叶勇
重庆建工第一市政工程有限责任公司 400020
摘要：与公路荷载不同，受列车到发线长度、机车的最大牵引质量等因素影响，铁路荷载纵向加载的长度是有限的。对于高速铁路、城际铁路等客运专线，最大加载长度为列车的到发线有效长度。简而言之，公路荷载加载长度为无限长，铁路荷载加载长度为有限长。对于超大跨度桥梁，随着构件影响线长度的增加，铁路荷载效应占活载总效应的比例必然下降，而公路（城市道路）荷载的效应上升，如果仍沿用TB10002—2017关于公路荷载折减系数的规定，则活载效应会折减过大，从而降低结构的安全度。本文对浅埋超大跨度公路隧道施工工法进行分析，以供参考．
关键词：浅埋；超大跨度；公路隧道；施工工法
引言
随着我国交通事业的快速发展，在新建公路及改扩建公路工程中，超大跨度隧道工程日益增多。在隧道进洞施工时，洞口段围岩破碎，地质条件差，易发生变形与坍塌等工程病害。超大跨度公路隧道因其开挖跨度大，断面形状更加扁平，在进洞时支护结构受力复杂，更易发生围岩失稳和衬砌结构开裂与破坏等问题，同时由于多次爆破开挖对围岩造成频繁扰动，超大跨度隧道极易发生较大变形从而增加坍塌风险。因此，超大跨度隧道合理进洞方案的选取显得至关重要。目前国内已有的超大跨度公路隧道数量较少，对于超大跨度公路隧道的进洞方案还没有形成系统的技术标准，且现行隧道设计施工技术规范没有给出单洞四车道公路隧道支护设计参数和施工措施的指导，可供参考的类似工程有限，故对超大跨度公路隧道进洞方案的研究十分必要。
1工程案例
某高速公路为双向八车道高速公路，设计速度120km/h，隧道建筑限界为19．0m×5．0m;隧道内轮廓拟定为三心圆曲边墙结构，其尺寸为20．25m×12．12m，断面面积192．64m2(含仰拱)。
2概述
随着中国经济持续发展和隧道工程领域相关研究的不断深入，四车道及以上的超大跨度公路隧道越来越多，地质及环境条件也越来越复杂。四车道及以上的超大断面公路隧道最显著的特征是断面大，跨度大，扁平率小。为了保证施工的安全，施工时几乎均选用分部开挖法。诸多研究均表明:四车道超大跨度隧道与常规隧道有较大的差别。结合沈大高速公路扩建工程金州隧道，对超大跨隧道双侧壁导坑法施工过程进行数值模拟，认为超大跨围岩总体失稳模式与普通双车道隧道有较大差别，采用双侧壁导坑法施工时，中洞上部施工应作为整个施工过程的控制程序。以济南龙鼎隧道为工程背景，系统开展了上下台阶法和CＲD法开挖方式下超大断面隧道软弱围岩控制机制数值试验。对目前所有超大跨度隧道进行了详细调研，并全面总结了目前超大跨度隧道设计、施工等方面的进展和存在的问题。根据《公路隧道设计规范第一册土建工程》的规定，超大跨度隧道是指开挖跨度＞18m的隧道，常见的单洞四车道公路隧道大多属于此类。这类隧道具有跨度大、扁平率低、薄拱的特点，同时现场地质情况复杂，开挖过程中施工顺序复杂多变。因此如何采用合理的开挖方法是目前施工中的难点。合理的施工方法应同时满足施工的安全性与经济性要求，同时利于不同方法之间的转换，以免影响工程进度，又可以降低工程造价。目前国内在隧道开挖方法的研究方面已经有了一定的发展，并取得了一些研究成果。然而现阶段我国超大跨度公路隧道施工方法没有可供遵循的标准或规范，主要依靠工程类比法，因此在实际施工中容易造成施工方法偏于保守。采用直墙式临时支护相比曲墙式临时支护具有减少施工步骤、提高立架效率、节省材料等优势，已广泛应用于施工中，但是其变形规律、支护效果及其安全性的研究尚滞后于工程实践。因此，本文以滨莱高速改扩建工程佛羊岭隧道为依托，通过现场监控量测和数值模拟，对直墙式临时支护的变形规律及稳定性进行分析研究。
