淺埋鐵路隧道下穿高速公路施工沉降研究

曹美俊

隨著我國人口的不斷增多以及城市之間聯(lián)系的進(jìn)一步深化，社會(huì)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)囊笠苍谥饾u的提高，鐵路作為我國軌道運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，承擔(dān)著連接我國不同省、市、地區(qū)的重要任務(wù)，加大我國鐵路的建設(shè)力度，提高我國鐵路行業(yè)的運(yùn)輸能力，對(duì)促進(jìn)我國交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。

1 防止淺埋鐵路隧道施工沉降的重要性

在鐵路工程施工的過程中，常常會(huì)遇到地質(zhì)條件較為復(fù)雜的區(qū)域，為了降低鐵路工程的施工難度，控制工程的造價(jià)，需要采用修建隧道的方法來確保工程的順利進(jìn)行。由于隧道的修建屬于負(fù)高空作業(yè)，因此施工的難度較大，對(duì)工程質(zhì)量的要求也有著明顯的提高。尤其是在工程建設(shè)位置的地表存在有建筑物時(shí)，如何防止工程建設(shè)對(duì)地表建筑物產(chǎn)生的影響，是鐵路隧道施工的關(guān)鍵。在淺埋鐵路隧道施工的過程中，常常會(huì)出現(xiàn)需要下穿高速公路等地表建筑的狀況，如何在確保工程順利實(shí)施的條件下，降低隧道建設(shè)對(duì)高速公路造成的不利影響，防止高速公路發(fā)生沉降，確保高速公路的正常通車，是淺埋鐵路隧道施工的關(guān)鍵。

淺埋鐵路隧道對(duì)工程的防沉降技術(shù)的要求較高，特別是在地表存在有建筑物的前提下，如何有效的降低施工過程中產(chǎn)生的地表沉降，是保證地表建筑物安全的基礎(chǔ)。由于淺埋鐵路的埋深較淺，因此其上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與支撐能力均要弱于傳統(tǒng)的隧道結(jié)構(gòu)，大大提高了淺埋隧道在建設(shè)施工的過程中發(fā)生沉降的可能性。一旦隧道發(fā)生沉降，不僅會(huì)威脅到隧道工程的正常施工，也會(huì)對(duì)地面的建筑造成嚴(yán)重的影響。如果在淺埋隧道下穿高速公路的過程中發(fā)生施工沉降，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞高速公路的路基，使高速公路提早出現(xiàn)病害，縮短高速公路的使用壽命，降低高速公路的行車安全。因此，加強(qiáng)淺埋鐵路隧道施工過程對(duì)地表沉降的防治力度，將隧道的施工過程對(duì)周邊環(huán)境的影響控制在最低限度，對(duì)確保我國交通行業(yè)的快速穩(wěn)步發(fā)展有著重要的作用。

2 導(dǎo)致淺埋鐵路隧道施工沉降的主要因素

2.1 鐵路隧道的開挖面積

隧道的開挖面積在很大程度上決定了隧道需要支護(hù)的數(shù)量與密度。隨著隧道開挖面積的增大，隧道上部結(jié)構(gòu)需要的支撐數(shù)量也會(huì)不斷增多。當(dāng)隧道橫截面的寬度擴(kuò)大時(shí)，隧道頂部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量也會(huì)相應(yīng)提升，而構(gòu)成隧道的巖體或土體本身的強(qiáng)度有限，對(duì)上部提供的支撐力在達(dá)到一定程度后便很難有所提高。例如，在黃土地帶進(jìn)行施工時(shí)，隧道的跨度一旦超過8 m，其上部結(jié)構(gòu)便很難保持自穩(wěn)，加之隧道上部高速公路對(duì)地表造成的壓力，進(jìn)一步降低了土體維持自穩(wěn)的臨界值，提高了工程對(duì)防沉降技術(shù)的要求。

