陳仁連

摘 要：通過(guò)武家坡隧道淺埋段下穿公路施工，介紹了一種超前長(zhǎng)管棚預(yù)加固下穿公路的隧道施工方法。在埋深僅有25m的砂質(zhì)新黃土軟弱圍巖隧道下穿公路時(shí)，通過(guò)雙層大管棚精確定位、導(dǎo)向，超前加固圍巖，提高圍巖自穩(wěn)能力，配合微臺(tái)階工法，及時(shí)封閉成環(huán)，控制圍巖變形和沉降，確保隧道安全施工、公路安全通行，是一種較合理的下穿方案。為類(lèi)似淺埋軟弱圍巖隧道快速、安全下穿結(jié)構(gòu)物施工提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：下穿公路;砂質(zhì)新黃土;淺埋;超前長(zhǎng)管棚;微臺(tái)階

1、引言

當(dāng)前在交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的指引下，鐵路工程首當(dāng)其沖，建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，路網(wǎng)越來(lái)越密，鐵路建設(shè)不可避免會(huì)出現(xiàn)一些隧道下穿公路、鐵路、油氣管線(xiàn)、市政管網(wǎng)、建筑物等現(xiàn)象。大部分隧道埋深較淺，施工過(guò)程中對(duì)地面構(gòu)筑物影響較大，如何安全下穿是保證隧道安全施工和上部構(gòu)筑物正常使用的關(guān)鍵。采用常規(guī)爆破施工、短管棚支護(hù)、分部開(kāi)挖方法，效率低、風(fēng)險(xiǎn)大，常常會(huì)出現(xiàn)塌方、大變形等危險(xiǎn)。本文采用超前長(zhǎng)管棚加微臺(tái)階工法施工方案，下穿砂質(zhì)新黃土淺埋段施工，隧道變形小、沉降可控，不影響公路正常通行，是一種安全可靠、快速有效的施工方法。

2、工程概況

武家坡隧道位于陜西省榆林市靖邊縣，起訖里程為DK256+643 -DK259+315，隧道全長(zhǎng)2672m，為單洞雙線(xiàn)隧道。隧道進(jìn)口承擔(dān)正洞施工任務(wù)1436.75米，其中DK256+693～DK256+707段下穿307國(guó)道，與線(xiàn)路方向約呈60°相交，最小埋深25m。下穿段距隧道進(jìn)口50米。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)揭示，穿越段主要為砂質(zhì)新黃土，黃褐色，稍密，稍濕，垂直節(jié)理發(fā)育，自穩(wěn)性差。隧址區(qū)地表水主要為基巖裂隙水滲出形成地表徑流，地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，穿越段隧道洞內(nèi)基本無(wú)水。

3、下穿公路施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1總體施工方案

武家坡隧道DK256+693～DK256+707下穿國(guó)道段主要遵循“強(qiáng)化監(jiān)控量測(cè)、實(shí)施超前加固與支護(hù)、做到工法與支護(hù)措施選擇到位、保證初支緊跟下臺(tái)階施工和快速封閉成環(huán)”的施工原則。因穿越段距洞口較近，且埋深較淺。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際，決定在隧道洞口打入雙層直徑為159mm的長(zhǎng)管棚對(duì)洞身進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)。隧道正洞采用微臺(tái)階法開(kāi)挖工法進(jìn)行。施工過(guò)程中地表和洞內(nèi)加密監(jiān)控量測(cè)斷面，增加監(jiān)測(cè)頻次，用量測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。同時(shí)，保證仰拱和襯砌及時(shí)跟進(jìn)。其中長(zhǎng)管棚支護(hù)、微臺(tái)階開(kāi)挖、實(shí)施監(jiān)控量測(cè)是控制圍巖變形、保證施工安全的關(guān)鍵所在。

3.2超前長(zhǎng)管棚施工控制要點(diǎn)

⑴超前長(zhǎng)管棚施工

在隧道洞口邊仰坡臨時(shí)防護(hù)工程施工完成后，開(kāi)始進(jìn)行導(dǎo)向墻和超前長(zhǎng)管棚施工。超前長(zhǎng)管棚采用長(zhǎng)度為86.75m、直徑為159mm（t=7mm）熱軋無(wú)縫鋼管，在隧道拱部120°范圍施作。每層長(zhǎng)管棚環(huán)向間距40cm，外插傾角為0°至3°。為保證管棚入巖角度，防止管棚侵限，采用精準(zhǔn)導(dǎo)向鉆孔工藝進(jìn)行鉆孔。利用加固好的可移動(dòng)鉆機(jī)平臺(tái)調(diào)整施鉆位置和鉆桿角度。施鉆過(guò)程中采用定位導(dǎo)向儀進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)鉆孔軌跡偏離時(shí)，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)場(chǎng)鉆孔時(shí)，采用間隔鉆孔的方式進(jìn)行，每完成一個(gè)鉆孔，立即頂進(jìn)鋼管。鋼管每節(jié)長(zhǎng)4m至6m，每節(jié)鋼管兩端預(yù)加工成外絲扣，以便連接下一節(jié)鋼管。為保證連接質(zhì)量，相同斷面鋼管接頭數(shù)量不得超過(guò)鋼管總數(shù)的50%。鋼管上鉆設(shè)溢漿孔，直徑10mm，間距150mm，按梅花形進(jìn)行布置。鋼管中增設(shè)鋼筋籠，以提高鋼管的抗彎能力，鋼筋籠由四根Φ22主筋和固定環(huán)焊接而成。

