公路隧道 ２０１０年第４期（总第７２期） 武罐高速公路隧道斜交偏压段进洞方案 王永刚 （甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司 兰州 ７３００３０） 摘 要山区高速公路沿河傍山路段选线中，不可避免地存在隧道斜交、偏压进洞的情况。随着当今公路隧道建 设环保理念的加强和对洞口周边自然生态环境的重视，本文主要针对武罐高速公路沿河傍山路段斜交、偏压隧道 的实际地形、地质状况，本着“安全、环保、美观”的原则，通过多方案的优化、比选，提出了斜交、偏压段相对合理的 进洞方式和施工工艺，最大限度的保护了洞口周边的生态环境，降低了边、仰坡的开挖高度。目前，相关设计方案 已在武罐高速公路隧道工程中实施和运用。 关键词隧道斜交偏压进洞方案优化 随着高等级公路建设向西部山区的逐步延伸， 在山区沿河傍山路段选线过程中，除长大隧道外，绝 大多数中、短隧道由于受山区地形、路线指标、线位 整体布设的，不可避免地出现隧道轴线与等高 至海口国家高速公路在甘肃省的重要路段。路线位 于甘肃省东南部秦岭山地，路线基本沿河傍山布设， 区内河谷多呈深切的“Ｖ”字形，谷窄沟深，山体陡 峻，地形特殊而复杂；地层岩性主要为砂岩、变质砂 岩、砂质板岩和千枚岩等，沿线工程地质条件差，滑 线斜交的情况，加之新的公路工程技术标准实施后， 洞口３ｓ行程的严格要求，往往影响到高速公路的布 坡、崩塌、泥石流、松散堆积层、构造裂隙及断层破碎 带等不良地质现象分布较多；总体地势西北高，东南 低。路线所经区内最高点麻崖子梁海拔２４６３ｍ，最 低点候家沟海拔６９１．０ｍ，相对高差为１７５０ｍ；沿线 线，使得隧道洞口往往只能服从路线总体走向，很难 较好地照顾洞口地形，从而造成洞口的斜交、偏压现 象，导致洞口边、仰坡刷坡高度大，存在安全隐患，难 以安全进洞。此种情况下，传统的设计与施工理念 一分布５处较大断裂构造和２０余处次级断层，属陇南 高地震烈度区，地震基本烈度Ⅷ度。 本段路线受滑坡、崩塌、泥石流、松散堆积层、构 般是在洞口进行边、仰坡的开挖、防护，达到一定 的进洞条件（满足暗挖条件下洞顶和侧壁的最低覆 盖层厚度）后再暗挖进洞施工，这时在靠山侧已形成 了较大高度的边、仰坡，破坏了原有山体的自然平 衡，极易诱发洞口边坡失稳、坍塌、滑坡等各种不良 地质灾害。 随着公路环保设计新理念的进一步贯彻，隧道 造裂隙及断层破碎带影响，并且路线走廊带内存在 建设过程中的兰渝客运专线和￥２０６省道，使得公路 选线受到很大影响和。施工图设计路线总长 １２９．７９３ｋｍ。全线采用全立交、全封闭、控制出入的 ４车道高速公路标准，设计速度为８０ｋｍ／ｈ，整体式 路基宽度２４．５ｍ、分离式路基宽度１２．２５ｍ。全线共 设特大、大、中桥梁１３９座，桥梁总长４５５２２．４２８ｍ， 占路线总长的３５．１ ；全线共设隧道４１５４３．３４ｍ／ 环保进洞的设计越来越引起重视，相关丁程技术人 员针对隧道环保进洞问题开展了大量有益的探索和 研究。本文以交通部典型示范工程一武罐高速公路 为依托，针对武罐高速公路沿河傍山路段斜交、偏压 隧道的实际地形、地质状况，本着“安全、环保、美观” ４６座，占路线总长的３２．