下穿高速公路淺埋段隧道施工技術(shù)研究

張玉輝 （中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司，河北 保定072750）

隨著我國鐵路、公路建設(shè)的快速發(fā)展，在建鐵路隧道下穿高速公路的情況時(shí)有發(fā)生，尤其在建隧道距高速公路埋深較淺時(shí)施工難度極大［1］。三江至南川線擴(kuò)能改造工程新峽口壩隧道位于重慶市萬盛區(qū)境內(nèi)，隧道全長2961.42m。隧道在LDK1＋782～LDK1＋845段下穿綦（江）萬（州）高速公路，隧道拱頂最大埋深約為11m，相交下穿高速公路段63m。隧道上覆層為卵石土、粉質(zhì)粘土、碎石土及塊石土，下覆基巖為三疊系上統(tǒng)須家河組砂巖；中統(tǒng)雷口坡組頁巖、灰?guī)r夾巖溶角礫巖、泥質(zhì)灰?guī)r；下統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r夾巖溶角礫巖、白云質(zhì)灰?guī)r。隧道圍巖為單斜構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層破碎，地下水主要為基巖裂隙水，賦存于巖體裂隙內(nèi)，隧道開挖時(shí)，以滴水、小股淋水為主，局部可成片狀、股狀涌出，在雨季淺埋段會(huì)有較嚴(yán)重滲流、淋水現(xiàn)象。因此，該工程存在以下施工難點(diǎn)：① 新峽口壩隧道穿越的高速公路地段重型車輛來往頻繁，地面動(dòng)載變化大，因而對隧道超前支護(hù)及初期支護(hù)的施工質(zhì)量要求高；②隧道開挖進(jìn)尺及爆破控制嚴(yán)格。由于隧道穿越高速公路最薄覆蓋層為11m，且上部為全風(fēng)化砂巖，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體較破碎，地基承載力較差，爆破開挖對高速公路結(jié)構(gòu)面及隧道掌子面破壞影響較大，在隧道開挖進(jìn)尺及爆破時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制。為此，筆者對新峽口壩隧道施工技術(shù)進(jìn)行了研究，以便為鐵路隧道施工安全及高速公路行車安全提供幫助。

1 超前支護(hù)施工

1.1 超前大管棚施工

1）測定孔位 用全站儀測定鉆孔孔位，并用紅油漆標(biāo)注在掌子面上。

2）搭建施鉆平臺(tái) 施鉆平臺(tái)用15cm×15cm方木由下向上成“井”字形搭建，用扒釘連接固定。上面用木板鋪平。要求鉆機(jī)平臺(tái)搭建必須牢固，鉆機(jī)安放到平臺(tái)上以后，要用鋼絲繩緊固，防止鉆進(jìn)時(shí)鉆機(jī)擺動(dòng)或傾斜而影響鉆孔質(zhì)量。

3）鉆孔 根據(jù)本隧道地質(zhì)圍巖情況，擬采用硬質(zhì)合金管鉆法，即用?73mm鉆桿配?127mm×3m硬質(zhì)合金鉆具進(jìn)行干式鉆進(jìn)成孔。鉆進(jìn)時(shí)可根據(jù)地層濕度適當(dāng)加水，從而提高鉆進(jìn)效率。首先將鉆機(jī)在注漿孔前就位，鉆桿正對空心以保證鉆孔平直。為了能順利下管，成孔后用巖心管掃孔以便使孔道順暢。

4）安裝鋼管 管棚節(jié)間用絲扣連接。管棚設(shè)計(jì)長58m，管棚單序孔第一節(jié)長6m、最后一節(jié)長4m，雙序孔第一節(jié)長4m、最后一節(jié)長6m，其余管節(jié)長度均為6m。管壁鉆?8mm梅花形孔，以利于漿液通過管壁擴(kuò)散到地層中。管棚安裝后，管口用麻絲和錨固劑封堵鋼管與孔壁間空隙，連接壓漿管及三通接頭。

