山岭隧道偏压条件下的设计考虑

叶茂权

摘要：本文介绍了针对山岭地形建设隧道存在偏压的条件下，方案阶段、设计阶段、施工阶段的设计思考，在方案设计阶段如何合理布线，尽量避免隧道产生严重偏压，重点介绍在设计阶段针对偏压情况采取相应的进洞措施，将偏压影响减少到最低，在施工和运营阶段对偏压引起的病害进行有效处理，以确保在山岭复杂地形条件下隧道建设的安全。

关键词：隧道；偏压；方案；设计；施工；考虑；措施

一、概述

近年，随着我国基础设施建设的投入的加大，交通建设有了长足的发展。随着国家西部大开发战略的实施，我国西部山区高速也有了很大的发展。在山岭高速公路的建设过程中，为了克服高程障碍、缩短道路里程、保护自然环境、节约用地，不可避免地要设置较多数量的隧道。

隧道建设应避开不良地质，应尽量与地形等高线正交进洞，展线困难时可以小角度斜交进洞，由于山岭公路地形复杂，高差起伏大，展线绕线困难，偏压是山岭隧道建设过程中最常见的不良地质之一，偏压容易造成隧道结构大变形、开裂、侵限等，严重时可造成隧道结构失稳，因此，在隧道建设的各个阶段对偏压隧道应有不同的考虑。

二、方案、可行性研究阶段偏压隧道的考虑

在方案和可行性研究阶段，隧道专业设计人员应配合路线专业设计人员进行隧道平纵总体方案的确定，在方案和可行性研究阶段，应尽量使洞口位置处的道路中线与地形等高线正交，避免产生偏压。对于初步路线方案存在偏压的，可以从以下方面进行调整，以消除或减少偏压。

1.可以考虑路线平面调整或者绕线的可能性，在考虑路线平面调整或者绕线方案前，应对隧道区域的地形有所了解，必要时应进行详细的调查，并结合隧道区域的工程地质、水文地质等状况，结合隧道洞外接线、施工场地布置、弃渣、营运等综合考虑，最后进行斜交偏压进洞的短路线方案和正交无偏压进洞的长路线方案进行技术和经济比较。在确定路线方案时，应避免缺乏对隧道区域较大范围内地形、地貌的了解，而忽略了可以避免隧道偏压的路线方案。

2.对于部分偏压隧道，调整路线纵断面可能消除或减少偏压的，可以考虑进行路线纵断面调整，此时，应对比不同高程处地形、地质情况，同时需要对比长隧道无偏压进洞方案和短隧道偏压进洞方案的经济性，并考虑洞口桥梁规模综合确定。

3.对于存在偏压浅埋短隧道，可以考虑适当进行平纵优化后，进行挖方边坡方案和短隧道方案的经济性比较，因为在改为挖方路基边坡后，该路段可采用更大的纵坡，结合前后进行纵断面调整，可考虑不设置隧道的可能性。一般情况下，浅埋偏压隧道地质差、围岩比较破碎，隧道单价较高，施工风险较大，而采用挖方边坡方案往往获得更大的经济效益。

三、设计阶段偏压隧道的考虑

在方案或者可行性研究阶段，路线专业设计人员在确定路线方案时，一般对隧道的进出口位置都有一定的考虑，即尽量避免隧道洞口存在偏压或减少偏压的影响，但是由于受到地形条件和洞外展线条件的限制，在山岭公路隧道的建设中，以偏压的形式进洞的隧道比较多，本阶段对偏压隧道的考虑是指路线方案确定的前提下，隧道已经不可避免产生偏压的情况下，隧道设计采取的措施，主要为应对偏压隧道进洞方案的考虑。

1.正交进洞

正交进洞方法为最常用的进洞方法，这种进洞方法就是不考虑偏压地形的影响，直接开挖洞口边仰坡，使明暗交接面位置埋深较深，直接消除地形偏压的影响。由于地形偏压，为了使埋深较浅一侧的挡墙置于稳定地层中，则必须加深挡墙基础，或者道路中线需向靠山一侧移动，这样就造成靠山一侧的边坡开挖很大。这种进洞方式的优点是设计施工相对简单，施工进度比较快，可适当缩短隧道长度，缺点是洞口边仰坡开挖量大，边坡支护工程量大，隧道洞口景观效果差，不利于环境的保护，有背于隧道建设“早进洞、晚出洞”的原则。

2.半明半暗进洞

半明半暗进洞即埋深较浅一侧采用明洞形式，埋深较深一侧采用暗挖进洞方式，其施工工序为：先施工埋深较浅一侧偏压耳墙，然后施做护拱，护拱支撑与偏压挡墙上，护拱完成后进行土石回填，回填后在上部铺设隔水粘土层，然后采用正常的暗挖法进洞。这种进洞方式的优点是避免了边仰坡的大挖大刷，较大程度保护了洞口环境，缺点是施工步骤较多，工序复杂，这种进洞方式受洞口段地质条件和偏压段的长度的限制，如果洞口段地质条件较差，不具备设置护拱的条件，则不能采用这种进洞方式；如果洞口偏压段很长，则护拱里设置的大管棚不好操作。该方法适用于地质条件相对较好、偏压较严重的洞口。