０Ｏ；其中，洛塘～将军石段 ２６座隧道１０２处洞口中有７８处因受地形采用 的原则，通过多方案的优化、比选，提出了武罐高速 公路斜交、偏压段相对合理可行的进洞方式和施工 工艺，降低了边、仰坡的开挖高度，最大限度保护了 洞口周边的生态环境。目前，相关设计方案已在武 桥隧相接方案，本段４９处隧道洞口与等高线小角度 相交，地形偏压严重。 设计中坚决贯彻环保进洞的设计理念，根据斜 交、偏压隧道的具体状况及工程地质条件和环境条 件，对洞口局部线形进行多方案比选、分析，优化路 罐高速公路隧道工程中实施和运用。 １ 武罐高速公路工程概况 武罐高速公路起点位于甘肃省陇南市武都区两 水镇，终点位于陇南市文县将军石（甘川界），是兰州 线指标、进洞位置，对洞门结构形式、进洞方案、边坡 防护、施工方案等方面仔细研究，深入分析，尽可能 适应原有地形，减少对原始地形、地貌和生态环境的 破坏，制定合理可行的优化进洞方案。 ・ ２７ ・ 公路隧道 ２斜交偏压段隧道进洞方案 根据武罐高速公路斜交、偏压洞口的实际地形、 地质状况，设计中根据具体情况分别采取了以下几 种环保进洞方案。 ２．１贴壁套拱方案 适用于隧道与山体大角度斜交，且路线走向地 表坡度较陡的情况。一般情况下为风化破碎石质围 岩，覆盖层较薄。隧道进洞前先开挖路堑，临近隧道 暗挖成洞面前预留４～５ｍ核心土体，两边切槽，施 作以型钢或钢拱架为骨架的套拱，套拱一次到位，与 成洞面紧贴；根据围岩情况，暗洞施工前需进行超前 注浆预支护，在套拱对应位置预留导向管，套拱混凝 土达到设计强度后，施作超前预支护加固围岩，然后 开挖核心土，采用合适的开挖工法进行暗挖和支护， 在洞门或明洞施工完成后，采取必要的生态恢复措 施，隧道洞口区域基本看不到开挖痕迹（图ｉ）。 图Ｉ贴壁套拱方案示意 ２．２盖挖方案 拱部套拱盖挖方案适用以下两种情况：一是在 平缓的山坡上进洞，地面线虽然高于隧道顶，但由于 其坡度平缓，在较长的一段范围内厚度变化不大，若 采取贴壁进洞方案，则暗洞顶部围岩仍无法自稳，需 要采取较大范围的地表预加固工程，造价高，此种情 况可以考虑在洞顶覆盖２～５ｍ范围内采用拱部套 拱方案，采取接长明洞的方式实现早进洞；二是隧道 在进、出口通过山间凹地时，当洞顶覆盖层较薄，采 用暗挖法就无法保证安全，若变为明洞，则会出现明 洞基坑较高的边、仰坡及其稳定问题，且无法与两端 洞身协调施工，此时拱部套拱盖挖方案不失为环保 进、出洞的有效方案。 拱部套拱盖挖施工方案：先开挖套拱部位岩土 体，再施工套拱，套拱达到设计强度后，顶部回填，若 有超前支护措施，套拱分节浇筑，先施作靠近暗挖成 洞面一段套拱，然后施作超前预支护，再浇筑洞口其 ・ ２８ ・ ２０１０年第４期（总第７２期） 他节段。套拱下暗洞施工时先跳槽开挖、施作好初 期支护，确保套拱不出现较大的沉降变形，在地质较 差时可增设初期支护临时仰拱，以确保施工安全和 结构安全，二次衬砌施作完成后，套拱拱部回填到设 计地面线，恢复地表植被和生态景观（图２）。 图２拱部套拱盖挖方案示意 ２．３斜交进洞方案 洞口地表横坡较陡、地质情况相对较好路段的 斜交、偏压隧道，采取顺应地形斜交进洞、洞门正作 方案。