2.2 施工地點(diǎn)土壤巖性的影響

隧道施工地點(diǎn)的地質(zhì)巖性決定了土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，當(dāng)施工地點(diǎn)的土壤強(qiáng)度較高、巖體穩(wěn)定性較好時(shí)，隧道上部結(jié)構(gòu)對(duì)支護(hù)的要求相對(duì)較低，反之，隧道施工地點(diǎn)的土質(zhì)為軟土或濕陷性黃土，則會(huì)大大提高施工的難度。此外，地層覆蓋的厚度和整體性決定了地層抵抗外界擾動(dòng)的能力，在上部地層的整體性差、厚度低的地區(qū)進(jìn)行施工，很容易造成土體潛在應(yīng)力的釋放，令圍巖因失穩(wěn)發(fā)生塌陷，給隧道的施工和地表的建筑造成嚴(yán)重的損害。

2.3 地下水的影響

地下水含量豐富的地區(qū)，土壤的含水量也要明顯高于正常地區(qū)，使其突然發(fā)生軟化，濕陷性提高，此外，在地下水的浸泡、沖蝕與溶解作用下，會(huì)進(jìn)一步弱化土體之間的結(jié)合力，使土體失穩(wěn)，發(fā)生坍落。即使排干地層內(nèi)部的水分，也很容易導(dǎo)致原有的土體在失水的情況下內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生變化，使土壤收縮干裂，降低上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度。同時(shí)，隧道地基的承載能力不足也是造成隧道沉降的重要因素，土壤含水量較高的地區(qū)，地基更容易發(fā)生不均勻沉降，提高施工沉降發(fā)生的可能性。

2.4 高速公路行車的影響

高速公路在重力和自身質(zhì)量的作用下，會(huì)對(duì)下方的土壤施加一定的壓力，一旦壓力超過土壤的最大承載能力，便會(huì)導(dǎo)致土壤發(fā)生沉降。除了高速公路的自重，路面行車也會(huì)間接的給土體帶來壓力，特別是大型車輛行駛時(shí)，對(duì)下部的土壤造成的壓力會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速增大，因此，高速公路的車輛行駛對(duì)施工沉降的影響力也是不可忽視的。

2.5 施工因素的影響

淺埋鐵路隧道施工期間的支護(hù)質(zhì)量對(duì)減小施工沉降有著決定性的影響，尤其是在淺埋隧道施工的過程中，先期的支護(hù)對(duì)隧道沉降的預(yù)防起到了至關(guān)重要的作用，具體包括支護(hù)的類型、結(jié)構(gòu)、選材、使用時(shí)間以及加裝支護(hù)的手段等。此外，施工過程采用的方法也會(huì)在一定程度上影響隧道發(fā)生沉降的可能性。一旦施工方案設(shè)計(jì)不當(dāng)，便會(huì)給工程的施工帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。

3 控制淺埋鐵路隧道施工沉降的有效措施

3.1 工程施工前期的沉降預(yù)防措施

3.1.1 加強(qiáng)工程施工前期地質(zhì)勘測(cè)的力度

加大工程施工前期地質(zhì)勘測(cè)的力度，可以為施工計(jì)劃的擬定提供充足的依據(jù)，使施工單位能夠詳細(xì)的了解工程所在地的地質(zhì)狀況、土壤巖性、地下水的分布狀況，以及高速公路路基的情況等，從而了解施工過程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，并有針對(duì)性的制定出科學(xué)的方法與控制措施，為降低淺埋鐵路隧道的施工沉降打下良好的基礎(chǔ)。所以，在淺埋鐵路隧道施工的前期，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)做好工程所在地的地質(zhì)勘測(cè)工作，掌握隧道施工段的各種參數(shù)，并著重對(duì)隧道與公路交叉的位置進(jìn)行勘測(cè)，包括公路的路基與邊坡的土質(zhì)和構(gòu)造、路基的穩(wěn)定性、路面是否發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象等，從而為后期的施工計(jì)劃的擬定以及施工過程中的沉降監(jiān)控提供充足的數(shù)據(jù)。

3.1.2 詳細(xì)了解高速公路與鐵路隧道的關(guān)系

由于高速公路本身的性質(zhì)以及車輛的運(yùn)行均會(huì)對(duì)淺埋鐵路隧道的施工沉降造成一定的影響，因此，詳細(xì)的了解高速公路的施工狀況與行車特點(diǎn)，對(duì)制定科學(xué)的施工計(jì)劃有著重要的意義。同時(shí)，高速公路與淺埋鐵路隧道之間的關(guān)系也是需要了解的重點(diǎn)之一。只有掌握了高速公路的實(shí)際情況，才能夠了解淺埋鐵路隧道在施工的過程中將面臨何種程度的壓力，應(yīng)當(dāng)采取怎樣的支護(hù)與加固手段，從而保證工程施工的順利進(jìn)行。