3进洞控制措施与开挖方法
3.1进洞控制措施
衬砌类型由S5a级向S5c级过渡，在S5a段先按设计要求施作超前大管棚，管棚施工完毕再采用超前小导管注浆加固洞周围岩，考虑到支护结构的整体性，超前小导管与管棚需超前搭接，实际搭接长度为5m。进洞施工工法采用双侧壁导坑法，结合洞口段的不利地质条件，S5a段和S5b段采用双层初期支护对围岩进行支护，保证进洞的安全性，其他衬砌段采用单层初期支护;隧道上行线出洞口段揭露围岩为Ⅳ级，围岩条件较好，首先进行边仰坡和洞顶截水沟的施作，再按设计要求施工超前小导管，完成进洞准备。选用双侧壁导坑法开挖进洞，施工时辅以超前大管棚和超前小导管等对围岩进行支护。先施工大管棚，管棚施工完毕后设置超前小导管，超前小导管施工时搭接管棚距离为5m。结合数值模拟计算结果和洞口实际围岩情况。
3.2监控量测分析
(1)实际进洞施工采用的双侧壁导坑法的拱顶沉降和周边收敛监测值与数值模拟计算值比较吻合，说明数值模拟能够较好为施工工法的选择提供依据。(2)根据现场实测值，S5a和S5b段采用双层初期支护能够较好控制拱部沉降和周边收敛，而且累计变形量也远小于预留变形量，增强进洞施工的安全性。(3)根据现场监测，随着时间推移，拱顶沉降和周边位移能够较快趋于稳定状态，说明进洞施工采用的双侧壁导坑法和超前支护措施能够很好地确保进洞施工安全性，采用上述进洞方案能使隧道结构稳定，进洞方案安全、合理，可为今后类似工程提供参考。
3.3计算步序
双侧壁导坑法计算施工步序同实际设计步序，如图3所示:1)进行分部1开挖;2)进行分部1的支护，含第一层初期支护、临时支护、锚杆等;3)分部2开挖;4)分部2的支护;5)分部3开挖;6)分部3支护;7)分部4开挖;8)分部4支护;9)分部5开挖;10)分部5支护;11)分部6开挖;12)分部6支护;13)进行第二层初期支护施工;14)拆除临时支护。分部6支护后，仰拱初支封闭，同一断面初支封闭成环。待初支全部封闭成环后，再进行第二层初期支护施工。
4土体塑性开展区分析
施工工法引起的塑性区区域大致相当，主要在侧壁及仰拱拱脚位置;CD法施工引起的等效塑性应变值明显大于双侧壁导坑法，塑性区深度也大于双侧壁导坑法。两种工法在隧道周边均未形成大范围的贯通塑性区，隧道不存在大范围坍塌的风险。
结束语
1)根据现场监控量测和数值模拟的结果可知拱部沉降和净空收敛变形均较小，远小于设计预留变形量，说明超大跨度公路隧道在Ⅳ级围岩段，上台阶CD法采用直墙式临时支护施工时，围岩和初期支护变形是满足要求的。2)由监控量测数据可知沉降和收敛变形主要分为3个阶段:急剧增长－缓慢增长－相对稳定;随着后导洞的开挖，先导洞变形持续增长，之后变形缓慢增长，最终达到一个相对稳定的状态。3)从安全系数分析结果来看，喷射混凝土抗压安全系数与型钢钢架抗压和抗拉安全系数均满足规范要求，说明超大跨度公路隧道在Ⅳ级围岩段，上台阶CD法采用直墙式临时支护时临时支护的安全性是满足要求的。
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