郭巖

（中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司，重慶 400000）

0 引言

隨著我國交通建設(shè)的快速發(fā)展，各地公路工程和軌道環(huán)線工程的建設(shè)規(guī)模逐漸加大，這也造成了公路隧道與鐵路隧道交叉建設(shè)的情況，且這種情況在逐漸增多。地下隧道“下穿上跨”建設(shè)的相互影響成為目前巖土工程中需要解決的問題之一。因此，研究針對新建鐵路隧道下穿公路隧道時的沉降控制技術(shù)，對提升我國隧道施工水平有重要意義。

1 工程概述

1.1 新建鐵路隧道概況

新建重慶鐵路東環(huán)線回龍灣隧道起訖里程為DK19+460—DK23+810，全長為4350m，設(shè)進(jìn)口、斜井、出口三個工區(qū)。全隧多處淺埋，最小埋深為25m，最大埋深約為196m。洞身DK23+480—DK23+580 段下穿龍洲灣2 號公路隧道，軌面與路面高差約為17m，與線路反向交角為82°，拱頂與上方公路隧道仰拱凈巖層厚約為5m。龍洲灣2 號隧道與新建回龍灣隧道上下構(gòu)造關(guān)系如圖1 所示。

圖1 龍洲灣2 號隧道與新建回龍灣隧道上下構(gòu)造關(guān)系圖

1.2 在建公路隧道概況

龍洲灣2 號公路隧道與新建回龍灣隧道交叉地段二襯、路面及附屬工程已施工完畢，下穿施工斷面采用弧形導(dǎo)坑爆破式開挖，對仰拱底圍巖的整體性有一定的影響。采用加強(qiáng)型襯砌，擬預(yù)留鐵路隧道施工沉降空間5cm（實際未預(yù)留），交叉段內(nèi)襯砌每模預(yù)留變形縫，變形縫處二襯縱向鋼筋斷開。各結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)，初支為I20b 工字鋼，間距0.8m/榀；鋪設(shè)φ8mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距為20cm×20cm；施工φ22 藥卷錨桿，長度為3.5m，呈梅花形布置，后噴C25 混凝土，厚度為26cm；初支面預(yù)留12cm 沉降變形量，并鋪設(shè)無紡布及自黏式防水卷材，最后進(jìn)行二次襯砌施工，厚度為55cm 的C30 鋼筋混凝土，并采用φ22 鋼筋加強(qiáng)。

2 下穿隧道沉降控制技術(shù)

根據(jù)掌子面揭示及超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，該段圍巖完整性、穩(wěn)定性較好，基本上為砂巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育，隧道軸線與地層走向大致平行，巖層較陡，隧道出水形式以滴水為主，為IV 級圍巖。同樣位置的龍洲灣2 號隧道資料顯示與該段圍巖情況一致。新建鐵路隧道下穿既有公路隧道，原地質(zhì)條件穩(wěn)定，但上下方隧道凈距僅為5m，且上方隧道開挖時采用爆破施工，擾動較大，實際地質(zhì)條件相對較差，該節(jié)點(diǎn)的沉降控制是整個區(qū)間施工的重難點(diǎn)之一。

根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況及對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析，除嚴(yán)格按設(shè)計方案執(zhí)行外，仍須對隧道沉降影響最大的超前支護(hù)、臨時支撐、初期支護(hù)等工藝進(jìn)行優(yōu)化管控[1]。

2.1 優(yōu)化超前支護(hù)工藝

新建鐵路隧道與上方隧道凈距離太短，最短處僅為5m，如采用傳統(tǒng)管棚施工方式，則要先開工作室、鉆孔，再頂管施工，對圍巖擾動很大，不利于圍巖穩(wěn)定，故選用不需要管棚工作室的T76S 自進(jìn)式超前支護(hù)，在掌子面開挖輪廓線起向后6m 范圍，拱部調(diào)高40cm 即可。更重要的是T76S 自進(jìn)式超前支護(hù)采用鉆進(jìn)、注漿、支護(hù)一體化設(shè)計，安裝高剛性、大慣性力矩的連續(xù)螺紋厚壁鋼管，同步注漿一次完成，可達(dá)到小擾動下超前預(yù)加固圍巖的目的，再通過二次注漿，使螺紋桿體同圍巖有效黏結(jié)，可防止隧道施工拱頂坍塌，控制下沉量，保證掘進(jìn)安全。

