穿越公路淺埋暗挖隧道施工工藝的應用研究

李 曉 鵬

(中鐵十五局集團第五工程有限公司，河南 洛陽 471002)

穿越公路淺埋暗挖隧道施工工藝的應用研究

李 曉 鵬

(中鐵十五局集團第五工程有限公司，河南 洛陽 471002)

結合工程實例，對鐵路穿越高速公路采用暗挖法施工的工藝進行了研究，通過計算隧道施工中土體的變形、應力、支護受力等情況，分析了控制地面沉降的措施，并對施工工藝進行了監(jiān)測，取得了預期的施工效果。

隧道，淺埋暗挖，施工工藝，圍巖，沉降

我們用京滬高速鐵路第三段金牛隧道下穿京福高速公路工程實際案例，展開對淺埋暗挖法施工工藝的研究。

1 案例概述

京滬高速鐵路隧道斷面大，埋深小、地質條件特殊等特質為工程施工帶來了巨大的難度。并且京滬高速鐵路隧道穿越我國經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，對生態(tài)環(huán)境有更高的要求，更加復雜化了施工條件。京滬高速鐵路全線有大小20座隧道，里程DK420+395～DK467+228京福高速公路段有大量淺埋、破碎圍巖隧道，軟弱大斷面隧道，施工過程中容易塌方和變形，尤其是斷層破碎帶以及軟巖膨脹地層，極大的降低了施工效率，并且很容易造成施工事故，要求以安全、快速、經(jīng)濟適用的原則對京滬鐵路沿線隧道開展施工。

2 施工工藝分析

按照課題要求對工程特點的分析，有幾點技術難點：保持高速公路正常運營、安全防護路基邊坡、地下管線和軟弱地層、保障地層平穩(wěn)。

1)分析研究鐵路下穿采用淺埋暗挖引起公路路基沉降的原因。a.開挖隧道，形成臨空面，擾動周圍土體，地層應力容易被改變。b.隧道跨度越大，支護難度越大，導致豎向移位。c.初期支護以及預支護的剛度和強度是地表下沉的重要影響因素。d.施工方式：施工方式不同對地表沉降造成不同影響，施工步驟對圍巖約束和機理不同。

2) 研究控制沉降的措施。a.加固超前預支護。b.中空式注漿錨桿、格柵鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土等一般運用于隧道邊墻的初期支護，以約束隧道洞體周圍土體變形移位。c.在計算與設計中選擇科學合理的計算模型。d.洞口段施工采用明挖暗作施工，加固路堤邊坡。e.選擇合理的施工方法也是很關鍵的，本文案例便采用CRD施工法施工。

3)關鍵施工工藝：CRD施工法、中空式注漿錨桿、水平大管棚的施工工藝、注漿工藝、防水層施工工藝、噴射混凝土施工工藝。

4)監(jiān)測技術。將跟蹤監(jiān)測施工的全過程反饋給設計和施工，是監(jiān)控量測反饋系統(tǒng)的職責。一套嚴密的監(jiān)控量測反饋系統(tǒng)可以幫助施工掌握軟弱圍巖情況。

3 施工工藝應用研究

采用復合型支護結構，初期支護為25 cm厚的網(wǎng)噴混凝土，二次襯砌為40 cm的鋼筋混凝土，隧道斷面施工采用了形式結構圓滑的馬蹄形。

采用CRD施工法，施工順序為：

1)拱部超前，加固注漿；2)左側上導洞開挖，初支護臨時支撐；3)左側下導洞開挖，初支護臨時支撐；4)右側上導洞開挖，初支護臨時支撐；5)右側下導洞開挖，初支護臨時支撐；6)襯砌背后回填注漿，拆除臨時支撐的初支護，鋪防水層；7)二次襯砌成環(huán)施作；8)再做襯砌，背后回填注漿。

