隧道超淺埋段下穿高速公路關鍵施工技術

趙永兵

（中鐵十七局集團第二工程有限公司，西安710043）

1 工程概況

新建興國至泉州鐵路福莊3 號隧道位于三明市永安市西洋鎮(zhèn)境內，里程為D1K275+170～D1K275+661，全長491m，全部為單線隧道，設計開挖斷面尺寸為10.15m（高）×8.38m（寬），隧道最大埋深30m。隧道洞身D1K275+405～D1K275+485 段下穿泉南高速公路路塹，高速公路路塹中心與鐵路交叉點里程為D1K275+440，交叉角度為25°，結構最小凈距7m，最大凈距為10m。下穿段地層為強、全風化凝灰質砂巖。

2 方案優(yōu)化比選

方案一：對高速公路通行道路進行改移，修建臨時道路繞行通過，即對隧道下穿段前后高速公路進行封閉，修建臨時道路，繞行通過此段，在下穿段施工結束后，恢復高速公路交通。此方案優(yōu)點是行車與施工互不干擾，安全性最高。

方案二：在隧道下穿高速公路期間，根據(jù)相對位置關系，采用半幅封道方式，即隧道下穿施工至高速公路左側道路時，對左側道路進行封閉，右側道路進行通行，下穿施工至高速公路右側道路時，在左車道下方隧道襯砌施工完成后，進行左側道路通行，右側道路封閉。此方案確保隧道下穿期間洞內施工安全及高速公路車輛通行安全。

方案三：在下穿高速公路段路面上鋪設鋼板，加設棧橋，下穿施工期間，車輛從棧橋上通行，確保隧道下穿期間洞內施工安全及高速公路車輛通行安全。

經過多方專家論證，方案一由于下穿段高速公路為路塹段，前后均為橋梁，且周圍村莊人口密集，道路改移路線長，周期長，成本較高，不可??；方案二由于下穿段高速公路車流量大，高速運營管理單位不容許半幅通行；方案三在施工棧橋期間也需半幅封閉，且棧橋安裝拆除時間長，不可行。針對以上情況，提出方案四。

方案四：對下穿段隧道支護進行加強型支護措施，下穿段高速公路采用壓道方向進行通行，即隧道下穿施工至高速公路對應車道時，對應車道封閉，其余車道通行，如隧道下穿左側應急車道時，左側應急車道封閉，其余車道通行，下穿施工至高速公路左側行車道時，左側行車道封閉，其余車道通行，以此類推，直至隧道下穿高速交叉段施工完畢，同時加強洞內及高速邊坡、路面監(jiān)測，確保施工安全及行車安全。

3 關鍵施工技術

隧道施工嚴格堅持“管超前、嚴注漿、無爆破、短進尺、早封閉、強支護、勤量測、快成環(huán)、緊仰拱、快襯砌”的原則【1】。根據(jù)設計和高速管理部門的要求，施工時必須保證高速公路的運營安全，施工振動速度要求在2cm/s 以內，路面變形沉降要求在2cm 以內。為減少隧道施工對高速公路的影響，確保施工安全，在下穿段施工時采取以下關鍵技術措施。

3.1 圍巖加固施工技術

3.1.1 雙層長管棚施工技術

對下穿里程DK275+405～D1K275+485 段設一環(huán)雙層φ159mm、φ108mm 大管棚，每根長85m，環(huán)向間距0.4m，每環(huán)42 根，雙層管棚環(huán)向交錯布置。為增加管棚的剛度和強度，管棚內均加設3 根φ18mm 鋼筋籠。

管棚施工的關鍵技術是如何一次成孔85m，減少多次施工對地層的擾動，且保證管棚施工的質量。經比選，選擇RPD-180 CBR 多功能鉆機，該多功能鉆機鉆孔速度快、自動拆卸鉆桿、可使用套管施作管棚，即采用內外鉆桿同時鉆進的套管管棚工藝。管棚均由小里程向大里程打設，鉆孔順序采用先內側后外側、由下向上、由兩邊向中間依次進行，管棚外插角控制在1°范圍內，鉆孔完成1 根，安裝注漿1 根【2】。為確保注漿施工質量，注漿采取孔底返漿法施工，注漿壓力0.5～1MPa。

3.1.2 小導管注漿加固施工技術

為確保洞周圍巖的整體性及自穩(wěn)定性，將邊墻系統(tǒng)錨桿優(yōu)化為大外角（外插角45°）φ42mm 小導管進行周邊圍巖注漿，以此提高圍巖的整體穩(wěn)定性。小導管縱向間距1.0m，環(huán)向間距1m，開挖后局部徑向注漿（洞周3～5m）。

3.2 開挖支護施工技術

為減少施工震動對高速公路的破壞，保證施工震動速度達到2cm/s，根據(jù)相關單位的要求及結合現(xiàn)場實際情況，將原設計的爆破開挖施工，優(yōu)化為單臂掘進機非爆破開挖施工，采用三臺階施工，開挖采用破碎錘和鑿巖機對巖石進行破碎（遇局部較硬圍巖，待破碎劑將巖石開裂后），開挖破碎進尺均控制在0.6m 內。

每循環(huán)開挖后快速對開挖面及掌子面進行初噴封閉，減少圍巖暴露時間，及時施作初期支護，拱架采用I18 鋼拱架，間距0.6m，全環(huán)設置；拱腳設置4 根φ42mm 鎖腳錨管，長度為4m，減少拱架下沉；鋼筋網采用φ8mm 鋼筋，網格尺寸為20cm×20cm；錨管長度為3m，間距為1.2m（環(huán)）×1.0m（縱）；噴射混凝土采用濕噴工藝，厚度為23cm。

