下穿高速公路淺埋段隧道施工技術研究

張玉輝 （中鐵十八局集團第三工程有限公司，河北 保定072750）

隨著我國鐵路、公路建設的快速發展，在建鐵路隧道下穿高速公路的情況時有發生，尤其在建隧道距高速公路埋深較淺時施工難度極大［1］。三江至南川線擴能改造工程新峽口壩隧道位于重慶市萬盛區境內，隧道全長2961.42m。隧道在LDK1＋782～LDK1＋845段下穿綦（江）萬（州）高速公路，隧道拱頂最大埋深約為11m，相交下穿高速公路段63m。隧道上覆層為卵石土、粉質粘土、碎石土及塊石土，下覆基巖為三疊系上統須家河組砂巖；中統雷口坡組頁巖、灰巖夾巖溶角礫巖、泥質灰巖；下統嘉陵江組灰巖夾巖溶角礫巖、白云質灰巖。隧道圍巖為單斜構造，節理裂隙發育，巖層破碎，地下水主要為基巖裂隙水，賦存于巖體裂隙內，隧道開挖時，以滴水、小股淋水為主，局部可成片狀、股狀涌出，在雨季淺埋段會有較嚴重滲流、淋水現象。因此，該工程存在以下施工難點：① 新峽口壩隧道穿越的高速公路地段重型車輛來往頻繁，地面動載變化大，因而對隧道超前支護及初期支護的施工質量要求高；②隧道開挖進尺及爆破控制嚴格。由于隧道穿越高速公路最薄覆蓋層為11m，且上部為全風化砂巖，節理、裂隙發育，巖體較破碎，地基承載力較差，爆破開挖對高速公路結構面及隧道掌子面破壞影響較大，在隧道開挖進尺及爆破時應嚴格控制。為此，筆者對新峽口壩隧道施工技術進行了研究，以便為鐵路隧道施工安全及高速公路行車安全提供幫助。

1 超前支護施工

1.1 超前大管棚施工

1）測定孔位 用全站儀測定鉆孔孔位，并用紅油漆標注在掌子面上。

2）搭建施鉆平臺 施鉆平臺用15cm×15cm方木由下向上成“井”字形搭建，用扒釘連接固定。上面用木板鋪平。要求鉆機平臺搭建必須牢固，鉆機安放到平臺上以后，要用鋼絲繩緊固，防止鉆進時鉆機擺動或傾斜而影響鉆孔質量。

3）鉆孔 根據本隧道地質圍巖情況，擬采用硬質合金管鉆法，即用?73mm鉆桿配?127mm×3m硬質合金鉆具進行干式鉆進成孔。鉆進時可根據地層濕度適當加水，從而提高鉆進效率。首先將鉆機在注漿孔前就位，鉆桿正對空心以保證鉆孔平直。為了能順利下管，成孔后用巖心管掃孔以便使孔道順暢。

4）安裝鋼管 管棚節間用絲扣連接。管棚設計長58m，管棚單序孔第一節長6m、最后一節長4m，雙序孔第一節長4m、最后一節長6m，其余管節長度均為6m。管壁鉆?8mm梅花形孔，以利于漿液通過管壁擴散到地層中。管棚安裝后，管口用麻絲和錨固劑封堵鋼管與孔壁間空隙，連接壓漿管及三通接頭。

5）注漿 管棚注漿前，應向開挖工作面、拱圈及孔口管周圍巖面噴射10cm厚的C25混凝土，以防鋼管注漿時巖面縫隙跑漿。此外，應進行壓水試驗，以測定巖層的吸水性，核實巖層的滲透性，為注漿時選取泵量、泵壓及漿液配方等提供參考依據，同時沖洗鉆孔，檢查止漿塞效果和注漿管路是否有跑水、漏水現象。注漿采用1∶1水泥砂漿，注漿壓力為0.5～1.0MPa，具體參數根據現場試驗按實際情況而定。注漿次序為由下向上間隔注入，出現串管現象時，間隔應適當加大。注漿達到設計壓力時或達到設計注漿量時，穩壓10min即可結束注漿。

1.2 超前小導管施工

超前小導管注漿施工前先對開挖面及5m范圍內的坑道噴射厚為5～10cm的混凝土，以阻止漿液的外滲。具體內容如下：①鉆孔時，外插角一般為5～7°，孔眼較鋼管管徑大2.0cm以上，鉆孔應做到孔壁圓、角度準、孔身直、深度夠、巖粉清洗干凈，且沿隧道縱向2組小導管間保證有1.0m以上的水平搭接長度。②小導管插入孔后應外露一定長度，以便于連接注漿管，并用塑膠泥將導管周圍孔隙封堵密實。③注漿材料一般采用水泥砂漿（水灰比0.5～1.0），并隨施工情況隨時調整技術參數和技術措施，以便確保施工的順利進行。

