淺埋暗挖隧道下穿高速公路施工技術(shù)

陳鵬

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第五工程有限公司，四川成都610000）

0 引言

近年來，城市建設(shè)規(guī)模在逐步擴(kuò)大，尤其是在道路橋梁建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展。由于當(dāng)前暗挖隧道下穿公路的建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量越來越多，鐵路隧道下穿公路的淺埋暗挖工程建設(shè)也存在著很大的困難，如果工程建設(shè)措施不夠，便很容易產(chǎn)生大規(guī)模沉降甚至塌方等事件，并帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)危害，不利于中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。榆安1 號(hào)隧道位于華北平原北緣，為沖積平原，地形平坦開闊，地勢由西北向東南緩傾。隧道在距村莊西側(cè)400m 處，下穿京臺(tái)高速公路路基段。京臺(tái)高速公路為雙向八車道公路，已于2016年12月建成通車。下穿京臺(tái)高速暗挖段覆土厚度8.89～18.12m，交叉角度為84.07o，公路路基高7.12m，寬105m，路面為瀝青混凝土，兩側(cè)坡面為六邊形混凝土空心塊護(hù)坡。由于穿越段鄰近大禮路橋，屬于高路基，為減少沉降，高路基下進(jìn)行了CFG 樁地基處理。

1 工程概況

榆安1 號(hào)隧道下穿京臺(tái)高速公路暗挖段里程為DK33+175—DK33+315，全長140m。其中小里程暗挖工作井DK33+166—DK33+175，長度9m，大里程暗挖工作井DK33+315—DK33+324，長度9m。下穿段采用淺埋暗挖法設(shè)計(jì)原理，CRD 法施工，襯砌結(jié)構(gòu)采用曲墻拱形結(jié)構(gòu)，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)類型。以管幕和小導(dǎo)管作為超前支護(hù)，噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼架作為初期支護(hù)，二次襯砌采用小鋼模拼裝澆筑，三次襯砌采用模筑鋼筋混凝土，在二次襯砌與三次襯砌間設(shè)置防水層。

2 工程地質(zhì)

2.1 地層巖性概況

在開展榆安1 號(hào)隧道下穿京臺(tái)高速公路暗挖段施工前，首先要針對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場的地質(zhì)環(huán)境和巖性特點(diǎn)展開勘查與分析，通過地質(zhì)勘探結(jié)果表明，該區(qū)域的地質(zhì)主要包括人工填土地質(zhì)和新沉積層地質(zhì)區(qū)域，具體土質(zhì)成分包括粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉土、黏性粉土以及細(xì)砂等成分，具體土質(zhì)結(jié)構(gòu)和特征如下：

2.1.1 人工填土層：該區(qū)域主要包括素填土和雜填土，其中素填土主要呈現(xiàn)黃褐色，土質(zhì)密度稍大，同時(shí)具有一定的濕度，素填土不均勻現(xiàn)象嚴(yán)重，一般以粉質(zhì)黏土和黏性粉土為主，其中含氧化鐵銹斑、植物根莖。另外雜填土的土質(zhì)結(jié)構(gòu)也具有不均勻現(xiàn)象，其中雜填土具有一定的濕度，呈現(xiàn)雜色狀態(tài)，雜填土中含有許多灰渣和碎石，其厚度在0.30～2.10m 之間。

2.1.2 新沉積地層：該區(qū)域的土質(zhì)成分主要以細(xì)砂為主，其中細(xì)砂呈現(xiàn)黃褐色狀，形狀松軟且具有一定的濕度和密度，細(xì)砂中成分主要包括石英和長石等礦物質(zhì)，砂質(zhì)較為純凈，通過實(shí)際測試保持平均值在14 級(jí)左右，其中夾層中也具有粉質(zhì)黏土和砂質(zhì)粉土。新沉積地層中黏質(zhì)粉土和砂質(zhì)粉土為混合地質(zhì)，土質(zhì)呈褐黃色，同時(shí)呈現(xiàn)稍密和濕度較大的特點(diǎn)，土質(zhì)搖振反應(yīng)適中，并且缺乏光澤和韌性，內(nèi)部含有一定的氧化鐵元素、植物根莖、蚌殼，特定部分也呈現(xiàn)出粉砂狀態(tài)[1]。

2.2 水文地質(zhì)條件

外業(yè)鉆探期間，鉆孔深度20m 范圍內(nèi)未見地下水。根據(jù)在擬建場地附近取得的勘察資料和北京市地下水動(dòng)態(tài)觀測資料綜合分析，近3～5年的最高水位標(biāo)高約21.0m，歷史最高水位接近地表。