要求:每一次開挖都要盡可能保證一次完成、封閉成環(huán)也要一次成功，避免施工操作多次擾動周邊土體。

3.1 計算任務

案例工程主要是計算隧道施工中，土體的變形，應力情況、支護受力，變形情況、地面沉降情況等圍巖與初襯的力學狀態(tài)。

3.2 控制沉降措施

根據(jù)影響地表沉降的主要因素制定了相關應對措施，以控制地表沉降。1)減少擾動隧道周圍土體。在隧道開挖前，先采用長管棚對150°范圍內(nèi)的隧道拱部進行預支護，管棚之間間距應為30 cm，小導管進行注漿處理，固結隧道拱部，使其保持土體原有的平衡狀態(tài)。將隧道周圍松散的土體加固變?yōu)檎w，改變地層結構。施工中，于隧道頂部管棚添加鋼管注漿，在每架鋼拱架設2榀1次鋼插管，并在邊墻采用中空式注漿錨桿，這樣可以保證3 m范圍內(nèi)土體的固結，控制地表沉降。2)施工工藝。人工開挖，CRD施工法分為4步。臨時仰拱成環(huán)施作，選擇較強的初期支護，加上40 cm厚的鋼筋混凝土形成的較強二次模筑支護，足以控制土體變形以及位移。初期支護體系：初期噴混凝土+鋼支撐+鎖腳錨桿+鋼筋網(wǎng)+縱向連接筋+復噴混凝土。

4 施工工藝監(jiān)測研究

4.1 以CRD法施工工藝為例

圖1是隧道拱頂沉降與拱腳收斂布點圖，為判定支護措施是否保證施工高速公路路基的穩(wěn)定和隧道施工的安全，測量拱頂沉

降工作。拱頂下沉量測錨樁，圍巖周邊位移量測側樁的布置具體數(shù)據(jù)：Ⅴ級圍巖每個斷面間距10 m，每斷面布置5個點，拱頂1個點。地表沉降測點布置數(shù)據(jù)：高速公路內(nèi)線兩側布置1個點，洞頂間距2 m，洞身兩側5 m，隧道開挖后檢測時間每3 h測量1次。

4.2 分析檢測結果

針對京滬高速鐵路工程金牛山隧道地表沉降監(jiān)測：

1)隧道開挖，地表沉降不超過5 mm的測點居多，低于規(guī)范所規(guī)定的地表沉降控制標準。2)下穿斷面地表沉降總體變化規(guī)律:快速上升—略下降—緩上升—平穩(wěn)，與圍巖、初支護及二襯內(nèi)力變化一致。3)從斷面沉降槽角度看，橫斷面地表沉降槽標準趨勢，最大降低10.5 cm，與預期設計基本吻合。

洞內(nèi)監(jiān)測結果：

1)洞內(nèi)凈空收斂變形、拱頂下沉的平均值和最大值，吻合于地表檢測結果，地表沉降與洞體內(nèi)部地質條件有密不可分關系。2)拱頂下降最高值為2.8 mm，收斂最高值為3 mm。3)從檢測結果可以看出，CRD施工法較好的抑制了結構側向變形。

結構應力檢測結果：

1)圍巖壓力分布有一定規(guī)律，拱腳和拱腰壓力最大。2)下穿京福高速公路采用錨噴支護體系，圍巖、初支護間應力隨時間發(fā)展有這樣的變化規(guī)律：快速增長—緩慢增長—平穩(wěn)，與混凝土支護特性曲線規(guī)律相一致。3)洞室受壓情況表明，地面活荷載以及地層注漿等因素影響了地層受壓不均，沒有連續(xù)性和預見性。4)拱部壓力隨時間不斷變化，是受混凝土強度和支護壓力的強弱影響。5)可將拱部壓力分為壓力增長、調整、穩(wěn)定三個時期。

5 結語

此案例采用了暗挖和監(jiān)測相結合的方法施工，通過超前支護、鋼筋混凝土澆筑護拱等技術手段，成功淺埋穿越了京福高速公路，并且保證了路面通行的安全和暢通，將地表沉降控制在標準之內(nèi)，公路結構穩(wěn)定，無明顯變形、沉降。監(jiān)測工作指導施工，成功穿越京福高速公路，豐富了隧道施工法，為今后隧道施工提供了成功案例的經(jīng)驗。

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[6] 石鈺鋒.淺覆軟弱圍巖隧道超前預支護作用機理及工程應用研究[D].長沙：中南大學,2014.

The application research on road crossing shallow depth excavation construction technology

Li Xiaopeng

(TheFifthEngineeringLimitedCompany,ChinaRailway15thBureauGroup,Luoyang471002,China)

Combining with the engineering example, this paper researched the shallow depth excavation method construction technology of railroad crossing highway, through the calculation on soil realization, stress, support force and other situation in tunnel construction, analyzed the control ground subsidence measures, and monitored the construction technology, achieved expected construction effect.

tunnel, shallow depth excavation, construction technology, surrounding rock, subsidence

1009-6825(2015)32-0165-02

2015-09-06

李曉鵬(1983- )，男，工程師

U455

A