淺埋大跨隧道下穿既有公路變形控制技術(shù)研究

■許友德（泉州市公路局晉江分局，晉江362000）

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淺埋大跨隧道下穿既有公路變形控制技術(shù)研究

■許友德
（泉州市公路局晉江分局，晉江362000）

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)迅猛發(fā)展，高速公路的修建規(guī)模和數(shù)量都在逐年呈現(xiàn)增長趨勢，新建隧道近距離穿越既有隧道或其他建筑物的現(xiàn)象在所難免，使得施工難度增大。本文依托大鼓山隧道洞口工程，展開了對淺埋大跨隧道下穿既有公路變形一系列的控制技術(shù)研究，按預(yù)定計劃完成了各項任務(wù)和目標(biāo)，所取得的成果對確保工程順利展開發(fā)揮了積極的作用，為類似工程提供經(jīng)驗和借鑒。

淺埋大跨隧道下穿既有公路施工技術(shù)

0引言

近年來，隨著我國公路交通事業(yè)的飛速發(fā)展，公路的等級不斷提高，通車?yán)锍讨鹉昱噬?。高速公路已成為拉動國民?jīng)濟增長的支柱產(chǎn)業(yè)和帶動地方經(jīng)濟發(fā)展的龍頭。在山嶺地區(qū)和跨江過河的公路建設(shè)中，隧道方案以縮短行車?yán)锍?，保護生態(tài)環(huán)境，提高線型標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)勢，得到普遍應(yīng)用。

大鼓山隧道進洞初期往往會遇到覆蓋層較薄弱的淺埋段，由于淺埋段圍巖穩(wěn)定性較差，施工過程中稍有不慎則容易出現(xiàn)垮塌。加之淺埋段下穿既有縣道和居民區(qū)，施工容易引起地表開裂甚至破壞、倒塌。因此淺埋段施工方法的選擇直接關(guān)系到前期進洞和下穿施工的成敗，關(guān)系到工程的進度和安全。

1工程概況

大鼓山隧道左、右線行車道分別在（ZK41+096～ZK41+126）和（YK41+106～YK41+136）段下穿X339縣道和尾園村。此處圍巖為全風(fēng)化花崗巖，局部夾雜強風(fēng)化花崗巖，隧道埋深18～31m。通過走訪調(diào)查，了解到縣道路基在該段落原為山體沖溝，在坡腳處干砌片石坡度1：0.1擋墻防護（圖1），并經(jīng)開挖山體土方傾倒至路基本體內(nèi)進行人工夯實。為保證縣道安全運營和地面建筑物不開裂，不沉降，洞身穿越既有縣道和地面建筑物時。采取洞外地表加固和洞內(nèi)超前管棚支護技術(shù)輔助施工。

隧道開挖施工方法主要采用臺階法、中隔壁以及雙側(cè)壁法及環(huán)形預(yù)留核心土開挖法，而對于在復(fù)雜地質(zhì)條件下，采用環(huán)形預(yù)留核心土開挖施工，并在淺埋地質(zhì)條件下成功下穿既有縣道（埋深18m）、和建筑構(gòu)造物的尚無先例。本文結(jié)合現(xiàn)場施工和沉降觀測數(shù)據(jù)分析，采用環(huán)形預(yù)

圖1　洞頂縣道情況

留核心土開挖技術(shù)及輔助措施減小對地表建筑物的影響。

2洞外地表加固技術(shù)

由于隧道仰坡距離縣道較近，根據(jù)原縣道施工情況，為確?？h道運營安全和防止縣道坡面受季節(jié)性降水影響失穩(wěn)、滑移，需對縣道本體及縣道下坡面進行加固處理（見圖2）。

圖2　洞頂?shù)乇砑庸淌┕D

具體方案如下：

（1）清理縣道路床坡面植被，修整坡面。

（2）在縣道路床坡腳增設(shè)Φ108mm鋼管抗滑樁，長度15m，沿縣道坡腳線方向增設(shè)兩排，施工間距按1×2m布置，鋼管抗滑樁采用超前長管制作工藝。鋼管樁施工完畢后在樁頂施作C15模筑混凝土護樁，護樁厚度1m，寬度3m。鋼管樁施工至洞身開挖范圍內(nèi)時，根據(jù)測量數(shù)據(jù)調(diào)整樁長，以保證樁體加固在洞身開挖范圍以外。

（3）縣道干砌片石擋墻處鉆設(shè)φ42mm小導(dǎo)管注漿加固，L=5m，按1.2m×1.2m呈梅花形布置，并在原有干砌片石擋墻外側(cè)增設(shè)C15混凝土擋墻，對縣道路床進行注漿加固。

3洞內(nèi)超前大管棚和小導(dǎo)管聯(lián)合支護

大管棚作為一種超前支護措施，較多地應(yīng)用于隧道洞口進洞前超前加固施工，在洞內(nèi)施作的工程較少。洞內(nèi)施作相對于洞外的區(qū)別在于洞內(nèi)作業(yè)空間狹小，且大管棚要在洞身開挖輪廓線外進行支護，所以在洞內(nèi)施工大管棚必須對洞身開挖拱部進行擴挖，形成大管棚施工工作室。

大鼓山隧道洞內(nèi)大管棚施工采用CM351履帶式高風(fēng)壓潛孔鉆（見圖3）。施工作業(yè)時，距離拱頂最小工作距離為50cm。所以在管棚施工前，需在開挖斷面前5m范圍內(nèi)將斷面逐漸加大，以保證鉆機有足夠的操作空間。