5）注漿 管棚注漿前，應(yīng)向開挖工作面、拱圈及孔口管周圍巖面噴射10cm厚的C25混凝土，以防鋼管注漿時(shí)巖面縫隙跑漿。此外，應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，以測定巖層的吸水性，核實(shí)巖層的滲透性，為注漿時(shí)選取泵量、泵壓及漿液配方等提供參考依據(jù)，同時(shí)沖洗鉆孔，檢查止?jié){塞效果和注漿管路是否有跑水、漏水現(xiàn)象。注漿采用1∶1水泥砂漿，注漿壓力為0.5～1.0MPa，具體參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)按實(shí)際情況而定。注漿次序?yàn)橛上孪蛏祥g隔注入，出現(xiàn)串管現(xiàn)象時(shí)，間隔應(yīng)適當(dāng)加大。注漿達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)或達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，穩(wěn)壓10min即可結(jié)束注漿。

1.2 超前小導(dǎo)管施工

超前小導(dǎo)管注漿施工前先對開挖面及5m范圍內(nèi)的坑道噴射厚為5～10cm的混凝土，以阻止?jié){液的外滲。具體內(nèi)容如下：①鉆孔時(shí)，外插角一般為5～7°，孔眼較鋼管管徑大2.0cm以上，鉆孔應(yīng)做到孔壁圓、角度準(zhǔn)、孔身直、深度夠、巖粉清洗干凈，且沿隧道縱向2組小導(dǎo)管間保證有1.0m以上的水平搭接長度。②小導(dǎo)管插入孔后應(yīng)外露一定長度，以便于連接注漿管，并用塑膠泥將導(dǎo)管周圍孔隙封堵密實(shí)。③注漿材料一般采用水泥砂漿（水灰比0.5～1.0），并隨施工情況隨時(shí)調(diào)整技術(shù)參數(shù)和技術(shù)措施，以便確保施工的順利進(jìn)行。

2 開挖與支護(hù)

根據(jù)新峽口壩隧道下穿高速公路的圍巖情況，按照“管超前、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤量測、快襯砌、早封閉”的方法組織施工。隧道下穿高速公路段采用雙層 ?108大管棚超前支護(hù)，采用“三臺(tái)階七步法”開挖，雙層初期支護(hù)，隧道開挖后及時(shí)施作鋼拱架、錨噴支護(hù)、混凝土襯砌緊跟開挖面（見圖1），并根據(jù)量測結(jié)果及時(shí)指導(dǎo)施工。

圖1 三臺(tái)階七步開挖示意圖

2.1 上部弧形導(dǎo)坑開挖

在拱部超前支護(hù)后進(jìn)行，環(huán)向開挖上部弧形導(dǎo)坑，預(yù)留核心土，核心土長度為2～3m，寬度為隧道開挖寬度的1／3。開挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過1.0m，開挖后立即初噴4cm混凝土。上臺(tái)階開挖矢跨比應(yīng)大于0.3高度，為3.49m（按Ⅴ級特殊支護(hù)斷面計(jì)算，其他斷面作調(diào)整），開挖后及時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，架設(shè)鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處緊貼其兩側(cè)邊沿按下傾角20、40°打設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

2.2 左、右側(cè)中臺(tái)階開挖

開挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過1.0m，開挖高度一般為2～3m，左、右側(cè)臺(tái)階錯(cuò)開2m，開挖后立即初噴4cm混凝土，及時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，接長鋼架，在鋼架墻腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角20、40°打設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

2.3 隧道底部開挖

每循環(huán)開挖長度為2m，開挖后及時(shí)施作仰拱初期支護(hù)，完成2個(gè)隧道底部開挖、支護(hù)循環(huán)后，及時(shí)施作仰拱，仰拱分段長度為2m。