2 開挖與支護

根據新峽口壩隧道下穿高速公路的圍巖情況，按照“管超前、短進尺、強支護、勤量測、快襯砌、早封閉”的方法組織施工。隧道下穿高速公路段采用雙層 ?108大管棚超前支護，采用“三臺階七步法”開挖，雙層初期支護，隧道開挖后及時施作鋼拱架、錨噴支護、混凝土襯砌緊跟開挖面（見圖1），并根據量測結果及時指導施工。

圖1 三臺階七步開挖示意圖

2.1 上部弧形導坑開挖

在拱部超前支護后進行，環向開挖上部弧形導坑，預留核心土，核心土長度為2～3m，寬度為隧道開挖寬度的1／3。開挖循環進尺應根據初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.0m，開挖后立即初噴4cm混凝土。上臺階開挖矢跨比應大于0.3高度，為3.49m（按Ⅴ級特殊支護斷面計算，其他斷面作調整），開挖后及時進行噴、錨、網系統支護，架設鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處緊貼其兩側邊沿按下傾角20、40°打設鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接，復噴混凝土至設計厚度。

2.2 左、右側中臺階開挖

開挖進尺應根據初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.0m，開挖高度一般為2～3m，左、右側臺階錯開2m，開挖后立即初噴4cm混凝土，及時進行噴、錨、網系統支護，接長鋼架，在鋼架墻腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角20、40°打設鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架牢固焊接，復噴混凝土至設計厚度。

2.3 隧道底部開挖

每循環開挖長度為2m，開挖后及時施作仰拱初期支護，完成2個隧道底部開挖、支護循環后，及時施作仰拱，仰拱分段長度為2m。

3 施工效果

3.1 隧道洞內監測結果分析

隧道洞內沉降、水平收斂量測布置圖如圖2所示。拱頂位移主要通過精密水準儀、鋼尺、標尺等儀器監測拱頂C點絕對位移，周邊位移收斂主要通過周邊收斂計量測AE、BD、CE的相對位移變化，收斂數據體現的是3個值中的最大值［2］。虹橋隧道淺埋段Ⅴ級圍巖每10m設置一個測量斷面。表1所示為隧道淺埋段相關樁號的監控量測數據。由表1可知，LDK1＋790～810周邊位移收斂，拱頂位移累計值和開挖當天變化值都較小。此外，LDK1＋820～840變化值較左洞大，但對于Ⅴ級圍巖淺埋段來說在許可范圍之內。

圖2 洞內沉降、水平收斂量測布置圖

表1 隧道周邊位移及拱頂下沉數據采集表

3.2 地表沉降監測結果分析

地表變形測點的位置的選擇既要能夠反映監測對象的變形特征，又要便于應用儀器進行觀測，還要有利于測點的保護［3］。埋測點不能影響和妨礙結構的正常受力，不能削弱結構的剛度和強度。根據設計預先布置好各監測點，以便監測工作開始時監測元件能夠進入穩定的工作狀態。如果測點在施工過程中遭到破壞，應盡快在原來位置或盡量靠近原來位置補設測點，保證該測點觀測數據的連續性［4］。

沿線路縱向布設9個觀測斷面（斷面與高速公路平行），其中高速公路中間斷面、靠近高速公路兩邊斷面為A類斷面，其余斷面為B類斷面。A類斷面隧道中心線兩側15m范圍內每3m布一個測點，15m之外布6個測點（間距5m）。B類斷面隧道中線兩側50m內布點間距5m。用沖擊鉆在地表鉆孔，然后放入長200～300mm、?20～30mm的圓頭鋼筋，四周用水泥砂漿填實。洞內水平收斂、拱頂下沉點布置在同一里程上（布置位置見圖3和圖4）。

圖4 A類斷面地表下沉量測斷面布置圖

圖5 B類斷面地表下沉量測斷面布置圖

從監測的數據來看，在開挖及初期支護完成后的一段時間內地表沉降較大，特別是距離隧道中心線越近沉降越大，其中最大沉降累計值為6mm（最大沉降累計值8mm以下為安全值），距離隧道中心線越遠沉降越小，其中距離20m的時候最大沉降累計值0.9mm（最大沉降累計值1mm以下為安全值）。由此可見，采用上述施工方案是十分可行的。

［1］ 楊嚴 .淺埋黃土隧道下穿公路施工技術 ［J］.中國西部科技，2014，12（7）：23－25.

［2］ 余曉琳，羅霞 .隧道下穿高速公路施工方案可行性數值分析 ［J］.公路與汽運，2010，25（5）：79－82.

［3］ 午向陽，蔣宗全，李鵬飛，等 .大斷面隧道下穿高速公路施工方案優化研究 ［J］.鐵道建筑，2010，49（11）：40－42.

［4］ 楊益合 .淺埋黃土隧道下穿高速公路大管幕施工技術 ［J］.企業技術開發，2010，28（3）：61－63.