赵继乾
西安铁一院工程咨询监理有限责任公司 陕西省西安市 710000
摘要：21世纪以来，我国城市地下空间的开发数量明显增加，利用体系也得到不断地完善，特大级城市地下空间开发利用的总体规模和发展速度已步入世界同类城市的先进行列。“19世纪是桥梁的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，21世纪则是人类开发利用地下空间的世纪”，中国目前已经成为世界上城市地下空间开发利用的大国。但由于城市规划的不合理以及对交通量增长的预测不足，原有的隧道的截面已经不能满足现在的需求，这就需要我们对已有隧道进行扩建来满足当前的使用要求或新增要求。由于浅层地下空间大都已接近饱和，为达到道路扩容要求，只能对已有隧道进行改扩建，增建一至两个车道。本文主要分析土质浅埋隧道扩建技术研究。
关键词：土质浅埋隧道；扩建；施工方案
1、工程背景
1.1工程简介
我国早期修建的公路隧道由于受到当时经济和技术水平的制约以及施工材料、施工质量的影响，隧道技术指标低、通行能力小、隧道病害多、运行安全缺乏保障，极大地制约了经济的发展。在这种条件下，当受到路网及走廊带限制时，对原有隧道扩建就成为改善路网条件、提高通行能力的有利选择。S218是兴县南北方向一条重要的运输动脉，是神木县和岚县的主要通道，本路段的大货车多、比例大。S218利民隧道建成于1999年10月，随着交通量的增大，S218已无法满足通行能力要求，2009年隧道两端接线进行了升级改造。目前隧道两端接线设计标准为60km/h，路基宽度10.0m。利民隧道设计标准为30km/h，建筑限界净宽8.5m，已成为该路段的交通瓶颈，无法满足通行能力要求。因此，为了进一步改善区域交通，服务地方经济，对利民隧道的改扩建已成当务之急。利民隧道扩建后设计标准将达到60km/h，与接线段一致，隧道净宽12.0m，前后接线段经截弯取直，满足隧道3s要求，保障区域交通顺畅安全。
1.2利民隧道现状
利民隧道采用标准低，隧道长260m，平纵指标较差，隧道洞口两边旧路半径小、纵坡大。通过对利民隧道进行病害调查，依据《公路隧道养护技术规范》以及《公路隧道提质升级行动技术指南》隧道技术状况评定等级要求，隧道评定等级为5类。利民隧道“处于危险状态，应及时关闭隧道，实施病害处治，特殊情况需进行局部重建或改建”。隧道主要病害：洞口、洞门，隧道进口端洞口挡墙破损，边坡土体坍塌，植物侵入。出口端洞口挡墙勾缝砂浆脱落，边坡植物侵入。进出口排水沟破损堵塞。隧道两端洞门均为端墙式洞门，进口端洞门墙渗水泛白，竖向开裂明显。出口端洞门墙勾缝脱落破损，主拱圈混凝土剥落，斜向开裂。衬砌，隧道衬砌整体渗水严重，沿隧道整体分布，尤其是两侧边墙湿渗严重。路面，隧道路面坑槽明显，横纵向开裂严重，多处网状裂缝。
2、利民隧道工程地质条件
隧址区为第四纪黏土巨厚层，属非均质土层组成的粉土、粉质黏土，垂直节理裂隙发育，进出口为第四系全新统早期冲洪积层（Q41al+pl），粉土、粉质黏土，结构较松散，孔隙发育，土质较均匀，地表植被一般，有明显落水洞；隧道中部为第四系上更新统冲洪积物（Q3al+pl）或第四系中更新统洪积物（Q2pl），粉质黏土，黄灰色或褐红色，垂直节理发育，土质较均匀，物理力学性能较好。全隧围岩级别为Ⅴ级，属Ⅴ级浅埋隧道。
3、扩建隧道结构设计风险