2.1.1 工藝流程

通過使用高強(qiáng)度自鉆式螺旋管棚帶合金鉆頭和C6 鉆機(jī)配置的旋轉(zhuǎn)注漿頭，在新建鐵路隧道施工中實現(xiàn)了鉆進(jìn)、安裝和注漿一次完成。完成鉆孔后，進(jìn)行二次高壓注漿以確保施工質(zhì)量。具體工藝流程如圖2 所示。

圖2 T76S 自進(jìn)式超前支護(hù)施工工藝流程

2.1.2 工藝要點(diǎn)

（1）施作鉆機(jī)工作室

拱頂挑高，掌子面開挖輪廓線起向后6m 區(qū)域，拱部管棚施作區(qū)域調(diào)高40cm，噴加筋混凝土（鋼筋網(wǎng)片100cm×100cm，φ12mm），厚度為10cm，掌子面素噴厚度為10cm 的混凝土進(jìn)行保護(hù)。

（2）施作簡易護(hù)拱

在開挖輪廓線以外拱部150°范圍內(nèi)架設(shè)I22a 工字鋼，工字鋼上開孔，孔徑為150mm，間距為40cm，并在每個孔上安裝鋼管（φ150mm，長度為1m）作為孔口導(dǎo)向鋼管。相鄰孔口導(dǎo)向鋼管用鋼筋焊接固定，定位后再與工字鋼牢固焊接，孔口導(dǎo)向鋼管同隧道壁的間隙噴混凝土充填?？卓趯?dǎo)向鋼管安裝的平面位置、傾角和外插角的施工精度一定程度上影響管棚的質(zhì)量。因此，基于坐標(biāo)法，采用經(jīng)緯儀在工字鋼架上明確孔口導(dǎo)向鋼管的平面位置；采用水準(zhǔn)尺和坡度板確定孔口導(dǎo)向鋼管的傾角；用前后差距法確定孔口導(dǎo)向鋼管的外插角[2]。

（3）鉆機(jī)定位

鉆機(jī)作業(yè)平臺建于水平、穩(wěn)定、牢固的地基上，并加裝枕木增加強(qiáng)度；鉆機(jī)應(yīng)與孔口導(dǎo)向鋼管方向保持平行，鉆機(jī)位置采用經(jīng)緯儀、掛線、鉆桿導(dǎo)向等方法相結(jié)合精準(zhǔn)核算確定，以保證鉆桿軸線與孔口導(dǎo)向鋼管軸線一致。鉆進(jìn)時，優(yōu)先進(jìn)行高孔位作業(yè)。

（4）注漿

M400NT 型注漿機(jī)應(yīng)緊鄰鉆機(jī)作業(yè)平臺，便于配合鉆進(jìn)施工?，F(xiàn)場配備高壓水管以備清洗鉆孔，準(zhǔn)備好注漿泵與鉆機(jī)連接的接頭及T76S 快速注漿接頭。注漿采用32.5 水泥，調(diào)好注漿泵水流量，水灰比應(yīng)嚴(yán)格控制為0.5（對應(yīng)流量表為570mL/h）。M400NT 型注漿機(jī)配MP4L 泵單元，流量為800L/h(0.8m3/h)；水灰比最低可達(dá)到0.33；注漿壓力正常可達(dá)到4MPa；最長輸送距離可達(dá)到60m。

