淺埋隧道下穿既有道路的施工技術(shù)研究

張耀雙

（中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 101400）

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

杉樹坪左線全長(zhǎng)1 585.00m，右線全長(zhǎng)1 585.86m，杉樹坪左線進(jìn)口V級(jí)淺埋段長(zhǎng)190m，右線進(jìn)口V級(jí)淺埋段長(zhǎng)220m，淺埋段通過崩坡積體洞頂埋深過淺，且為堆積體，圍巖含泥量極大，松散破碎，施工難度較大，進(jìn)度緩慢，月度進(jìn)尺為30m/月。為了在保證質(zhì)量和安全前提下不影響全線工期，項(xiàng)目部決定由出口進(jìn)洞開挖，與入口形成雙向?qū)Υ颉Ｉ紭淦核淼纼艨諡?0.25m×5.00m，為雙車道隧道，隧道出口向小里程方向100m范圍內(nèi)為小凈距隧道。隧道出洞口上方省級(jí)道路（YK37＋964－YK37＋970）近于垂直通過，其路面高程為636.220m，比隧道出洞口頂設(shè)計(jì)高程634.350m高出不到2m，出洞口前為一斜坡，坡度約為37°，存在約4.6m厚崩坡積層及強(qiáng)風(fēng)化層。施工現(xiàn)場(chǎng)照片如圖1所示。

圖1 施工現(xiàn)場(chǎng)照片（覆蓋層＜2m）

1.2 隧道出口工程地質(zhì)

出洞口位于斜坡山脊上，斜坡坡向約171°，坡角28°～36°。隧道近乎直線出洞，洞軸線與斜坡走向交角近90°，與巖層走向交角49°。緩坡零星分布有厚度0.5～1.5m的殘坡積層粉質(zhì)黏土，結(jié)構(gòu)松散；基巖為志留系中統(tǒng)韓家店組2段頁(yè)巖，為軟巖。地下水貧乏，雨后可能有少量滲水且呈滴狀滲出，洞口段未見崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，天然斜坡穩(wěn)定。

2 原設(shè)計(jì)施工方案存在的問題

隧道出口進(jìn)洞將橫穿S202省道，原設(shè)計(jì)出洞施工，先進(jìn)行既有道路的挖除，在原省道路面下方施作明洞，明洞修筑完成后再在上方恢復(fù)瀝青混凝土路面。該方案未考慮明洞施工期間斷路帶來的影響，根據(jù)項(xiàng)目部從2016年5月進(jìn)場(chǎng)以后的情況來看，該條道路的車流量較大，且該省道為石黔項(xiàng)目運(yùn)送砂石料、鋼材、水泥的必經(jīng)之路，也是項(xiàng)目部的施工車輛運(yùn)行便道。所以，挖斷S202省道并在明洞施工完成后恢復(fù)，這種設(shè)計(jì)方案明顯不可行。

3 解決方案

3.1 進(jìn)洞施工思路

經(jīng)研究，出口進(jìn)洞施工的前提有2點(diǎn):①必須保證S202省道的運(yùn)行暢通；②保證淺埋下穿既有省道的隧道安全進(jìn)洞。經(jīng)邀請(qǐng)總包、設(shè)計(jì)院、業(yè)主等多方多次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看，根據(jù)這2個(gè)大前提給出進(jìn)洞方案。

1）取消明洞，采取暗挖法的施工方法進(jìn)洞，進(jìn)洞前將既有S202省道向山體方向（隧道小里程）改移20m，改移道路完成后封閉既有S202省道段，運(yùn)行車輛改由改移道路通行。

2）進(jìn)行隧道出口右洞進(jìn)洞施工，當(dāng)右洞出口掌子面施工超過既有道路而又沒進(jìn)入改移道路時(shí)，停止施工，跟進(jìn)仰拱、二襯；待位于既有省道下方的二襯施工完畢且強(qiáng)度達(dá)到要求后，將車輛運(yùn)行路線改回既有省道上，右洞掌子面繼續(xù)向前開挖，二襯持續(xù)跟進(jìn)；待二襯超過改移道路且強(qiáng)度達(dá)到要求后，將運(yùn)行路線變回改移道路。

