李 曉 鵬

(中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，河南 洛陽(yáng) 471002)

穿越公路淺埋暗挖隧道施工工藝的應(yīng)用研究

李 曉 鵬

(中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，河南 洛陽(yáng) 471002)

結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)鐵路穿越高速公路采用暗挖法施工的工藝進(jìn)行了研究，通過(guò)計(jì)算隧道施工中土體的變形、應(yīng)力、支護(hù)受力等情況，分析了控制地面沉降的措施，并對(duì)施工工藝進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，取得了預(yù)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(shí)際案例，展開對(duì)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(zhì)條件特殊等特質(zhì)為工程施工帶來(lái)了巨大的難度。并且京滬高速鐵路隧道穿越我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，對(duì)生態(tài)環(huán)境有更高的要求，更加復(fù)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(guò)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(jì)適用的原則對(duì)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(duì)工程特點(diǎn)的分析，有幾點(diǎn)技術(shù)難點(diǎn)：保持高速公路正常運(yùn)營(yíng)、安全防護(hù)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(dòng)周圍土體，地層應(yīng)力容易被改變。b.隧道跨度越大，支護(hù)難度越大，導(dǎo)致豎向移位。c.初期支護(hù)以及預(yù)支護(hù)的剛度和強(qiáng)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(duì)地表沉降造成不同影響，施工步驟對(duì)圍巖約束和機(jī)理不同。

2) 研究控制沉降的措施。a.加固超前預(yù)支護(hù)。b.中空式注漿錨桿、格柵鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土等一般運(yùn)用于隧道邊墻的初期支護(hù)，以約束隧道洞體周圍土體變形移位。c.在計(jì)算與設(shè)計(jì)中選擇科學(xué)合理的計(jì)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(guān)鍵的，本文案例便采用CRD施工法施工。

3)關(guān)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(cè)技術(shù)。將跟蹤監(jiān)測(cè)施工的全過(guò)程反饋給設(shè)計(jì)和施工，是監(jiān)控量測(cè)反饋系統(tǒng)的職責(zé)。一套嚴(yán)密的監(jiān)控量測(cè)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(yīng)用研究

采用復(fù)合型支護(hù)結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)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(jié)構(gòu)圓滑的馬蹄形。

采用CRD施工法，施工順序?yàn)椋?/p>

1)拱部超前，加固注漿；2)左側(cè)上導(dǎo)洞開挖，初支護(hù)臨時(shí)支撐；3)左側(cè)下導(dǎo)洞開挖，初支護(hù)臨時(shí)支撐；4)右側(cè)上導(dǎo)洞開挖，初支護(hù)臨時(shí)支撐；5)右側(cè)下導(dǎo)洞開挖，初支護(hù)臨時(shí)支撐；6)襯砌背后回填注漿，拆除臨時(shí)支撐的初支護(hù)，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(dòng)周邊土體。

3.1 計(jì)算任務(wù)

案例工程主要是計(jì)算隧道施工中，土體的變形，應(yīng)力情況、支護(hù)受力，變形情況、地面沉降情況等圍巖與初襯的力學(xué)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(guān)應(yīng)對(duì)措施，以控制地表沉降。1)減少擾動(dòng)隧道周圍土體。在隧道開挖前，先采用長(zhǎng)管棚對(duì)150°范圍內(nèi)的隧道拱部進(jìn)行預(yù)支護(hù)，管棚之間間距應(yīng)為30 cm，小導(dǎo)管進(jìn)行注漿處理，固結(jié)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(jié)構(gòu)。施工中，于隧道頂部管棚添加鋼管注漿，在每架鋼拱架設(shè)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(jié)，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(shí)仰拱成環(huán)施作，選擇較強(qiáng)的初期支護(hù)，加上40 cm厚的鋼筋混凝土形成的較強(qiáng)二次模筑支護(hù)，足以控制土體變形以及位移。初期支護(hù)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(fù)噴混凝土。

4 施工工藝監(jiān)測(cè)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(diǎn)圖，為判定支護(hù)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(cè)量拱頂沉

降工作。拱頂下沉量測(cè)錨樁，圍巖周邊位移量測(cè)側(cè)樁的布置具體數(shù)據(jù)：Ⅴ級(jí)圍巖每個(gè)斷面間距10 m，每斷面布置5個(gè)點(diǎn)，拱頂1個(gè)點(diǎn)。地表沉降測(cè)點(diǎn)布置數(shù)據(jù)：高速公路內(nèi)線兩側(cè)布置1個(gè)點(diǎn)，洞頂間距2 m，洞身兩側(cè)5 m，隧道開挖后檢測(cè)時(shí)間每3 h測(cè)量1次。

4.2 分析檢測(cè)結(jié)果

針對(duì)京滬高速鐵路工程金牛山隧道地表沉降監(jiān)測(cè)：

1)隧道開挖，地表沉降不超過(guò)5 mm的測(cè)點(diǎn)居多，低于規(guī)范所規(guī)定的地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。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(hù)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(biāo)準(zhǔn)趨勢(shì)，最大降低10.5 cm，與預(yù)期設(shè)計(jì)基本吻合。

洞內(nèi)監(jiān)測(cè)結(jié)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(cè)結(jié)果，地表沉降與洞體內(nèi)部地質(zhì)條件有密不可分關(guān)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(cè)結(jié)果可以看出，CRD施工法較好的抑制了結(jié)構(gòu)側(cè)向變形。

結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)結(jié)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(hù)體系，圍巖、初支護(hù)間應(yīng)力隨時(shí)間發(fā)展有這樣的變化規(guī)律：快速增長(zhǎng)—緩慢增長(zhǎng)—平穩(wěn)，與混凝土支護(hù)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(yù)見性。4)拱部壓力隨時(shí)間不斷變化，是受混凝土強(qiáng)度和支護(hù)壓力的強(qiáng)弱影響。5)可將拱部壓力分為壓力增長(zhǎng)、調(diào)整、穩(wěn)定三個(gè)時(shí)期。

5 結(jié)語(yǔ)

此案例采用了暗挖和監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法施工，通過(guò)超前支護(hù)、鋼筋混凝土澆筑護(hù)拱等技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，公路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無(wú)明顯變形、沉降。監(jiān)測(cè)工作指導(dǎo)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(yàn)。

[1] 張 淵.淺埋暗挖法施工工藝在鐵路隧道穿越高速公路中的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2010(2):87-91.

[2] 李 健.大斷面黃土隧道初支作用機(jī)理及變形控制技術(shù)研究[D].北京：北京交通大學(xué),2012.

[3] 羅富榮.北京地鐵工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)控制體系及監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].北京：北京交通大學(xué),2011.

[4] 岳 健.淺埋暗挖法修建水下小凈距軟巖隧道的力學(xué)行為和關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué),2012.

[5] 王 抒.京滬高速鐵路淺埋大跨隧道下穿高速公路的安全風(fēng)險(xiǎn)管理及監(jiān)測(cè)研究[D].成都：西南交通大學(xué),2013.

[6] 石鈺鋒.淺覆軟弱圍巖隧道超前預(yù)支護(hù)作用機(jī)理及工程應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué),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