（5）鉆孔

采用φ130mm 鉆頭，在鉆機(jī)上安裝好T76S 管棚鋼管，先用水潤滑注漿管和C6 鉆機(jī)注漿通路，直到孔口導(dǎo)向鋼管內(nèi)有水流出。然后啟動注漿泵直到孔口導(dǎo)向鋼管內(nèi)有水泥漿流出。鉆機(jī)施工作業(yè)開始時，應(yīng)保持低速低壓，當(dāng)成孔尺寸大于1m 時，可根據(jù)現(xiàn)場施工情況和地質(zhì)狀況提高鉆孔速度和壓力。鉆機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)保持在100 轉(zhuǎn)/min 左右，鉆進(jìn)過程中需保持鉆孔中始終有水泥漿。一根鋼管鉆進(jìn)到位后，應(yīng)立即停泵，并迅速安裝接頭接長管棚，在管棚鋼管從鉆機(jī)上卸下之前，應(yīng)觀察注漿泵壓力表，如有壓力應(yīng)先卸壓再拆卸。

此外，在鉆孔施工過程中，應(yīng)先測量鉆孔的平面位置和外插角（1～3°），并對孔進(jìn)行依次編號，施工時應(yīng)著重關(guān)注鉆機(jī)下沉量、左右偏移量以及孔的斜度，出現(xiàn)偏移和誤差應(yīng)立即修正。

（6）終孔注漿

采用M400NT 型注漿機(jī)在管棚區(qū)域開展注漿工作，機(jī)組系統(tǒng)最大工作壓力可達(dá)到8MPa，符合設(shè)計要求。采用奇偶數(shù)螺紋管進(jìn)行由下到上、由左到右的間隔注漿，注漿順序為先奇后偶。注漿壓力的初壓為2～3MPa，終壓為5MPa。施工人員應(yīng)認(rèn)真填寫注漿記錄，以便于進(jìn)行施工復(fù)盤。注漿工作收尾后，應(yīng)立即清管并采用錨固劑填充注漿端頭。

2.2 優(yōu)化臨時支撐工藝

通常斷面采用臨時型鋼鋼架橫向支撐，方便施工；根據(jù)圍巖觀測數(shù)據(jù)，當(dāng)變形量加大時，橫向?qū)?yīng)初支拱架設(shè)置Ⅰ20 型鋼臨時仰拱，臨時仰拱之間采用C10 槽鋼縱向連接并噴射厚度為15cm 的混凝土進(jìn)行封閉。增設(shè)I22b 臨時豎撐及其監(jiān)控量測點(diǎn)，增加對臨時豎撐的應(yīng)力監(jiān)測，密切關(guān)注圍巖應(yīng)力變化。

2.3 優(yōu)化初期支護(hù)工藝

第一，按設(shè)計方案快速進(jìn)行初期支護(hù)封閉，盡量縮短圍巖暴露時間。第二，為避免下穿既有公路松散堆積壓力所造成的初期支護(hù)開裂下沉、鋼架扭曲變形、噴射混凝土掉塊等嚴(yán)重的安全質(zhì)量隱患，保障施工安全，在設(shè)計要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行以下加強(qiáng)處理[3]。

2.3.1 型鋼鋼架增強(qiáng)

對比Ⅰ22b 及Ⅰ20b 型鋼力學(xué)性能，每延米Ⅰ22b 型鋼較Ⅰ20b 型鋼重5.4kg，通過Ⅰ20b（Ⅰ22b-Ⅰ20b）/Ⅰ20b計算可知重量增加了17%，但鋼截面慣性力矩增加了1070，即增加了42.8%，可花較少費(fèi)用換來支護(hù)安全系數(shù)的大幅提升。因此，施工到龍洲灣隧道正下方區(qū)段時，將原設(shè)計方案的Ⅰ20b 型鋼加強(qiáng)為Ⅰ22b 型鋼。全環(huán)采用Ⅰ22b 工字鋼，間距為0.6m，并增設(shè)Ⅰ22b 臨時豎撐。