⑵注漿施工

長(zhǎng)管棚注入水泥漿，水泥漿液水灰比為0.5：1～2：1。施工過(guò)程中要保證注漿壓力和注漿量，注漿壓力控制在0.5 MPa 至2.0MPa，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的95%以上。注漿施工前要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)情況來(lái)調(diào)整注漿參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)注漿時(shí)如果出現(xiàn)進(jìn)漿量很大，但注漿壓力不變時(shí)，應(yīng)立即暫停施工，調(diào)整漿液配合比，縮短凝膠時(shí)間。長(zhǎng)管棚注漿順序?yàn)閺南碌缴?，壓力由小到大，漿液先稀后濃。當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)注漿終壓并穩(wěn)定不少于15min，且管棚周?chē)鷰r體和孔隙被漿液填充滿(mǎn)時(shí)，結(jié)束該孔注漿。

3.3微臺(tái)階開(kāi)挖工法控制要點(diǎn)

隧道穿越國(guó)道段洞身采用微臺(tái)階法開(kāi)挖，人工配合機(jī)械施工。上臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3-5m，高度控制在3m，同時(shí)預(yù)留核心土，開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺控制在 0.6m。中臺(tái)階長(zhǎng)度控制在5-7m，高度控制在3.5m，左右對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖。下臺(tái)階與仰拱開(kāi)挖高度控制在5m，左右對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖。中下臺(tái)階開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺控制在1.2m。洞身開(kāi)挖預(yù)留變形量為20cm，根據(jù)圍巖監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整預(yù)留變形量的大小，保證斷面凈空尺寸不侵限。開(kāi)挖過(guò)程中，嚴(yán)格控制超欠挖，開(kāi)挖結(jié)束后應(yīng)立即進(jìn)行初噴砼封閉開(kāi)挖面，緊跟進(jìn)行初期支護(hù)，盡快封閉成環(huán)。初期支護(hù)格柵鋼架拱腳采用泡沫鋁墊板進(jìn)行墊實(shí)，防止鋼架懸空。為了保證安全，開(kāi)挖應(yīng)在上循環(huán)支護(hù)結(jié)束后進(jìn)行。三臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)必須保證掌子面至仰拱初支封閉成環(huán)距離小于2倍洞徑，即小于22m。開(kāi)挖過(guò)程要遵循“兩緊跟”的原則，即鋼架緊貼掌子面安裝和初支仰拱緊跟下臺(tái)階施工。微臺(tái)階法開(kāi)挖重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)一個(gè)“快”字，必須保證“快挖、快支、快成環(huán)”才能把優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)出來(lái)。

3.4監(jiān)控量測(cè)控制要點(diǎn)

充分利用好監(jiān)控量測(cè)技術(shù)是控制隧道施工安全，指導(dǎo)科學(xué)施工的重要手段。監(jiān)控量測(cè)能從不同的角度反應(yīng)出圍巖變形情況。下穿公路段采取現(xiàn)場(chǎng)觀察、地表沉降量測(cè)和洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)等多種手段綜合進(jìn)行監(jiān)控?，F(xiàn)場(chǎng)觀察采用目視和羅盤(pán)儀進(jìn)行，地表沉降和洞內(nèi)量測(cè)采用全站儀進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)采集的量測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)隧道監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)傳遞給相關(guān)人員，使大家及時(shí)了解和掌握監(jiān)控量測(cè)信息。

⑴現(xiàn)場(chǎng)觀察

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察能夠直觀的了解到地表和洞內(nèi)初支變化情況。現(xiàn)場(chǎng)觀察工作可以分為洞內(nèi)觀察和洞外周邊環(huán)境的觀察。一般要選擇具有一定施工經(jīng)驗(yàn)或者具備監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)能力的人員進(jìn)行觀察工作。重點(diǎn)觀察初期支護(hù)是否發(fā)生開(kāi)裂，地表和公路路面是否發(fā)生沉降裂縫，邊坡是否擾動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)觀察要做好記錄，一般每施工循環(huán)記錄一次，同時(shí)要保證觀察的連續(xù)性。