3.3 襯砌施工技術

為保證施工安全，仰拱應及時施作，緊跟掌子面，支護盡早閉合成環(huán)，整體受力，確保支護結構穩(wěn)定。根據(jù)實際情況，仰拱開挖長度每次≤3m，每次澆筑長度調整為6m。下穿段施工時仰拱距掌子面的安全步距≤30m，二襯距掌子面≤50m。根據(jù)現(xiàn)場實際施工需要，可將仰拱二襯安全步距進一步縮小，緊跟掌子面，確保施工安全。

二次襯砌在圍巖及初期支護收斂變形趨于穩(wěn)定后施作，一次施工長度為12m。為確保安全，將襯砌距掌子面距離進一步縮小，拆除防水板臺架，在襯砌臺車前端上設置簡易臺架，進行防水層和襯砌鋼筋施工，同時襯砌臺車加裝料斗與滑槽，逐窗分層澆筑，徑向預埋PRC 注漿管及拱頂注漿一體機，端頭模板為帶環(huán)向中埋式止水帶夾具的定型組合鋼端模，插入式搗固棒配合臺車所掛附著式振搗器搗固，確保襯砌施工質量。

3.4 監(jiān)測施工技術

根據(jù)設計規(guī)范及相關要求對隧道下穿高速公路的地段進行監(jiān)測，具體內容有人工巡視、既有路基豎向變形、邊坡水平位移、路面振動以及隧道洞內監(jiān)控量測，施工時通過反饋的監(jiān)控量測信息及時調整施工參數(shù)，以確保襯砌結構和支護體系的安全，保證地表最大沉降≤2cm。

3.4.1 測點布置

在高速公路路面每臺行車道分界線上由隧道中線向兩側5m 1 個測點，每個斷面共11 個測點，共布設6 個斷面。

洞內監(jiān)控量測點按照5m 1 個斷面，每個斷面布置5 個點，拱頂1 個點，拱腰及邊墻各2 個點。

3.4.2 量測頻率

地表沉降與位移觀測頻率在隧道下穿前3d，1 次/d；在隧道下穿施工期間，1 次/d；在隧道下穿結束后，1 次/周，一個月結束。

洞內監(jiān)控量測頻率按照2 次/d，如有異常及時增加監(jiān)測頻次。

振動監(jiān)測每次開挖時進行監(jiān)測。

3.4.3 監(jiān)測方法

洞內外觀察分開挖工作面觀察、已施工工區(qū)觀察及地表觀察。開挖工作面觀察內容包括節(jié)理裂隙發(fā)育情況、工作面穩(wěn)定狀態(tài)、圍巖變形等，當?shù)刭|情況基本無變化時，可每天進行1 次，觀察后應繪制開挖工作面略圖并做好地質素描，填寫工作面狀態(tài)記錄表及圍巖級別判定卡。對已施工區(qū)域的觀察，觀察內容包括噴射混凝土、錨桿、鋼架的狀況，以及施工質量是否符合規(guī)定的要求。洞外觀察包括高速公路地表情況、地表沉陷、邊坡及仰坡的穩(wěn)定。

洞內監(jiān)測點數(shù)據(jù)使用全站儀觀測，現(xiàn)場記錄，計算一般都采用Excel 電子表格設公式計算。

路面變形監(jiān)測使用3D 掃描儀監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集后使用配套的軟件處理計算，并出具監(jiān)測報告。

3.4.4 監(jiān)測結果分析

通過施工期間不間斷的監(jiān)測，并對數(shù)據(jù)進行分析，得出監(jiān)測結論：洞內監(jiān)控量測最大累計沉降量15.7mm，最大沉降速率1.5mm/d，最大累計收斂14.3mm，最大收斂速率為1.1mm/d；高速路面最大累計沉降量3.5mm，最大沉降速率0.3mm/d，最大累計位移量11.1mm，最大位移速率為0.9mm/d；最大震動速度1.2cm/s，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)指標均在規(guī)范要求以內。

4 施工期間高速公路交通導行

根據(jù)施工需要，在此段施工期間，高速公路采取壓道方式，提前與高速管理處聯(lián)系，在合適地段進行改道，具體規(guī)劃布置如表1 所示；分別在距公路兩側1 500m、800m、300m 處設置警告處，具體為施工標志、限速標志和警示標志牌，通告過往車輛，前方施工小心行使；施工中如需要上路進行協(xié)助交通部門指揮交通等工作，上路人員必須統(tǒng)一穿黃色工作服，并照亮警示燈，以便給駕駛員良好的視覺，保證安全【3】；派專職聯(lián)絡員在下穿路段值班，并配備對講機，及時將車輛的運行情況通報工地；施工現(xiàn)場設防護員負責與值班聯(lián)絡員聯(lián)絡，并將信息及時通報，確保工程安全有序進行。

5 結語

福莊3 號隧道下穿泉南高速段施工時，通過采用超前長管棚和小導管注漿加固地層，將控制爆破優(yōu)化為非爆開挖，加強初期支護，每循環(huán)對開挖面及掌子面進行初噴封閉、縮短安全步距，加強洞內外監(jiān)測并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，提出對高速公路交通進行引導管制等方法措施，實現(xiàn)了安全順利的下穿貫通。