(中交第二航務(wù)工程局第三工程有限公司 江蘇 鎮(zhèn)江 212004)

一、引言

馬來西亞東海岸鐵路項(xiàng)目文東2#隧道工程的建設(shè)是將在現(xiàn)有的E8高速公路進(jìn)行下穿施工的一條隧道，下穿E8高速公路最小垂直間距為11m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)查，建造隧道的位置該處沒有可見的裂縫，由于開挖后周圍的應(yīng)力變化，極易造成在軟土地層內(nèi)進(jìn)行開挖時(shí)的土表沉降，最后導(dǎo)致地面朝著挖掘面移動(dòng)，造成地面位移、挖掘面的位移和地面支撐系統(tǒng)的位移，導(dǎo)致原有公路沉降，同時(shí)E8高速車流量大，所以下穿E8高速公路施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。

二、工程概況

文東2#隧道總長為1430.19m,隧道最大埋深為141m，最小埋深為11m，圍巖Q值等級(jí)主要為1

三、水文地質(zhì)條件

(一)地質(zhì)條件

在隧道區(qū)，地層主要由第四紀(jì)全新世中砂組成，粉質(zhì)粘土，細(xì)沙礫土，上更新世粉質(zhì)粘土，以及底層地層是泥盆紀(jì)砂巖，主要地質(zhì)如下：

粉質(zhì)粘土：黃棕色，硬塑，不均勻土壤質(zhì)地，富含礫石。

中粗砂：棕黃色，中等密度。

細(xì)沙礫土：灰棕色，密實(shí)，飽和。

砂巖：灰棕色，完全中等風(fēng)化，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，分層結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育較發(fā)達(dá)——非常發(fā)達(dá)，巖體極其破碎——較完整。

(二)水文條件

地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。隧道圍巖成型的裂縫，將會(huì)影響或可能增加雨季時(shí)的水面滲水量。正常情況下，隧道主干正常入水量4721.26立方米/日，最大進(jìn)水量16031.35立方米/天。

四、下穿高速段施工交通組織計(jì)劃

文東2#隧道下穿E8高速公路施工期間不封閉交通，實(shí)行高速公路臨時(shí)交通管制，設(shè)置警示標(biāo)志、標(biāo)牌等，以高速公路左右幅通行轉(zhuǎn)換，采用交錯(cuò)封閉半幅車道等，根據(jù)隧道洞身掘進(jìn)進(jìn)尺長度分區(qū)間進(jìn)行施工組織，以確保隧道洞身施工期間E8高速公路的通車安全(如下圖4-1)。

圖4-1 下穿高速段施工交通管理階段計(jì)劃

圖5-1 路面通行實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置圖

五、路面通行實(shí)時(shí)監(jiān)控

隧道下穿高速公路段期間，通行車道布置路面監(jiān)控點(diǎn)，采用全站儀與光學(xué)棱鏡實(shí)時(shí)智能自動(dòng)化監(jiān)測(cè)路面位移、沉降變化情況，通過監(jiān)測(cè)的收集數(shù)據(jù)分析，在監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析能夠保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下確保隧道下穿E8高速施工期間路面通行的安全(如上圖5-1)。

六、下穿高速段隧道施工技術(shù)

隧道下穿E8高速公路過程中的洞身開挖、支護(hù)施工工藝采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，各部工序間隔距離可根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析能夠保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下適當(dāng)調(diào)整(如下圖6-1)。

圖6-1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝流程圖

開挖前施做拱部Ф89管棚及超前小導(dǎo)管完成后，按照開挖順序施工：

(1)開挖上臺(tái)階兩側(cè)臺(tái)階，及時(shí)施作初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，拱墻處鋼架底部打設(shè)鎖腳錨管打設(shè)鎖腳錨管并架設(shè)橫撐，然后施做該處二次支護(hù)。

(2)繼續(xù)向下開挖下臺(tái)階兩側(cè)土體施做初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，拱腳處鋼架底部打設(shè)墻腳鎖腳錨管并架設(shè)橫撐，然后施做邊墻二次支護(hù)。

(3)繼續(xù)向下開挖中部的上臺(tái)階土體，保留核心土，及時(shí)施做拱部初期支護(hù)及二次支護(hù)。

(4)繼續(xù)向下開挖中部的中上臺(tái)階土體，及時(shí)施做邊墻初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，然后及時(shí)在開挖土體底部架設(shè)橫撐。

(5)繼續(xù)向下開挖中部的中臺(tái)階土體，及時(shí)施做初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)。

(6)拆除下部橫撐，開挖左右兩側(cè)仰拱土體及時(shí)施做初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，然后施做二次支護(hù)。

(7)開挖中部仰拱土體，及時(shí)施做初期支護(hù)，隨即施做二次支護(hù)。

(8)拆除部分臨時(shí)支護(hù)，先施做仰拱，然后施工隧底填充。

(9)拆除剩余臨時(shí)支護(hù)及橫撐，施做拱墻二襯，封閉結(jié)構(gòu)，最后施工洞內(nèi)剩余附屬結(jié)構(gòu)。

七、與隧道施工有關(guān)的影響分析

通過對(duì)現(xiàn)有的地面及地下水信息和在隧道開挖中采用的施工方法進(jìn)行審查，軟土地基內(nèi)開挖過程中，由于變形而產(chǎn)生地表沉降在開挖周圍的應(yīng)力作用下，導(dǎo)致地面朝著挖掘面移動(dòng)，總地面位移包括地面位移、挖掘面的位移和地面支撐系統(tǒng)的位移，可能造成沉降的程度和范圍主要取決于地面的承受力強(qiáng)度和剛度特性，施工方法采用的各部開挖的深度和大小以及類型。