该隧道扩挖工程结构设计风险，主要从扩挖施工方案数值模拟和新建隧道二衬结构安全评价两方面进行分析评估：（1）右洞扩挖过程中，左洞原有衬砌结构变形、受力变化均较小。在不考虑爆破动力作用下，右洞扩挖对左洞原隧道结构影响较小，可保持通车安全。（2）扩挖过程中，中隔墙、围岩变形及受力均较小，均在可控、稳定范围内，扩挖过程中隔墙及围岩稳定性满足要求。（3）左洞扩挖过程中，右洞初期支护变形量值不大，个别点混凝土拉应力达到C25喷射混凝土设计抗拉强度值，但不会产生大范围的破坏，不会影响整个初期支护的稳定性。（4）不考虑爆破因素的影响下，设计二衬结构安全系数均满足规范要求，达到了安全储备的要求。综上可知，不未考虑爆破动力作用影响，扩挖过程中除初衬受力略大于设计要求外，其余围岩、二衬及中隔墙变形受力均满足要求，故确定该隧道扩挖结构设计风险概率等级为3级，风险损失等级为2级。
4、隧道开挖支护特点的应对措施
进一步加强超前预报和地质监测措施，探测既有隧道和非致密填方体后排水洞的位置和大小，在开挖过程中采用控射，以弱射为重点，全面保护岩体完整性，禁止放置火炮和超开挖。熵途径完全畅通，需要在开挖前制定实用安全施工方案，通过实际操作实现可行性，合理确定爆破设计参数，正确缩短施工安全距离，安排施工水流速度，以便实施射击控制，以避免对隧道入口附近的房屋和寺庙造成任何不利影响；必须在条件允许的情况下建立安全网和幕墙；桥梁路面、桥桩支撑平台、房屋附近监测测量点等周边交通结构，在施工过程中跟踪观察，分析施工对结构的影响，发现异常时，应立即停止施工。
隧道风险控制措施与隧道扩建过程中的风险分析结果相结合，根据初步设计方案提出了有针对性的风险控制措施，从而更好地控制隧道安全风险。(1)滑坡风险控制措施①拆除既有隧道衬砌时，应对既有衬砌进行详细研究，明确其具体情况，确保其安全施工；拆除原有隧道衬砌和支护，应遵循衬砌后先拆除支护段的原则，并应在缝合和变形施工前后分段。②开洞段开挖施工应配合大管棚等先进加固配套措施进行，必要时填土，确保隧道开挖扩建施工的安全。③注意锁脚锚固等辅助实施措施的实施时间和实施质量。④加强隧道施工监控措施。②隧道施工中各当事方的前进距离和行走长度应根据工程人员和机械设备的施工技术确定，并应在施工过程中根据隧道监测测量结果进行调整。(2)结构设计风险控制措施建议在开挖过程中扩大临时支护保护，及时关闭原有支护，严格控制各开挖环的通行规律和台阶高度。
衬砌设计，参考国内外成功案例，依据利民隧道地质状况、施工安全等因素，综合考虑采用单侧扩挖方案。单侧扩挖方案相较于两侧扩挖和周边扩挖具有围岩位移量小、受力更合理的特点。既有隧道为浅埋土质隧道，洞内渗漏水严重，隧道地表面有3处落水洞，形成贯通坑洞。为防止施工期间洞内渗漏水，对隧道稳定造成极大隐患，首先对隧道地表进行封水处理，对既有落水洞进行回填，采用30cm厚的3∶7灰土进行封水压实，防止施工及以后运营过程中地表水下渗。考虑到隧道顶与周边山体环境协调统一，在隧道顶覆50cm厚的种植土，完善边仰坡刷坡排水绿化措施。隧道洞身长期受渗漏水影响，土体结构极不稳定，采取扩挖，岩土体受到二次扰动，应力重分布，在施工过程中形成塌方的风险极大，为保证施工期间的安全性，开挖初期，选用袋装土将隧道全部回填，极大降低施工期间塌方风险。
结束语
对于浅埋隧道段，要进行超前支护，并采取监测监控措施。对既有隧道衬砌的拆除时，可采用工字钢拱架对隧道钢支撑加固，必要时进行局部注浆充填，避免施工塌方。既有衬砌拆除与围岩扩挖施工根据围岩级别制定不同的施工方案，从而保证施工质量与安全。
参考文献：
[1]盛汉洋，邱金喜,宋会娟.山区公路隧道改扩建施工方法研究与应用[J].建筑安全，2020（10）：24-28.
[2]重庆市交通委员会.JTGH12—2019公路隧道养护技术规范[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2019.