3.反压回填进洞

反压回填进洞是在埋深较浅一侧先施做支挡结构，在清表处理回填部位后并采用注浆锚杆或钢花管等对偏压地段进行一定的地层注浆加固，然后回填碎石土并进行夯实，最后采用同暗挖隧道一样的施工方法进行隧道开挖。此种进洞方式的优点也是可以避免了边仰坡的大挖大刷，缺点是施工步骤多，工序较复杂，而且由于要对反压回填段的地表进行清理、对回填层进行注浆，造价较高。该方法对施工要求比较高，如回填段处理注浆效果不好，容易造成坍塌冒顶，造成进洞失败，施工风险较高。

4.斜交进洞

这种进洞方式就是顺应地形进洞，是洞门平面与路线中线斜交，不对边仰坡进行开挖。采用斜交进洞方式的优点是边仰坡开挖量很小，对环境破坏小，缺点是洞口段隧道结构为异型结构，受力较为复杂，尤其是初期支护工字钢架，异型段的工字钢架尺寸都不一样，造成设计和加工较为繁琐，斜交进洞方式需要在洞口地质条件较好的情况下才能使用。

5.地表加固后进洞

这种方法是在有偏压的地段进行地表加固后进洞，可消除或减少偏压的影响，一般可采用地表小导管注浆、旋喷桩、搅拌桩、钢管桩等，这种方法适用于地面横坡不大，但地质比较差的路段，可避免洞口大面积开挖，但是地表加固也会对地表植被造成破坏，施工成本较高。

以上偏压隧道进洞方法为目前常用的几种方法，设计中应根据每个隧道的具体情况综合比选后采用，可以采用其中一种或者几种方式的组合，以确保偏压隧道进洞的安全。

四、施工阶段偏压隧道的考虑

1.偏压隧道监控量测及地质超前预报方案的制定

由于偏压隧道结构受力复杂，施工过程中不确定因素较多，施工风险大，对于隧道偏压段应采取重点关注，有必要时，制定专项监控量测方案。

（1）洞内外观察

隧道洞内外观察包括开挖后掌子面观察、初期支护完成段观察等，洞外观察包括洞口地表沉降、边仰坡的变形和位移等。

（2）周边位移量测

隧道断面收敛情况包括：拱顶下沉、水平收敛、底板鼓起等。测点的布置应根据施工方法、地质条件、埋深等条件确定。

（3）地表下沉量测

地表下沉量测断面布置拱顶下沉量测及水平净空变化量测断面桩号对应。

（4）超前地质预报

采取以地质调查分析法为基础，结合TSP、地质雷达等物探手段，辅以超前钻孔等综合地质预报手段。其中：TSP间隔100-150m设一个断面，地质雷达间隔30m设一个断面，超前钻孔根据需要增加。

2.偏压隧道施工工艺的考虑

（1）隧道开挖应严格按“新奥法”的原理进行施工，施工中加强监控量测，并利用量测信息指导施工，及时反馈信息以修正设计和采取应急措施，实现“动态设计”。

（2）隧道开挖应采用光面爆破或预裂爆破技术，尽可能减少超挖及减轻对围岩的扰动。

（3）施工中应做好地质超前预报工作，并及时反馈预报结果，确保施工掘进安全。

（4）隧道施工进洞前，应做好洞口范围的截排水工作，减少地表水对洞口的影响。

3、偏压隧道施工应急预案的制定

偏压段隧道为高风险隧道，施工过程中应严格按照施工图纸和施工技术范围进行施工，制定监控量测方案，此外，应定制全面的施工应急预案，以确保偏压隧道在施工过程中出线紧急情况应能及时应对。

五、结语

本次阐述了在山岭隧道偏压条件下，在方案、设计、施工阶段设计的考虑，意在为山岭隧道如何避免和减少偏压、在偏压条件下进洞方法、偏压隧道在施工阶段的考虑提供一定的参考作用，以起到抛砖引玉的作用。但是各个隧道的实际情况均有所不同，需根据具体情况采取相应的措施，处理好隧道的偏压问题，使隧道建设安全、经济、耐久、实用是隧道工程技术人员长期探索的课题。

参考文献：

[1]关宝树.隧道工程施工要点集.北京：人民交通出版社，2003

[2]王毅才.隧道工程.北京：人民交通出版社，2000

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[4]中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技术规范:JTGF60-2009.北京.人民交通出版社，2009.9

[5]中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技术细则:JTGF60-2009.北京.人民交通出版社，2009.9