3 工程難點(diǎn)分析

該工程暗挖隧道外頂距離自然地面約為11m；距離穿越處京臺(tái)高速路口埋深約為23m，穿越處土質(zhì)為粉質(zhì)黏土。

該工程隧道埋深比較淺，覆蓋厚度比較薄，屬于淺埋大跨度隧道，施工中很容易出現(xiàn)冒頂坍塌事故。

隧道下穿高速公路對(duì)沉降控制要求較高，保障路面行車安全責(zé)任重大。

該工程隧道的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，洞內(nèi)地質(zhì)均一性較差，同時(shí)成洞施工環(huán)節(jié)具有較大的難度，容易引發(fā)坍塌失穩(wěn)現(xiàn)象。

CRD 工法的施工工序十分復(fù)雜，對(duì)技術(shù)人員要求較高。加強(qiáng)洞內(nèi)測量細(xì)致程度，結(jié)合量測資料，合理調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

4 下穿高速公路的施工方法

4.1 大管棚超前支護(hù)加固地層

京臺(tái)高速公路全省聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)以及通信光纜的敷設(shè)施工在道路中央隔離帶地下0.8m 位置，大棚管施工要求具有較高的精準(zhǔn)性，避免損害隧道開挖線，并且也避免偏差＞0.5，因此，可以通過預(yù)埋導(dǎo)向管的方式來構(gòu)建導(dǎo)向拱。大棚管由起拱線進(jìn)行布設(shè)，并保持30cm環(huán)向間距，棚管長度26m。導(dǎo)向管設(shè)置直徑127mm，管棚長度26m。導(dǎo)向管選擇長2m 和直徑127mm 的鋼管進(jìn)行焊接，在安裝過程中要結(jié)合設(shè)計(jì)角度進(jìn)行精準(zhǔn)定位[2]。

4.2 CRD 工法分部開挖支護(hù)

CRD 法進(jìn)行隧道洞身開挖，施作中隔壁和臨時(shí)仰拱，分左上、左下、右上、右下四部施工，各部開挖支護(hù)每5m 為一個(gè)循環(huán)，依次進(jìn)行施工。右側(cè)上下導(dǎo)坑與左側(cè)上下導(dǎo)坑掌子面距離控制在15m 之內(nèi)。二次襯砌嚴(yán)格按照鐵道部總120 號(hào)文件要求跟進(jìn)施作，仰拱二次襯砌每循環(huán)施工4m，采用弧形模板整體澆筑，拱墻二次襯砌每循環(huán)施作8m，采用小模板整體澆筑。

采取前左邊或后右邊交叉的中隔壁法施工，超挖預(yù)留量按5cm 考慮，人工配合機(jī)械施工中隔墻和橫隔墻板，均用格柵鋼柱作為臨時(shí)支護(hù)。每循環(huán)進(jìn)尺為0.5m，在每一位工人開挖后進(jìn)行施作初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，并閉合成環(huán)。為減少在導(dǎo)洞下部開挖時(shí)，有因拱部一次支撐拱腳懸造成空的傾斜，在一次支撐拱足部位加設(shè)鎖腳鋼管固定。而第二次模筑襯砌仰拱采用棧橋法一次對(duì)整體進(jìn)行砌筑，拱墻模筑襯砌是通過較小模具一次成形，襯砌的鋼筋直徑由橫隔墻板鑿孔中穿過。第三次模筑襯砌拱墻襯砌式，待第二次模筑襯砌式滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除中隔壁及橫隔板，采用整體臺(tái)車澆筑施工。拆除地段施工機(jī)械采用棧橋通行，棧橋長10m[3]。

5 隧道和路面監(jiān)控量測的方案

5.1 洞內(nèi)和路面量測點(diǎn)規(guī)劃

在隧道和路面監(jiān)控量測中，量測點(diǎn)的布設(shè)是一項(xiàng)重要內(nèi)容，為了提高量測的準(zhǔn)確性，必須重視量測點(diǎn)分布的幾個(gè)原則，首先必須結(jié)合工程的實(shí)際情況和地質(zhì)環(huán)境，合理地確定量測點(diǎn)數(shù)量與類型，并且也要融入施工特點(diǎn)和要求等因素，有效地反饋出監(jiān)測點(diǎn)的工作情況。