3 施工效果

3.1 隧道洞內(nèi)監(jiān)測結(jié)果分析

隧道洞內(nèi)沉降、水平收斂量測布置圖如圖2所示。拱頂位移主要通過精密水準(zhǔn)儀、鋼尺、標(biāo)尺等儀器監(jiān)測拱頂C點(diǎn)絕對位移，周邊位移收斂主要通過周邊收斂計(jì)量測AE、BD、CE的相對位移變化，收斂數(shù)據(jù)體現(xiàn)的是3個(gè)值中的最大值［2］。虹橋隧道淺埋段Ⅴ級圍巖每10m設(shè)置一個(gè)測量斷面。表1所示為隧道淺埋段相關(guān)樁號的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)。由表1可知，LDK1＋790～810周邊位移收斂，拱頂位移累計(jì)值和開挖當(dāng)天變化值都較小。此外，LDK1＋820～840變化值較左洞大，但對于Ⅴ級圍巖淺埋段來說在許可范圍之內(nèi)。

圖2 洞內(nèi)沉降、水平收斂量測布置圖

表1 隧道周邊位移及拱頂下沉數(shù)據(jù)采集表

3.2 地表沉降監(jiān)測結(jié)果分析

地表變形測點(diǎn)的位置的選擇既要能夠反映監(jiān)測對象的變形特征，又要便于應(yīng)用儀器進(jìn)行觀測，還要有利于測點(diǎn)的保護(hù)［3］。埋測點(diǎn)不能影響和妨礙結(jié)構(gòu)的正常受力，不能削弱結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)先布置好各監(jiān)測點(diǎn)，以便監(jiān)測工作開始時(shí)監(jiān)測元件能夠進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)。如果測點(diǎn)在施工過程中遭到破壞，應(yīng)盡快在原來位置或盡量靠近原來位置補(bǔ)設(shè)測點(diǎn)，保證該測點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性［4］。

沿線路縱向布設(shè)9個(gè)觀測斷面（斷面與高速公路平行），其中高速公路中間斷面、靠近高速公路兩邊斷面為A類斷面，其余斷面為B類斷面。A類斷面隧道中心線兩側(cè)15m范圍內(nèi)每3m布一個(gè)測點(diǎn)，15m之外布6個(gè)測點(diǎn)（間距5m）。B類斷面隧道中線兩側(cè)50m內(nèi)布點(diǎn)間距5m。用沖擊鉆在地表鉆孔，然后放入長200～300mm、?20～30mm的圓頭鋼筋，四周用水泥砂漿填實(shí)。洞內(nèi)水平收斂、拱頂下沉點(diǎn)布置在同一里程上（布置位置見圖3和圖4）。

圖4 A類斷面地表下沉量測斷面布置圖

圖5 B類斷面地表下沉量測斷面布置圖

從監(jiān)測的數(shù)據(jù)來看，在開挖及初期支護(hù)完成后的一段時(shí)間內(nèi)地表沉降較大，特別是距離隧道中心線越近沉降越大，其中最大沉降累計(jì)值為6mm（最大沉降累計(jì)值8mm以下為安全值），距離隧道中心線越遠(yuǎn)沉降越小，其中距離20m的時(shí)候最大沉降累計(jì)值0.9mm（最大沉降累計(jì)值1mm以下為安全值）。由此可見，采用上述施工方案是十分可行的。

［1］ 楊嚴(yán) .淺埋黃土隧道下穿公路施工技術(shù) ［J］.中國西部科技，2014，12（7）：23－25.

［2］ 余曉琳，羅霞 .隧道下穿高速公路施工方案可行性數(shù)值分析 ［J］.公路與汽運(yùn)，2010，25（5）：79－82.

［3］ 午向陽，蔣宗全，李鵬飛，等 .大斷面隧道下穿高速公路施工方案優(yōu)化研究 ［J］.鐵道建筑，2010，49（11）：40－42.

［4］ 楊益合 .淺埋黃土隧道下穿高速公路大管幕施工技術(shù) ［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2010，28（3）：61－63.