根據(jù)地質(zhì)剖面和從鉆孔記錄獲得的地質(zhì)剖面圖和數(shù)據(jù)，用于分析和確定施工沉降期間的巖土參數(shù)。

表7-1 土壤參數(shù)及滲透性概述表

(一)開挖引起的地面移動(dòng)分析

參照分析和確定施工沉降期間的巖土參數(shù)并結(jié)合設(shè)計(jì)拱架、錨桿的材料性能采用土工軟件PLAXIS 8.5版來模擬說明地面由于路面下隧道開挖支護(hù)在土壤中發(fā)生的三維拱效應(yīng)和變形發(fā)生在無支撐的隧道表面周圍，而引起的移動(dòng)，基于PLAXIS 結(jié)果，最大沉降量為18.11mm，地面總沉降值的允許值應(yīng)小于30mm。

圖7-1 支撐系統(tǒng)的位移

圖7-2 最大沉降量18.11mm

(二)地下水下降相關(guān)的地面沉降

采用一款專門用于地下水滲流分析的軟件GEO-SLOPE program SEEP/W Version 2007來模擬計(jì)算地質(zhì)鉆孔原始地下水位+131.84mPD，新地下水位+131.59mPD，地下水位下降+0.25米，土壤在開挖前先注漿，滲透率為1.0007m/s在不同孔隙水耗散，如土壤和巖石介質(zhì)中水位下降引起的地面沉降進(jìn)行典型沉降預(yù)測(cè)分析。此外，分析得到的水壓降是確定與地下水下降相關(guān)的地面沉降主要因素的解決方案。

圖7-3 SEEP/W分析圖

根據(jù)滲流結(jié)果，在隧道開挖期間地下水下降1.0m，入滲率5.2324E-5 m3/s=0.229L/min < 9L/min。

地下水下降地面沉降：

水位下降1.0m，dv=0.25x10=2.5kPa，

地基應(yīng)力和變形固結(jié)沉降Sc:

Sc=mv*dv*z，其中:

mv為體積壓縮性系數(shù)；

dv為降水引起的孔隙水壓力耗散；

z為各土層厚度；

土壤表層(mPD)土壤底面(mPD)土壤類型mv(mpa-1)dv(kPa)z(m)sc(mm)132.84129.99泥沙0.072.502.850.47129.99127.14泥沙0.072.502.850.47127.14124.29泥沙0.072.502.850.47124.29121.44泥沙0.072.502.850.47121.44118.59細(xì)沙礫石0.032.502.850.24118.59115.74細(xì)沙礫石0.032.502.850.24115.74112.89細(xì)沙礫石0.032.502.850.24112.89110.04細(xì)沙礫石0.032.502.850.24110.04107.19細(xì)沙礫石0.032.502.850.24107.19104.34砂巖0.032.502.850.24104.34101.49砂巖0.022.502.850.14地面總沉降3.47

(三)地面總沉降

考慮到上述影響，預(yù)計(jì)開挖引起的地面移動(dòng)沉降18.11mm，地下水下降相關(guān)的地面沉降3.47mm，確定了最大總地面沉降量為21.58mm。

八、施工過程中技術(shù)要點(diǎn)

(1)臺(tái)階各部每循環(huán)開挖支護(hù)長度控制在0.5m，二次支護(hù)一個(gè)循環(huán)為2～3m，開挖、二次支護(hù)達(dá)到一個(gè)襯砌循環(huán)后，停止掘進(jìn)，待施做完二次襯砌后再開始下一個(gè)循環(huán)的施工。(2)拱墻部位超前支護(hù)采用Φ42超前注漿小導(dǎo)管，拱腳及墻腳處鋼架底部打設(shè)鎖腳錨管，每處4根，確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定，以限制拱頂變形。(3)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)信息，初期支護(hù)穩(wěn)定后拆除臨時(shí)支護(hù)，并加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨管，每循環(huán)開挖進(jìn)尺不得大于0.5m，二次支護(hù)一個(gè)循環(huán)為2.5m。(4)不得超步序施工，隧道開挖后初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)施做并封閉，二次襯砌及時(shí)施做。(5)由于汽車通過時(shí)的振動(dòng)大，隧道開挖應(yīng)在車流較小時(shí)或者封閉半幅道路交通進(jìn)行，在重車通過前對(duì)未開挖完的段落采用圓木或鋼管進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。根據(jù)施工時(shí)的實(shí)際情況，必要時(shí)對(duì)掌子面進(jìn)行噴混凝土封閉。(6)加強(qiáng)儀器和監(jiān)測(cè)，包括沉降標(biāo)志和振動(dòng)監(jiān)測(cè)，及早提供警告設(shè)計(jì)的開挖工法對(duì)周圍環(huán)境、地面結(jié)構(gòu)的影響，如果出現(xiàn)下列任何一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，工地將停止工程，并立即通知工程師。①在任何交收點(diǎn)連續(xù)兩天的讀數(shù)之間增加5毫米的移動(dòng)；②總運(yùn)動(dòng)超過30毫米或任何沉降點(diǎn)的不當(dāng)運(yùn)動(dòng)；③觀察到財(cái)產(chǎn)或?qū)嵱眯缘娜魏尾划?dāng)損害。

九、結(jié)論

根據(jù)設(shè)計(jì)的鐵路隧道施工方法，通過下穿高速公路隧道施工工法及穩(wěn)定性影響評(píng)價(jià)，由于文東2#隧道工程建設(shè)對(duì)現(xiàn)有E8高速公路表面產(chǎn)生的影響預(yù)計(jì)總共沉降21.58毫米(<30毫米)，下穿隧道施工對(duì)現(xiàn)有的高速公路的影響是很小的。