斜交地段地层压力和衬砌结构受力体系复 杂，衬砌断面及钢拱架等均为异型断面，进洞方案可 图３斜交进洞方案示意 王永刚 武罐高速公路隧道斜交偏压段进洞方案 考虑辅助超前支护措施，暗挖进洞后，逐步过渡到标 准断面；进洞时采取斜交方式有利于降低边、仰坡开 挖高度，但从有利于行车安全和司乘人员视线角度 考虑，洞门宜采取正作方案，可结合洞口自然景观、 人工造型等恢复其视觉平衡。此方案可灵活顺应斜 交进洞的地形情况，避免了常规隧道进洞引起的边、 仰坡开挖过高及安全稳定问题，最大限度的保护了 围岩的完整性和洞口段的生态环境（图３）。 ２．４偏压套拱方案 洞口地表横坡陡峻，斜交、偏压严重，覆盖层薄 且隧道一侧落底、另一侧出现几十米高边坡情况下 的硬质围岩，根据斜交、偏压和地质情况采取偏压套 拱方案。偏压套拱方案是避免偏压引起高边坡的一 种有效方式。当隧道洞口斜交、偏压影响严重时，地 表边坡甚至陡于路基边坡，削坡会出现一坡到顶的 情况，许多隧道洞口出现了一侧刚好落底、一侧削方 边坡高达四五十米的情况，此时考虑偏压套拱方案 图４偏压套拱进洞方案立面示意 ／ 图５偏压套拱进洞方案平面示意 不失为有效的环保进洞方案（图４、图５）。 偏压套拱方案的套拱呈阶梯状，以便与山体协 调，外侧为抗偏压耳墙，偏压套拱段较长情况可考虑 将偏压耳墙拱腰部位设计为孔窗式，内侧山体根据 具体围岩、地质情况设置必要的纵、横向预支护措 施。其施工方案为：先开挖和浇筑边侧墙，再阶梯状 开挖山体、施作纵、横向预支护定位梁和预支护，再 浇筑套拱，套拱外部回填。在暗挖施作时，先是初期 支护与套拱、边侧墙闭合，形成初期支护封闭受力 环，最后施作二次衬砌，套拱顶部回填到位，生态植 被的恢复、绿化。 ２．５桩基承台＋偏压套拱或棚洞方案 洞口地表横坡陡峻，斜交、偏压影响严重，隧道 一侧开挖边坡较陡、一侧落空的弱风化硬质围岩路 段，根据具体地形、地质情况，采取桩基承台＋偏压 图６桩基承台＋偏压套拱进洞方案示意 图７桩基承台＋棚式明洞进洞方案示意 ・ ２９ ・ 公路隧道 套拱方案、桩基承台＋棚式明洞方案。桩基承台＋ 偏压套拱进洞方案（图６）：在斜交、偏压严重的硬质 岩路段，按照常规进洞开挖方案，隧道洞身一侧边坡 开挖过陡、过高，甚至一坡到顶，边坡防护工程增大 ２０１０年第４期（总第７２期） 各种异常变形、受力情况，开展反馈分析和优化设 计，指导施工工艺。武罐高速公路斜交、偏压洞口在 实施上述方案过程中，针对具体隧道洞口的地形、地 质情况，制定了合理的施工方案，建立了完善的地表 位移监控网络和洞内围岩与支护结构的受力、变形 监控量测方案及施工过程反馈控制方案，为斜交、偏 压洞口的优化设计和施工安全提供了有效技术支 撑。 且潜在病害严重；一侧落空，实施圬工支挡结构需要 从沟底或坡脚施作，圬工体积庞大且稳定性难以保 证。此种情况下实施桩基承台＋偏压套拱进洞方 案，可以大大降低边坡开挖高度，有效避免边坡潜在 变形或滑移危害，套拱内围岩直接实施暗挖作业，较 好地保护了围岩的完整性；当地形偏压或构造引起 偏压严重时，需要在桩基或承台上实施必要的预应 力主洞加固工程，确保偏压段工程结构物的安全、稳 定。 其施工方案为：从上往下按照设计坡率进行分 级开挖、防护，施作桩井护壁后进行桩基开挖、浇筑， 桩基承台锚索支护，偏压套拱施作（含纵、横向预支 护），拱部回填，暗挖作业、初期支护、二次衬砌，拱部 种植土回填、生态恢复、绿化。 