2.3.2 開挖基底兩側(cè)縱向敷設(shè)Ⅰ20 型鋼下墊梁

開挖后，在開挖基底兩側(cè)縱向敷設(shè)Ⅰ20 型鋼下墊梁，下墊梁單節(jié)長度根據(jù)掌子面循環(huán)進(jìn)尺確定（分為0.6m、1.2m 兩種），兩節(jié)之間采用螺栓連接，為便于下道工序拆除，只在靠內(nèi)側(cè)連接板上下各安裝1 組螺栓，且在噴射混凝土前將螺栓擰緊，并用土工布或其他編織物將該處包裹。

2.3.3 上導(dǎo)坑型鋼鋼架底腳加強(qiáng)

增設(shè)Ⅰ20 型鋼縱向下墊梁，拱墻腳在設(shè)計基礎(chǔ)上再增加一組鎖腳錨管。

2.3.4 初支鋼拱架之間縱向采用短Ⅰ20 型鋼加強(qiáng)

為加強(qiáng)型鋼鋼架縱向連接，在拱頂設(shè)置初支鋼拱架3 榀（環(huán)向間距為0.6m），拱腳處左右各3 榀（環(huán)向間距為0.6m），縱向均采用Ⅰ20 型鋼加強(qiáng)，其余部分仍采用原設(shè)計方案的φ22 螺紋鋼筋進(jìn)行連接。

3 現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析

回龍灣隧道DK23+480—DK23+580 段洞內(nèi)監(jiān)控量測斷面每5m 布設(shè)一個監(jiān)測斷面。龍洲灣隧道按回龍灣隧道中線左右側(cè)各50m 范圍設(shè)置布置點(diǎn)，并在龍洲灣隧道成形的襯砌上每5m 布置一環(huán)監(jiān)測點(diǎn)。在鐵路隧道開挖施工全過程中，除對洞內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行量測分析外，還對公路隧道左洞和右洞的拱頂及道路兩側(cè)進(jìn)行豎向位移監(jiān)測，對公路隧道左洞和右洞的拱肩及邊墻兩側(cè)進(jìn)行水平位移監(jiān)測[4]。

從現(xiàn)場實際監(jiān)測所得數(shù)據(jù)可知，在實際工程中，各斷面在新建隧道開挖過程中，由于監(jiān)測存在系統(tǒng)誤差等，導(dǎo)致位移量存在起伏波動。但從整體過程上看，隨著施工的推進(jìn)，各監(jiān)測點(diǎn)無論是沉降量還是周邊收斂量都在不斷地增加，最后隨著新建隧道開挖遠(yuǎn)離既有隧道，各部位的位移變化逐漸穩(wěn)定，新建隧道開挖對上部隧道的穩(wěn)定性影響逐漸減小。其中既有隧道最大拱頂沉降量為2.2mm，最大周邊收斂量為1.6mm，現(xiàn)場各斷面最大下沉量及收斂量如表1 所示。當(dāng)鐵路隧道建設(shè)經(jīng)過公路隧道時，襯砌位移變化量較小，基于后位移值收斂，該變化量符合規(guī)范值區(qū)間要求。說明鐵路隧道選用規(guī)范恰當(dāng)?shù)拈_挖支護(hù)形式，且匹配合適的沉降控制策略時，能夠保證公路隧道的穩(wěn)定性。

表1 現(xiàn)場各斷面最大下沉量及收斂值統(tǒng)計表

4 結(jié)語

案例工程已通過專家評審，通過優(yōu)化超前支護(hù)、初期支護(hù)等關(guān)鍵工序中的工藝工法及沉降技術(shù)措施，以監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋指導(dǎo)施工，該工程施工難點(diǎn)取得突破?，F(xiàn)場最終實際監(jiān)測數(shù)據(jù)也反映出方案可行，措施得力，有效控制了新建隧道施工對上方構(gòu)筑物的影響，該案例工程所采取的沉降控制技術(shù)有一定的參考價值。