穿越公路回填路基的隧道施工引起路面沉降原因分析與控制措施

摘 要:結合大連市大連灣隧道工程實例，分析了回填路基淺埋暗挖隧道引起地面沉降的因素。提出了增強初期支護的承載能力和剛度、注漿等手段加強圍巖的自穩能力等控制對策，為類似工程沉降控制提供借鑒。

關鍵詞:回填路基 淺埋暗挖 沉降控制

中圖分類號:U416.2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0128-01

隨著城市道路建設的不斷發展推進，新建道路與既有道路經常出現交叉穿越。對于新建線路下穿既有道路的情況，為保證既有道路在施工期間仍能正常運營，常采用頂進框構涵或者淺埋暗挖隧道等施工方法。對上部既有道路路面的沉降控制是確保施工期間上部路面行車安全的重要保障，也是整個施工過程的重點和難點所在。本文結合大連市大連灣隧道工程的施工情況，分析下穿既有道路回填路基的淺埋暗挖隧道施工引起上部路面沉降的主要原因，提出相應控制措施，為相關類似隧道施工提供參考。

1 引起地面沉降的原因分析

大連灣隧道全長82m，凈空面積64㎡，下穿振興路路基。在施工期間振興路正常運營，對路面沉降提出要求嚴格。在施工準備階段，對隧道施工期間可能引起上部路面沉降的原因進行了周密的分析。

1.1 土體特性的影響

大連灣隧道拱頂距離振興路路面僅為5m，上覆土體全部為路基填土，主要為粉質粘土，并含有不均勻粒徑石塊。由于虹吸現象和中分帶地表水下滲的長期作用，路基土含水已呈飽和狀態。分析認為:開挖后，路基土失水易造成超固結，引起較大沉降;隧道開挖擾動后，易引起開挖周邊土體松弛變形，出現潛在的坍滑區，尤其在石塊較多地段，坍滑現象會更嚴重。地基土的特性決定了地表下沉值要大于隧道拱頂下沉值，應在改善路基土方面采取相應的措施。

1.2 道路通行車輛荷載的作用

隧道施工期間上部道路按原標準通行，車輛密集。由于隧道埋深淺，必須考慮車輛荷載作用，特別是重型車輛高速通過時引起的震動較大，施工時應充分考慮。

1.3 地層應力的釋放

由地層的收斂約束特性可知，隨地層位移的增大，上覆地層施加到隧道結構上的荷載將減小。最佳支護概念就是在允許地層產生穩定位移的條件下，使支護結構所受的力最小。淺埋暗挖隧道，為保證地表的變形得到控制，原則上不允許地表出現超越規定值的下沉而換取最佳支護條件。而且，本工程土體為多孔介質土，是具有潛在坍滑面的地層。隨地表下沉、地層應力的釋放，坍滑面會逐次產生，伴隨著地表大范圍下沉，沉降槽寬度及下沉量均較大。可見，控制地層應力釋放度是解決下沉及范圍的關鍵。

1.4 施工工法

控制開挖過程中產生沉降的關鍵是保持開挖工作面的穩定，選擇合適的施工方法非常重要。大連灣隧道應充分利用隧址區既有涵洞，分步進行開挖支護。工作面越小，工作面前方及周圍土體對工作面的擠壓流動會越小，工作面越穩定。另一方面，在開挖過程中應充分領悟“淺埋暗挖”的精神實質即早封閉概念，每步開挖即各自封閉成環。

1.5 開挖進尺的影響

開挖進尺的大小實質上是工作面無支護空間的大小，其值決定著地表下沉及拱頂沉降，也影響開挖面的穩定性。軟土隧道工作面難以自穩，因而必須支撐。研究表明，開挖時工作面需支撐的壓力并不大，僅10MPa就足以使工作面短期內自穩，使開挖順利進行;另外，穩定開挖工作面的支撐力與上覆土層的厚度及土體的密度幾乎沒什么關系，與隧道直徑呈線性關系。淺埋暗挖法施工的隧道，開挖進尺的控制十分重要，應分析研究，有目的地控制。

1.6 工作面的推進速度

沉降具有時空效應。工作面推進速度的加快，意味著各工序時間的縮短，隧道開挖裸露的空間亦小，其存在的時間亦短，利于控制地層變位的調整。因此，施工中應加快施工進度。

1.7 初期支護的剛度問題

支護結構的剛度影響地表下沉量，尤其是對淺埋暗挖隧道。大連灣隧道埋深僅5m，且受行車活載作用，地層剛度小，在總剛度一定的條件下，勢必要增大初期支護的剛度。復合式襯砌結構，根據設計的荷載分配，一般結構二次襯砌不承擔施工期間荷載，但根據實際施工及有關監測資料，初期支護后至地表達到穩定的時間較長，唯有二襯施做后，隧道及地表才完全穩定。因此，提高初期支護剛度對穩定地層是有必要的，同時還應盡快進行二襯施做。

2 施工過程中采取的措施

施工過程中嚴格按照“管超前、嚴注漿、短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤測量”的方針進行，通過上述分析因素和施工中量測采取了以下措施控制沉降。

2.1 采用大管棚進行超前預支護

為了增強初期支護的強度和剛度，提高初期支護的承載能力，采用大管棚預注漿的施工方法。大管棚采用單層108×6鋼管，間隔30cm環向180°布置64根，并通過注入水泥漿，使管棚起到鋼管混凝土的作用，增加了承載能力和剛度。

2.2 使用超前小導管預注漿

為了減少路基土水分的散失，同時進一步提高圍巖的承載能力和自穩能力，在開挖前沿管棚間加設一層超前小導管，采用42×5鋼管，長5m，搭接1.5m，并進行預注漿。通過注入水泥水玻璃雙漿液，固結各管棚之間的路基土，改變了土體特性，防止了其水分的散失，避免了因路基土超固結而引起的沉降，消除了產生潛在坍滑區的危險。

2.3 嚴格控制掌子面到二襯之間距離

通過沉降因素分析，二襯施做后地表沉降才能穩定，同時為了減少掌子面到二襯之間初期支護所受彎矩，必須盡量減少掌子面到二襯之間的距離。

2.4 加快施工進度

通過各種措施加快施工進度，同時在混凝土施工時盡量使用早強劑等加快混凝土強度的上升，以期盡早起到承載作用。

3 沉降觀測

為確保施工過程中萬無一失，對路面沉降量進行必要的觀測。通過對布置在路面、拱頂、邊墻的各測點觀測，結果顯示:拱頂沉降3.1mm，小于3.7mm限制，拱頂沉降速率最大值發生掌子面開挖后鋼拱架施做前，該階段緊靠大管棚及超前小導管支撐。待二襯施做后沉降基本停止。各觀測結果符合規范的相關規定和業主的提出的要求。這說明所采取的施工方法確實可行，對確保施工質量及安全起到了至關重要的作用。

4 結語

下穿路基施工的淺埋暗挖隧道沉降控制的關鍵在于增強初期支護的承載能力和剛度，充分利用新奧法施工原理，通過注漿等手段加強圍巖的自穩能力。監測結果顯示，對下穿路基施工的淺埋暗挖隧道沉降因素分析是完全正確的，采取的相應措施也是行之有效的。本文可為類似工程沉降控制提供借鑒。