3）因?yàn)樗淼?00m范圍內(nèi)為小凈距隧道，施工前后洞掌子面要距離50m以上，所以在第二步施工完成且掌子面距離大于50m后，方可施工左洞，施工工序和交通轉(zhuǎn)換同第二步。

4）左右洞均通過改移道路后考慮改移道路距離隧道洞口較遠(yuǎn)，比原既有道路具備更大安全性，遂封閉原既有道路禁止通行，在改移道路上設(shè)置防撞護(hù)欄，在洞口上方設(shè)置防拋網(wǎng)，杉樹坪淺埋隧道下穿既有省道施工正式完成。

該進(jìn)洞方案將淺埋隧道下穿既有省道的復(fù)合式難點(diǎn)成功分割為淺埋隧道施工和下穿既有省道施工，既保證了S202省道的運(yùn)行通暢，又保證了將淺埋隧道施工受上方既有道路的干擾降到最低。

3.2 存在的重難點(diǎn)和解決措施

針對(duì)以上解決方案，在施工前和施工過程中存在以下重難點(diǎn)。

1）S202省道車流量大，且多為施工和運(yùn)輸材料的重型車輛，暗洞開挖覆蓋層小于2m，施工風(fēng)險(xiǎn)大，安全隱患大。

解決措施:對(duì)于覆蓋層主要有2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn):首先，改移道路后，淺埋隧道暗挖的風(fēng)險(xiǎn)；其次，采用改移道路作為永久省道通行對(duì)隧道長(zhǎng)期荷載的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)提出了以下解決措施。

改移道路后，隧道為單一的淺埋暗挖隧道，綜合分析決定在洞口施作套拱，采用30m大管棚進(jìn)洞，管棚根數(shù)33根，使拱頂上方形成承載能力較強(qiáng)的拱形整體。進(jìn)洞方法采用三臺(tái)階短進(jìn)尺七步開挖法，開挖采用挖機(jī)配合破碎錘掘進(jìn)，嚴(yán)禁放炮。開挖遵循短進(jìn)尺、早支護(hù)、勤量測(cè)的原則，在開挖斷面布設(shè)圍巖沉降、收斂觀測(cè)點(diǎn)，并在路面布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)總沉降值或沉降速率超過預(yù)警值，需立即停止施工，并查明原因。

針對(duì)改移道路作為永久省道通行對(duì)隧道長(zhǎng)期荷載的風(fēng)險(xiǎn)，在改移道路施工時(shí)，路面標(biāo)高要比既有路面標(biāo)高高出2m，加厚隧道覆蓋層，并在路面施工時(shí)采用工字鋼做成的簡(jiǎn)單簡(jiǎn)支橋結(jié)構(gòu)，以此承受一部分路面上的車輛荷載，保證改路省道和下穿新建公路隧道的安全運(yùn)行。同時(shí)，二次襯砌原設(shè)計(jì)采用XS5a下穿原既有路段加強(qiáng)支護(hù)，現(xiàn)改為下穿既有路至改移道路均采用XS5a型加強(qiáng)支護(hù)。

2）杉樹坪出口隧道設(shè)計(jì)線間距11.722m，為極小凈距隧道，對(duì)中夾巖擾動(dòng)大。隧道開挖后產(chǎn)生的應(yīng)力交疊極易導(dǎo)致圍巖坍塌變形，使初期支護(hù)和二次襯砌的承受較大的圍巖壓力。同時(shí)隧道周邊圍巖可能產(chǎn)生較大的塑性區(qū)，從而導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)被破壞。

解決措施:施工方案按小凈距隧道施工方案執(zhí)行，隧道支護(hù)采用XSa型襯砌支護(hù)形式，結(jié)構(gòu)支護(hù)較一般段加強(qiáng)，中夾巖采用長(zhǎng)系統(tǒng)錨桿加固。隧道開挖時(shí)，必須盡可能減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保證中夾巖和周邊圍巖的穩(wěn)定性和整體性。