圖3　洞內(nèi)管棚鉆機

3.1超前大管棚

超前大管棚采用φ89×5mm熱軋無縫鋼管及鋼花管，長度L=10m，節(jié)長為2～3m，每節(jié)鋼管兩端均預(yù)加工成外絲扣。管棚布設(shè)在拱腰以上2m處，沿開挖輪廓線布設(shè)，管棚環(huán)向間距30cm，140°鉆設(shè)，外插角15°，鋼花管上間隔30cm鉆設(shè)φ8mm溢漿孔，梅花形布置，每孔第一節(jié)管棚前端做成尖錐狀，方便下管。詳見圖4和圖5。

（1）導(dǎo)向墻施工：導(dǎo)向墻采用兩榀格柵鋼架做支撐，焊接導(dǎo)向管，噴射C20混凝土形成導(dǎo)向墻。

（2）管棚安裝：鉆孔達到設(shè)計深度后退出鉆桿，將Φ89mm管棚頂進孔內(nèi)，在所有管棚施工完畢后，對管棚進行全孔一次性注漿。

（3）注漿材料。

①PO42.5普通硅酸鹽水泥；

②水泥水灰比：（0.75～1.5）：1；

③水玻璃：35波美度，模數(shù)2.4，添加水泥重量5%的水玻璃；

④注漿壓力：0.5～1.0MPa。 3.2超前小導(dǎo)管支護

圖4　洞內(nèi)大管棚布置圖

圖5　管棚加工圖

管棚長度10m一環(huán)，兩環(huán)之間采用超前小導(dǎo)管支護，且搭接長度不小于3m。超前小導(dǎo)管采用Φ42mm× 3.5mm熱軋無縫鋼管，長度L=5m，鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊接Φ8mm加勁箍，管壁四周鉆8mm壓漿孔，但尾部100cm布設(shè)壓漿孔，超前小導(dǎo)管施工時，與隧道襯砌中線平行以10～15°仰角打入拱部圍巖，鋼管環(huán)向間距30cm，每打完一排鋼管后及時封閉掌子面，并注漿。詳見圖6和圖7。

超前小導(dǎo)管縱向間距320cm，每排搭接長度保持1.0m以上。

超前小導(dǎo)管可以從型鋼拱架腹部穿過或采用一榀格柵鋼架替代需開孔的型鋼鋼架，鋼管尾部應(yīng)與鋼架焊接牢固。

3.3洞身開挖施工技術(shù)

圖6　小導(dǎo)管超前支護布置圖

圖7　小導(dǎo)管超前支護斷面圖

洞身開挖采用環(huán)形預(yù)留核心土三臺階開挖技術(shù)，按照該開挖工法，拱部環(huán)向一次開挖成型，預(yù)留核心土，每循環(huán)進尺0.8m。在掘進5m后，中臺階分左右側(cè)錯開掘進，單側(cè)每次掘進0.4m，為了保證拱部的穩(wěn)定，防止兩側(cè)拱腳同時懸空，中臺階兩側(cè)邊腿必須錯開3m。同理，下臺階掘進分左右側(cè)錯開施工，各部掘進間距控制以5m為宜。由于現(xiàn)場地質(zhì)條件較復(fù)雜，考慮在沉降變化較大時，通過增加中臺階臨時仰拱減緩變形，在中臺階初支鋼架連接鋼板以上20cm處，焊接臨時仰拱支撐接頭。

初期支護參數(shù)采用拱、錨、網(wǎng)、噴聯(lián)合支護結(jié)構(gòu)（圖8），拱架支撐采用I20b，間距40cm，Φ22mm連接鋼筋；設(shè)雙層Φ6.5mm鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距200mm×200mm，環(huán)向間距100cm；系統(tǒng)錨桿采用Φ42×3.5mm注漿小導(dǎo)管，縱環(huán)向間距40cm（縱）×120cm（環(huán)向），梅花形布置；鎖腳采用Φ42×3.5mm厚350cm長注漿小導(dǎo)管；C20噴射混凝土厚度26cm。

三臺階支護施工完成后，對系統(tǒng)錨桿和鎖腳鋼管進行注漿，加固土體。

圖8　三臺階法初期支護參數(shù)圖

4小結(jié)及建議

綜上所述，大鼓山隧道工程通過地表加固和洞內(nèi)超前管棚支護，實現(xiàn)了隧道洞身開挖支護成功下穿既有縣道，并形成一套實用性強的下穿既有公路和建筑物的隧道施工技術(shù)，確保了工程施工安全，并為以后類似工程提供借鑒。

（1）理論分析表明，通過對隧道施工期間洞內(nèi)與洞外變形的綜合控制與路基保護，能夠確保既有道路的安全穩(wěn)定，為施工方案的制定與優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

（2）根據(jù)現(xiàn)場地形和地質(zhì)情況，預(yù)見性地采用鋼管抗滑樁和坡面小導(dǎo)管注漿加固技術(shù)加固地表結(jié)構(gòu)物，有效地減小地表變形，確?？h道運營安全。

（3）通過增加洞內(nèi)超前大管棚和小導(dǎo)管組合的超前支護結(jié)構(gòu)，結(jié)合環(huán)形預(yù)留核心土三臺階開挖技術(shù)，成功實現(xiàn)隧道洞身開挖下穿既有縣道和地表建筑物。

［1］許亞軍.超淺埋暗挖隧道下穿高速公路的施工技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2009（01）.

［2］顧問宇，李偉，馮金英.管棚超前支護在平頂直墻隧道中的優(yōu)化設(shè)計［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009（03）.

［3］韓磊，張永剛.淺埋大跨隧道下穿洞穴施工［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2012（11）.