淺析大斷面淺埋濕陷性黃土隧道下穿高速公路的沉降控制施工技術

謝前波

摘 要：文章結合以往的施工技術和施工經驗進行了總結分析的基礎上，綜合分析導致施工中出現沉降現象的各類原因，同時介紹了具有針對性的能夠控制施工中出現沉降問題的方法和對策，從而為本工程項目順利施工及以后同類工程的設計、施工工作提供有益的經驗。

關鍵詞：大斷面淺埋濕陷性黃土隧道；高速公路；沉降控制技術

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A

1 工程概況

西安市地鐵四號線航天新城站航天東路站區間，自航天新城站起，沿規劃航天南路地下敷設，到達航天東路站。區間下穿西康高速公路，高速公路寬30m，下穿段的軌頂埋深約18m，采用礦山法下穿，下穿公路時加強超前支護，加強支護結構，遵循管超前、短開挖、強支護、早封閉、勤量測的原則，嚴格控制沉降，保證公路的正常運營。

2 地質概況

根據鉆孔和探井揭露，擬建工程場地在勘探深度40.0m范圍內的地層主要為第四系堆積物，即由全新統人工填土（Q4ml）、上更新統風積（Q3eol）黃土、殘積（Q3el）古土壤及中更新統風積（Q2eol）黃土、殘積（Q2el）古土壤組成。

3 導致沉降問題出現的主要原因

3.1 地質條件的因素。洞身地層為殘積（Q2el）古土壤夾卵礫礫層和石層以及新黃土夾卵礫石層，新黃土的發育方式為垂直節理型的，其巖體的穩定性是很差的，這就大大的降低了地基的整體承載能力，根據項目勘察對自然地面以下、水位以上的地基土取土樣進行了濕陷性試驗，試驗結果表明場地內素填土、黃土及古土壤均具濕陷性，濕陷性土層分布深度為25.0m。因此，導致沉降問題出現的原因之一就是地質條件較差。

3.2 埋深的因素。由于是淺埋隧道，所以拱頂部的最小覆蓋厚度僅為18m，而正是由于較淺的埋深也很容易導致沉降問題的出現。

3.3 開挖面積大。在開挖隧道的過程中，其高度為11.44m，寬度為9.25m，斷面的面積約為90m2，在對過往的施工經驗進行研究和分析時，我們發現如果隧道的埋深是小于20m的，并且其跨度不超過8m時，在其上部所覆蓋的土體是具備較好的穩定性的，而如果超過了此范圍，那么土體的穩定性就會大大的下降。

3.4 路面通車的影響。由于西康高速公路是顯西安與安康及周邊地區的主要通道，高速公路上車流量大而且大多為載重量大的大型車輛，施工過程中高速公路是正常通車的，車輛的荷載也可能導致沉降問題的出現。

4 沉降控制工作的施工技術

4.1 大管棚超前支護。大管棚的材料應選擇鋼管，其厚度為3.5mm，外直徑約為108mm，其在隧道拱部150度的范圍內應采用環形的布置方式，外插角為10度。環向間距0.4m，縱向間距2.0m，鋼管內部應采用水泥漿作為注填材料。在隧道開挖的過程中，如果挖到了可能影響高速公路正常運行的路段，那么應停止掘進，同時搭建管棚工作室并且噴射一個封閉的混凝土噴射面。之后應對管棚測量定位，然后將大管棚鋼管旋轉并頂進就位，設備選擇的是小型的導向鉆機。施工的過程中應準確的掌握大管棚的外插角，其不能偏高0.5m，更不能進入到開挖線內，從而更好的發揮大管棚的支護作用。之后應進行對鋼管的注漿填充的作業，為提高大管棚的整體支護能力，應采用型鋼鋼價來支撐每一環管棚的端部。

4.2 初期的支護。（1）初噴砼。在完成了隧道工程的開挖作業后，應將開挖面封閉起來，此過程應選擇C25早強砼作為噴射的材料，建議噴射的厚度為30mm，全斷面支護，從而充分的提高圍巖的穩定性；（2）安裝拱腳托梁。在初噴砼的施工作業完成后，應安裝拱腳托梁，材料選擇的為118工字鋼，長度為60cm，并且拱腳托梁與上環托梁應焊接對接的。托梁能夠大幅度的提升拱腳的支承力，同時也擴大了拱腳的承壓面積；（3）支立鋼拱架。同樣材料也采用118型鋼，在各部分的開挖作業完成后應立即進行支立鋼拱架的施工作業，在施工現場應分兩段制作拱部的鋼拱架并將它們合理的聯結，同時用螺栓將托梁和拱腳緊緊的固定住。上鋼拱架的底板應與邊墻鋼拱架的頂端連接，用混凝土將底腳墊實，而邊墻鋼拱架的兩端還應與仰拱連接；（4）設置臨時的豎向支承和仰拱。在核心土開挖的施工作業完成后，應立即設置臨時的豎向支承和仰拱，這樣才能盡快的形成閉合并支護拱部，從而有效的防止沉降變形的問題出現。臨時豎向支承可采用I20工字鋼，其位置應在支護的中部，而仰拱則采用I18工字鋼，鋼拱架應與其兩端連接。在臨時豎向支承和仰拱之間應采用鋼筋焊接連接，間距為1m，直徑為20mm，之后應用噴射砼填滿；（5）打設錨桿。在邊墻和拱部打設錨桿建議選擇藥卷錨桿作為材料，其長度為3.5m，直徑為22m，布設時縱向間距為0.8m，環向間距為1.0m，之后應進行鉆孔的施工作業，之后在孔內放入浸水錨固卷并將其錘擊就位；（6）噴射混凝土。在以上工序都完成后，應立即噴射混凝土，材料為C20，厚度為35cm。進行初期的支護工作時，應有機的結合鋼拱架、托梁、臨時仰拱等各類支護結構，從而形成一個完善的剛性支護體系，最大限度的避免沉降變形的問題出現。

4.3 二次襯砌。二次襯砌采用的為模筑鋼筋混凝，在初期的支護作業完成后應立即進行，進一步的提升了路基路面的整體承載能力。（1）施工方法。二次襯砌主要分為仰拱襯砌和拱墻襯砌兩部分的施工作業，前者能夠進一步的提高初期支護的穩定性，同時還能為之后的拱墻襯砌提供作業平臺，而在進行拱墻襯砌的施工作業時，其分段的長度應是小于6m的；（2）砼灌注。通常應采用就地灌注的方法來灌注仰拱砼，以襯砌臺車作為支承模板來關灌注拱部和邊墻襯砌，并且確保一次澆筑成型；（3）注漿充填。在二次襯砌的拱頂都是會留有注漿孔的，并且在初期支護和二次襯砌之間應填充水泥-水玻璃雙液漿，從而有效避免初期支護后沉降變形現象的出現。

結語

在濕陷性黃土地區進行大斷面淺埋隧道下穿高速公路的施工作業時，我們應遵循“管超前、強支護、短開挖、勤量測、早封閉”的施工原則，在保證車輛安全通行的前提下，不斷的完善加強初期支護、大管棚超前支護、二次襯砌以及監控量測等施工技術，有效的控制施工中沉降現象，大大的降低了施工過程中的交通配合和疏導的費用，同時也能取得了較高的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]倪魯肅.淺埋黃土隧道下穿高速公路沉降控制研究[J].北京交通大學，2011.endprint