桩基承台＋棚式明洞进洞方案（图７）：在斜交、 偏压严重的硬质岩路段，按照常规进洞开挖方案，隧 道洞身一侧边坡开挖过陡、过高，甚至一坡到顶，边 坡防护工程增大且潜在病害严重；一侧落空，实施圬 工支挡结构需要从沟底或坡脚施作，圬工体积庞大 且稳定性难以保证，落空一侧是风景优美的河流谷 地或者地方特色景观，常规进洞开挖方案难以实施； 考虑景观需求，采取桩基承台＋棚式明洞进洞方案， 一方面避免了边、仰坡开挖过高引起的潜在高边坡 风险，另一方面使洞口内、外自然景观和谐统一，提 高了行车的舒适性和视觉效果。当地形偏压或构造 引起的偏压严重时，需要在桩基或承台上实施必要 的预应力主洞加固工程，确保偏压段工程结构物的 安全、稳定。 其施工方案为：从上往下按照设计坡率进行分 级开挖、边坡锚固体系防护，施作桩井护壁后进行桩 基开挖、浇筑、挂挡土板、落空区域回填压实，靠山侧 纵、横向超前预支护，靠山侧多循环、短进尺分步开 挖、施作初期支护，二次衬砌及肋拱全断面浇筑，拱 顶回填、生态景观恢复。 ３斜交偏压洞口施工监测与效果分析 斜交、偏压洞口施工过程中应着重加强地表位 移监测、支护结构内力与变形监测、洞内收敛变形监 测，基于现场监控量测的有关数据，结合施工反馈的 ・ ３０ ・ 武罐高速公路在选线过程中，由于地形、地质条 件，出现了大量的斜交、偏压洞口，在隧道进洞 方案的选择上，相关设计人员根据具体地形、地质条 件，结合其他工程沿河傍山路段隧道环保进洞的成 功经验，分别采取了贴壁套拱进洞、盖挖套拱进洞、 偏压套拱、桩基承台与偏压套拱和桩基承台与拱形 棚洞相结合的多种斜交、偏压环保进洞方案，较好地 解决了武罐高速公路众多斜交、偏压洞口的环保进 洞问题，实现了对原始生态环境最大限度的保护，充 分体现了设计新理念。 ４ 结论 （１）山区公路沿河傍山路段勘察设计中应坚持 地质选线的原则，在斜交、偏压洞口进洞方案的优化 分析和选择上，应结合具体地形、地质状况，基于环 保进洞的理念，综合比选、论证，但不能一味强求。 （２）斜交、偏压洞口施工过程中，应加强地表、围 岩变形与支护结构受力的各项监控量测工作，对于 施工过程中出现的各项异常信息，应及时反馈，综合 分析，为优化设计、指导施工工艺提供技术支撑。 参考文献 ［１］朱苦竹．边坡与隧道相互作用分析及数学二次规划法 应用［Ｄ］．上海：同济大学博士学位论文，２００７，３． ［２］曹校勇，韩常领，刘杨．公路隧道半明半暗进洞方案 设计与施工［Ｃ］．２００７年全国公路隧道学术会议论文 集．重庆：重庆大学出版社，２００７：２８０￣２７４． ［３］ 易震宇．高速公路隧道环保进洞新理念的设计应用 ［Ｃ］．２００７年全国公路隧道学术会议论文集．重庆：重 庆大学出版社，２００７．２３３￣２３６． ［４］ 交通部公路司．新理念公路设计指南［Ⅳ【］．北京：人民 交通出版社，２００５． Ｅｓ］ 甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司．兰州至海 Ｅｌ国家高速公路武都（两水）至罐子沟（甘川界）段施工 图设计文件［Ｑ］．兰州：２００８，４．
