淺析大斷面淺埋濕陷性黃土隧道下穿高速公路的沉降控制施工技術(shù)

謝前波

（西安市地下鐵道工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018）

1 工程概況

西安市地鐵四號線航天新城站航天東路站區(qū)間，自航天新城站起，沿規(guī)劃航天南路地下敷設(shè)，到達航天東路站。區(qū)間下穿西康高速公路，高速公路寬30m，下穿段的軌頂埋深約18m，采用礦山法下穿，下穿公路時加強超前支護，加強支護結(jié)構(gòu)，遵循管超前、短開挖、強支護、早封閉、勤量測的原則，嚴(yán)格控制沉降，保證公路的正常運營。

2 地質(zhì)概況

根據(jù)鉆孔和探井揭露，擬建工程場地在勘探深度40.0m范圍內(nèi)的地層主要為第四系堆積物，即由全新統(tǒng)人工填土（）、上更新統(tǒng)風(fēng)積（）黃土、殘積（）古土壤及中更新統(tǒng)風(fēng)積（）黃土、殘積（）古土壤組成。

3 導(dǎo)致沉降問題出現(xiàn)的主要原因

3.2 埋深的因素。由于是淺埋隧道，所以拱頂部的最小覆蓋厚度僅為18m，而正是由于較淺的埋深也很容易導(dǎo)致沉降問題的出現(xiàn)。

3.3 開挖面積大。在開挖隧道的過程中，其高度為11.44m，寬度為9.25m，斷面的面積約為90m2，在對過往的施工經(jīng)驗進行研究和分析時，我們發(fā)現(xiàn)如果隧道的埋深是小于20m的，并且其跨度不超過8m時，在其上部所覆蓋的土體是具備較好的穩(wěn)定性的，而如果超過了此范圍，那么土體的穩(wěn)定性就會大大的下降。

3.4 路面通車的影響。由于西康高速公路是顯西安與安康及周邊地區(qū)的主要通道，高速公路上車流量大而且大多為載重量大的大型車輛，施工過程中高速公路是正常通車的，車輛的荷載也可能導(dǎo)致沉降問題的出現(xiàn)。

4 沉降控制工作的施工技術(shù)

4.1 大管棚超前支護。大管棚的材料應(yīng)選擇鋼管，其厚度為3.5mm，外直徑約為108mm，其在隧道拱部150度的范圍內(nèi)應(yīng)采用環(huán)形的布置方式，外插角為10度。環(huán)向間距0.4m，縱向間距2.0m，鋼管內(nèi)部應(yīng)采用水泥漿作為注填材料。在隧道開挖的過程中，如果挖到了可能影響高速公路正常運行的路段，那么應(yīng)停止掘進，同時搭建管棚工作室并且噴射一個封閉的混凝土噴射面。之后應(yīng)對管棚測量定位，然后將大管棚鋼管旋轉(zhuǎn)并頂進就位，設(shè)備選擇的是小型的導(dǎo)向鉆機。施工的過程中應(yīng)準(zhǔn)確的掌握大管棚的外插角，其不能偏高0.5m，更不能進入到開挖線內(nèi)，從而更好的發(fā)揮大管棚的支護作用。之后應(yīng)進行對鋼管的注漿填充的作業(yè)，為提高大管棚的整體支護能力，應(yīng)采用型鋼鋼價來支撐每一環(huán)管棚的端部。

4.2 初期的支護。（1）初噴砼。在完成了隧道工程的開挖作業(yè)后，應(yīng)將開挖面封閉起來，此過程應(yīng)選擇C25早強砼作為噴射的材料，建議噴射的厚度為30mm，全斷面支護，從而充分的提高圍巖的穩(wěn)定性；（2）安裝拱腳托梁。在初噴砼的施工作業(yè)完成后，應(yīng)安裝拱腳托梁，材料選擇的為118工字鋼，長度為60cm，并且拱腳托梁與上環(huán)托梁應(yīng)焊接對接的。托梁能夠大幅度的提升拱腳的支承力，同時也擴大了拱腳的承壓面積；（3）支立鋼拱架。同樣材料也采用118型鋼，在各部分的開挖作業(yè)完成后應(yīng)立即進行支立鋼拱架的施工作業(yè)，在施工現(xiàn)場應(yīng)分兩段制作拱部的鋼拱架并將它們合理的聯(lián)結(jié)，同時用螺栓將托梁和拱腳緊緊的固定住。上鋼拱架的底板應(yīng)與邊墻鋼拱架的頂端連接，用混凝土將底腳墊實，而邊墻鋼拱架的兩端還應(yīng)與仰拱連接；（4）設(shè)置臨時的豎向支承和仰拱。在核心土開挖的施工作業(yè)完成后，應(yīng)立即設(shè)置臨時的豎向支承和仰拱，這樣才能盡快的形成閉合并支護拱部，從而有效的防止沉降變形的問題出現(xiàn)。臨時豎向支承可采用I20工字鋼，其位置應(yīng)在支護的中部，而仰拱則采用I18工字鋼，鋼拱架應(yīng)與其兩端連接。在臨時豎向支承和仰拱之間應(yīng)采用鋼筋焊接連接，間距為1m，直徑為20mm，之后應(yīng)用噴射砼填滿；（5）打設(shè)錨桿。在邊墻和拱部打設(shè)錨桿建議選擇藥卷錨桿作為材料，其長度為3.5m，直徑為22m，布設(shè)時縱向間距為0.8m，環(huán)向間距為1.0m，之后應(yīng)進行鉆孔的施工作業(yè)，之后在孔內(nèi)放入浸水錨固卷并將其錘擊就位；（6）噴射混凝土。在以上工序都完成后，應(yīng)立即噴射混凝土，材料為C20，厚度為35cm。進行初期的支護工作時，應(yīng)有機的結(jié)合鋼拱架、托梁、臨時仰拱等各類支護結(jié)構(gòu)，從而形成一個完善的剛性支護體系，最大限度的避免沉降變形的問題出現(xiàn)。

4.3 二次襯砌。二次襯砌采用的為模筑鋼筋混凝，在初期的支護作業(yè)完成后應(yīng)立即進行，進一步的提升了路基路面的整體承載能力。（1）施工方法。二次襯砌主要分為仰拱襯砌和拱墻襯砌兩部分的施工作業(yè)，前者能夠進一步的提高初期支護的穩(wěn)定性，同時還能為之后的拱墻襯砌提供作業(yè)平臺，而在進行拱墻襯砌的施工作業(yè)時，其分段的長度應(yīng)是小于6m的；（2）砼灌注。通常應(yīng)采用就地灌注的方法來灌注仰拱砼，以襯砌臺車作為支承模板來關(guān)灌注拱部和邊墻襯砌，并且確保一次澆筑成型；（3）注漿充填。在二次襯砌的拱頂都是會留有注漿孔的，并且在初期支護和二次襯砌之間應(yīng)填充水泥-水玻璃雙液漿，從而有效避免初期支護后沉降變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。

結(jié)語

在濕陷性黃土地區(qū)進行大斷面淺埋隧道下穿高速公路的施工作業(yè)時，我們應(yīng)遵循“管超前、強支護、短開挖、勤量測、早封閉”的施工原則，在保證車輛安全通行的前提下，不斷的完善加強初期支護、大管棚超前支護、二次襯砌以及監(jiān)控量測等施工技術(shù)，有效的控制施工中沉降現(xiàn)象，大大的降低了施工過程中的交通配合和疏導(dǎo)的費用，同時也能取得了較高的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]倪魯肅.淺埋黃土隧道下穿高速公路沉降控制研究[J].北京交通大學(xué)，2011.