ｒ安全（表２）方面分别作比较。　表１　４种方案环保比较表　比较项目　路堑　偏压明洞　棚洞　盖挖法半明办暗　边坡高度　永久边坡很高　临时边坡较高　临时边坡较低　临时边坡最低　边坡坡率　小　小　小　较大　破坏植被面积　特大　较大　较少　最少　社会意义　严重破坏自然景观　不利于环保　利于环保　利于环保　优劣　劣　劣　优　优　・　３Ｏ　・　高珍忠，等傍山公路隧道洞口设计　表２　４种方案施工安全比较表　比较项目　路堑　偏压明洞　棚洞　盖挖法半明办暗　边坡最大高度（ｍ）　７０～８Ｏ　３０　２０　１Ｏ　边坡坡率　小　小　小　较大　施工工期　长　较短　长　短　施Ｔ范围　大　较大　较小　小　施工风险　大　较大　较小　小　优劣　劣　劣　优　优　５认识与体会　坡，协调周边环境的目的。　（４）采用边仰坡锚喷支护与棚洞结构相结合的　（１）洞口工程是确保整个隧道施工顺利的关键，　傍山隧道结构形式，既能发挥锚杆喷射混凝土护面　傍山隧道洞口常常浅埋偏压，在进行隧道开挖时，应　的作用，减少刷方，又能发挥棚洞结构的支挡作用，　对隧道洞体边坡的岩体结构特征及稳定性进行全面　形成一个互为补充的完整受力体系和边坡防护工　评价，当稳定性较低时，采取抗滑桩或锚索加固山　程。通过棚洞洞顶回填绿化，能使棚洞结构更好地　体，确保山体稳定后，采取盖挖法施工是可行的。　与周边自然环境相协调。　（２）对于极浅埋偏压条件下的地段，由于开挖后　周边围岩与支护不能形成完整的承载体系，往往产　参考文献　生下沉过大或在偏压作用下而上鼓。为限制围岩松　Ｅ１２重庆交通科研设计院．公路隧道设计规范ＪＴＧ　Ｄ７０—　弛趋势采取在耳墙与山体之间设置套拱，同时在套　２００４［Ｓ］．北京．人民交通出版社，２００４．　拱上部反压浆砌片石，这种山体与套拱以及耳墙形　Ｅ２３蒋树屏，刘元雪．傍山隧道的一种新型结构研究ＥＪ２．现　成整体的加固方式，能增加围岩的抗剪能力，同时可　代隧道技术，２００４年增刊．　以防止地层塌陷。　Ｅ３３李希胜，赵尘傍．傍山公路隧道棚洞设计与施Ｔ￣ＥＪ］．森　（３）在路线沿河岸谷地及路线傍山地段，为控制　林工程，２００５年第６期．　边坡开挖高度，减少对原生植被的破坏，或降低傍山　Ｅ４］黄鸿健．狗磨湾隧道大跨、浅埋、软岩、偏压地段施丁方　法【Ｊ］．隧道及地下工程，１９９３．　公路高、陡边坡的滚石、碎落，提倡设置棚洞，以确保　结构安全和稳定，同时兼顾美观及经济，达到保护边　・　３１　・