3.2 工程施工過程中的沉降預(yù)防措施

3.2.1 合理處置施工地點(diǎn)的地下水

鐵路隧道施工地點(diǎn)的地下水會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)產(chǎn)生不良影響，降低土壤的承載能力，提高工程的施工難度。因此，在架設(shè)支護(hù)之前，應(yīng)當(dāng)合理的處理施工地段的地下水，防止地下水的滲透對(duì)施工過程產(chǎn)生不利影響。為了防止因地下水導(dǎo)致的沉陷發(fā)生，需要對(duì)施工地點(diǎn)進(jìn)行排水處理，并在施工場(chǎng)所開挖排水溝，確保地下水能夠順利流出，保證施工場(chǎng)地的干燥，避免圍巖被地下水浸泡而發(fā)生軟化。

3.2.2 對(duì)隧道進(jìn)行超前支護(hù)

對(duì)淺埋鐵路隧道進(jìn)行施工時(shí)，對(duì)隧道進(jìn)行超前支護(hù)能夠在沉降發(fā)生之前對(duì)隧道的周邊進(jìn)行加固，能夠有效的防止沉降現(xiàn)象的產(chǎn)生。特別是在圍巖自穩(wěn)能力不強(qiáng)的地區(qū)施工時(shí)，如果缺少超前支護(hù)對(duì)隧道的支撐，將很容易發(fā)生沉降甚至塌方事故。使用導(dǎo)管對(duì)隧道的土體進(jìn)行注漿加固作為正式施工前的超前支護(hù)手段，可以將松散的巖體進(jìn)行固結(jié)，達(dá)到強(qiáng)化開挖面、增強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性與承載能力的目的。在進(jìn)行注漿的同時(shí)搭配大管棚超前支護(hù)技術(shù)，可以進(jìn)一步的穩(wěn)定隧道的圍巖，加強(qiáng)隧道的抗沉降能力。

3.2.3 選擇合理的開挖方式

在對(duì)下穿高速公路的淺埋鐵路隧道進(jìn)行施工的過程中，為了保證隧道基礎(chǔ)的穩(wěn)固，需要采用短臺(tái)階人工小步距的開挖方式，按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的思路進(jìn)行施工，在開挖的同時(shí)做好配套的初期支護(hù)工作，減少工程施工過程中出現(xiàn)沉降的可能性。而在淺埋鐵路隧道施工時(shí)，難免會(huì)遇到需要采用爆破手段配合開挖的地段，此時(shí)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)膲嚎s爆破的規(guī)模，采用小藥量、弱震動(dòng)的方式進(jìn)行爆破，盡可能的減小爆破過程對(duì)隧道產(chǎn)生的沖擊力，維持隧道圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

3.2.4 做好隧道的支護(hù)工作

淺埋鐵路隧道對(duì)沉降的抵抗能力較低，加之隧道需要下穿高速公路，因此更加提高隧道支護(hù)工作的難度，在隧道施工的過程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)加強(qiáng)高速公路下方隧道的支護(hù)工作，在增加支護(hù)數(shù)量的同時(shí)，科學(xué)的選擇支護(hù)的種類，合理的規(guī)劃支護(hù)的結(jié)構(gòu)，并在隧道開挖的過程中及時(shí)對(duì)隧道周邊的巖土進(jìn)行注漿或噴淋混凝土漿，達(dá)到提高隧道圍巖自穩(wěn)能力的目的，有效的防止了施工沉降的發(fā)生。

4 結(jié)語

在淺埋鐵路隧道下穿高速公路地段的施工過程中，采用“超探測(cè)、預(yù)堵水、管超前、強(qiáng)支護(hù)、短進(jìn)尺、早封閉、勤監(jiān)測(cè)、備預(yù)案”的思路對(duì)施工沉降進(jìn)行控制，能夠有效的降低隧道施工對(duì)高速公路產(chǎn)生的不利影響，確保高速公路與鐵路的行車安全。

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