3）左線出口左側(cè)有一天然沖溝，拱頂存在節(jié)理斷層且含水量大。該沖溝常年流水，極有可能滲入隧道拱頂和邊墻圍巖，給隧道開挖造成極大的障礙。

解決措施:項(xiàng)目部在改移道路正對(duì)沖溝和涵洞的地方埋設(shè)涵管與既有涵洞連接，再將涵管入口處封堵，使沖溝水由改移道路的路基邊溝排出，在施工過程中保證沖溝的水不會(huì)滲入隧道拱頂和邊墻圍巖；在出口段施工完成后，挖開涵管進(jìn)口封堵施工拱頂排水溝，由原涵洞經(jīng)拱頂端墻截水溝排出。

4）S202省道車流量較大，改用改移道路后需考慮如何確保運(yùn)行車輛及下方新建高速公路的安全。

解決措施:改移道路完成后，在隧道一側(cè)施工防撞護(hù)欄和防撞墻（隧道洞口上方），并安設(shè)防拋網(wǎng)，防止墜物掉入新建高速公路。

4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

原設(shè)計(jì)方案為初始風(fēng)險(xiǎn)事件，初始風(fēng)險(xiǎn)事件為中、高度風(fēng)險(xiǎn)，屬于不可接受范圍，通過改變?cè)O(shè)計(jì)方案，采取針對(duì)性的措施，將風(fēng)險(xiǎn)降低至可接受或可忽略范圍，并在施工過程中采取加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)、細(xì)化施工措施、制定降低風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)施性施工方案，以期最大程度地將風(fēng)險(xiǎn)降低至可接受范圍。

5 施工要點(diǎn)

5.1 三臺(tái)階七步開挖法

隧道三臺(tái)階七步開挖法是以弧形導(dǎo)坑開挖留核心土為基本模式，分上、中、下3個(gè)臺(tái)階7個(gè)開挖面，各部位的開挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開、平行推進(jìn)的隧道施工方法。

三臺(tái)階七步開挖法的施工工藝流程如下。

1）上部弧形導(dǎo)坑環(huán)向開挖，施作拱部初期支護(hù)。

2）中、下臺(tái)階左右錯(cuò)開開挖，施作墻部初期支護(hù)。

3）中心預(yù)留核心土開挖、隧底開挖，施作隧底初期支護(hù)。

每步開挖后均應(yīng)及時(shí)支護(hù)，隧底初期支護(hù)后應(yīng)及時(shí)施作仰拱，盡早封閉成環(huán)。

5.2 地面沉降觀測(cè)

因隧道洞口松散，開挖后圍巖難以自穩(wěn)成拱，地表易沉陷，為了確保洞口段的施工安全，將此項(xiàng)作為必測(cè)項(xiàng)目。地表下沉量測(cè)在隧道開挖前進(jìn)行，借以獲得開挖過程中全位移曲線。本隧道地表下沉量測(cè)包括洞口段、洞身淺埋段及隧道開挖寬度3～5倍范圍內(nèi)地表建筑物密集區(qū)。淺埋段地表下沉量測(cè)斷面布置與拱頂下沉量測(cè)及水平凈空變化量測(cè)在同一斷面內(nèi)。洞口段地表下沉在進(jìn)洞前布置好監(jiān)測(cè)斷面，及時(shí)采集數(shù)據(jù)；洞身淺埋段及洞身地表建筑物密集區(qū)在開挖前布置好監(jiān)測(cè)斷面，隧道開挖臨近時(shí)開始采集數(shù)據(jù)，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止為止。

6 結(jié)語

針對(duì)下穿公路的淺埋隧道提出以改路進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換的方法，將淺埋隧道下穿既有省道的復(fù)合式難點(diǎn)成功分割為淺埋隧道施工和下穿既有省道施工，并給出了此段隧道的施工措施與改路的施工措施。目前，該隧道已貫通未通車，經(jīng)過長(zhǎng)期地表沉降監(jiān)測(cè)未發(fā)現(xiàn)明顯沉降，地表無裂縫，施工和上方省道運(yùn)行期間無任何安全質(zhì)量事故，說明本文提出的施工方案及工藝合理，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，對(duì)以后類似項(xiàng)目的施工提供了重要的參考。