⑵地表沉降量測(cè)

對(duì)于隧道下穿公路施工來(lái)說(shuō)，重點(diǎn)就是要做好公路的地表沉降監(jiān)測(cè)工作。地表沉降觀測(cè)點(diǎn)在公路兩測(cè)沿路邊各設(shè)一個(gè)斷面。監(jiān)測(cè)點(diǎn)在隧道開(kāi)挖線(xiàn)以?xún)?nèi)按2m間距進(jìn)行布設(shè)，開(kāi)挖線(xiàn)以外按5m間距進(jìn)行布設(shè)，監(jiān)測(cè)范圍不應(yīng)小于 H0+B 米（H0為隧道埋深，B為隧道洞身寬度）。在開(kāi)挖掌子面接近下穿公路垂直斷面20米時(shí)，按2次/d進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)沉降速率小于10mm/d，繼續(xù)施工。沉降速率大于10mm/d小于20mm/d時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)觀察，適當(dāng)調(diào)整開(kāi)挖進(jìn)度，加快封閉成環(huán)速度。沉降速率大于20mm/d時(shí)，要暫停掌子面施工，制定加固措施，保證量測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再進(jìn)行施工。

⑶洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)

隧道開(kāi)挖初期圍巖會(huì)存在較大的拱頂沉降值和水平收斂值。隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)施工并且具備了一定的支撐強(qiáng)度之后，其變化值逐漸降低。施工中沿隧道開(kāi)挖方向布設(shè)拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在同一斷面的拱腰和邊墻處布設(shè)2對(duì)水平收斂觀測(cè)點(diǎn)，斷面間距5m。在公路正下方段落間距加密為3m。監(jiān)測(cè)頻率為2次/d，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管理要求，加大監(jiān)測(cè)頻率，監(jiān)測(cè)初始值讀數(shù)應(yīng)在隧道開(kāi)挖后6h內(nèi)完成。拱頂沉降速率小于10mm/d且水平收斂速率小于5mm/d時(shí)，繼續(xù)施工。拱頂沉降速率大于10mm/d小于20mm/d或水平收斂速率大于5mm/d小于10mm/d，應(yīng)加強(qiáng)觀察，適當(dāng)調(diào)整開(kāi)挖進(jìn)度，加快封閉成環(huán)速度。沉降速率大于20mm/d或水平收斂速率大于10mm/d時(shí)，要暫停掌子面施工，制定加固措施，保證量測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再進(jìn)行施工。

4、實(shí)施效果分析

通過(guò)超前長(zhǎng)管棚預(yù)支護(hù)措施、微臺(tái)階開(kāi)挖工法和監(jiān)控量測(cè)這些關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，武家坡隧道下穿國(guó)道施工期間洞內(nèi)未發(fā)生塌方、掉塊，國(guó)道路面未出現(xiàn)沉降開(kāi)裂現(xiàn)象。施工總體安全可控，質(zhì)量顯著提升。更為重要的是提前15天完成下穿國(guó)道施工任務(wù)。

5、結(jié)論與建議

武家坡隧道采用超前長(zhǎng)管棚加微臺(tái)階開(kāi)挖綜合方案，成功完成了下穿公路施工，安全可靠，進(jìn)度較快，沉降變形可控，是一種有效下穿公路施工方法，以下幾點(diǎn)可為類(lèi)似工程做為借鑒或參考。

⑴超前長(zhǎng)管棚預(yù)支護(hù)其支護(hù)強(qiáng)度高、支護(hù)范圍大，大大提高了圍巖自身穩(wěn)定性，為隧道后續(xù)工序安全施工提供了保障。

⑵微臺(tái)階開(kāi)挖工法能及時(shí)封閉成環(huán)，其兩緊跟和拱腳支墊措施，能有效控制變形、控制沉降，對(duì)保證地面公路安全起決定性作用。

⑶采用綜合、立體的監(jiān)控量測(cè)措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)、地面變化情況，作為施工控制的一個(gè)指揮棒，在下穿施工過(guò)程中起著重要作用。

同時(shí)在施工過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一些需要繼續(xù)改進(jìn)的地方，如長(zhǎng)管棚施工控制較難，尤其是長(zhǎng)度超過(guò)40m以后，其方向、成孔、注漿等均存在一定的難度。微臺(tái)階施工作業(yè)面多、交叉施工作業(yè)頻繁，施工組織難度較大，一個(gè)工序發(fā)生問(wèn)題，將影響整個(gè)施工組織，效率大大降低。同時(shí)隧道下穿工況復(fù)雜，方案也應(yīng)一洞一方案，諸如此類(lèi)問(wèn)題還待在以后的施工過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

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