在監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)中，還要遵循工程量測設(shè)計(jì)要求，一般可以設(shè)置在不利的區(qū)域或者斷面上，依據(jù)施工進(jìn)行測點(diǎn)設(shè)計(jì)，如果在相同情況的監(jiān)測點(diǎn)布置中，一般優(yōu)先選擇最先施工的區(qū)域，可以適時(shí)地呈現(xiàn)出施工情況，為施工提供指導(dǎo)。對(duì)于變形測點(diǎn)表面定位中，首先要考慮監(jiān)測目標(biāo)的變形情況，同時(shí)也要結(jié)合儀器進(jìn)行有效觀測，起到良好的量測點(diǎn)保護(hù)作用。在進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的埋設(shè)過程中，也要保障結(jié)構(gòu)不受影響，避免對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度造成減弱。在多個(gè)項(xiàng)目的量測環(huán)節(jié)中，每一個(gè)測點(diǎn)的設(shè)置必須要充分考慮時(shí)間與空間的結(jié)合，從而保證監(jiān)測部位可以直觀地呈現(xiàn)出不同的物理量變化情況，從而準(zhǔn)確地找到內(nèi)部聯(lián)系。此外，結(jié)合預(yù)先設(shè)計(jì)好的量測點(diǎn)也能夠?yàn)楹笃诒O(jiān)測提供可靠支持，保證監(jiān)測設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，如果監(jiān)測點(diǎn)在施工環(huán)節(jié)受到損壞，那么要及時(shí)在原位置上進(jìn)行量測點(diǎn)布設(shè)，保證量測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。暗挖段范圍內(nèi)地表沿隧道方向，每10m 設(shè)置一個(gè)測量斷面，結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際地形，北側(cè)布點(diǎn)涵蓋橋臺(tái)，南側(cè)布點(diǎn)涵蓋到3 倍埋深范圍。橫斷面布點(diǎn)形式：隧道正拱頂?shù)乇聿键c(diǎn)，距隧道中心線兩側(cè)0～4m 范圍內(nèi)，布點(diǎn)間距為2m；距隧道中心線兩側(cè)4～12m 范圍內(nèi)，布點(diǎn)間距為4m；距隧道中心線兩側(cè)12m～28m 范圍內(nèi)，布點(diǎn)間距為8m；由于北側(cè)布點(diǎn)應(yīng)涵蓋橋臺(tái)，線路右側(cè)28m～52m 范圍內(nèi)，布點(diǎn)間距為12m；南側(cè)布點(diǎn)涵蓋3 倍隧道埋深范圍，因此線路左側(cè)28～40m 范圍內(nèi)，布點(diǎn)間距為12m。高速公路處測點(diǎn)沿路基頂面兩側(cè)及路基坡腳處布置，縱斷面共布設(shè)11 排點(diǎn)。

5.2 量測頻率和結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

5.2.1 量測頻率（見表1）

5.2.2 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

判別標(biāo)準(zhǔn)要充分考慮收斂速度：當(dāng)收斂速度超過5mm 時(shí)，圍巖加劇變化，必須提高前期支護(hù)系統(tǒng)；倘若收斂速度小于0.2mm 時(shí)，圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。測量結(jié)束實(shí)際要在變形穩(wěn)定后15d，對(duì)于變形區(qū)域位移一直不穩(wěn)定的情況，需合理延長量測周期。

5.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析與信息反饋

施工環(huán)節(jié)監(jiān)測技術(shù)人員在開展監(jiān)測活動(dòng)時(shí)，必須通過監(jiān)測記錄繪制水平位移和拱頂沉降隨著實(shí)際變化曲線，明確監(jiān)測變化走向，同時(shí)也要對(duì)初期的事態(tài)曲線進(jìn)行回歸分析，明確將會(huì)發(fā)生的變化速率以及最大值。結(jié)合開挖面的實(shí)際情況，拱頂下沉以及水平位移量的大小和變化速率，充分考慮所有因素，并以此判斷支護(hù)和圍巖是否可靠，結(jié)合變形登記的管理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為施工提供支持。

6 結(jié)語

綜上所述，該項(xiàng)目隧道下穿京臺(tái)高速公路暗挖施工中，利用大管棚超前支護(hù)加固地層和CRD 工法進(jìn)行施工，實(shí)現(xiàn)了良好的施工效果，不但具備超前支護(hù)和注漿嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕?yōu)勢，同時(shí)還具備早封閉、短開挖以及支護(hù)效果強(qiáng)等特點(diǎn)，在保障京臺(tái)高速正常運(yùn)營的基礎(chǔ)上，提高施工的安全性，獲得良好的社會(huì)效益，滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需求。