淺埋隧道下穿既有道路的施工技術研究

張耀雙

（中鐵十六局集團第四工程有限公司，北京 101400）

1 工程概況

1.1 工程簡介

杉樹坪左線全長1 585.00m，右線全長1 585.86m，杉樹坪左線進口V級淺埋段長190m，右線進口V級淺埋段長220m，淺埋段通過崩坡積體洞頂埋深過淺，且為堆積體，圍巖含泥量極大，松散破碎，施工難度較大，進度緩慢，月度進尺為30m/月。為了在保證質量和安全前提下不影響全線工期，項目部決定由出口進洞開挖，與入口形成雙向對打。杉樹坪隧道凈空為10.25m×5.00m，為雙車道隧道，隧道出口向小里程方向100m范圍內為小凈距隧道。隧道出洞口上方省級道路（YK37＋964－YK37＋970）近于垂直通過，其路面高程為636.220m，比隧道出洞口頂設計高程634.350m高出不到2m，出洞口前為一斜坡，坡度約為37°，存在約4.6m厚崩坡積層及強風化層。施工現場照片如圖1所示。

圖1 施工現場照片（覆蓋層＜2m）

1.2 隧道出口工程地質

出洞口位于斜坡山脊上，斜坡坡向約171°，坡角28°～36°。隧道近乎直線出洞，洞軸線與斜坡走向交角近90°，與巖層走向交角49°。緩坡零星分布有厚度0.5～1.5m的殘坡積層粉質黏土，結構松散；基巖為志留系中統韓家店組2段頁巖，為軟巖。地下水貧乏，雨后可能有少量滲水且呈滴狀滲出，洞口段未見崩塌、滑坡、泥石流等不良地質現象，天然斜坡穩定。

2 原設計施工方案存在的問題

隧道出口進洞將橫穿S202省道，原設計出洞施工，先進行既有道路的挖除，在原省道路面下方施作明洞，明洞修筑完成后再在上方恢復瀝青混凝土路面。該方案未考慮明洞施工期間斷路帶來的影響，根據項目部從2016年5月進場以后的情況來看，該條道路的車流量較大，且該省道為石黔項目運送砂石料、鋼材、水泥的必經之路，也是項目部的施工車輛運行便道。所以，挖斷S202省道并在明洞施工完成后恢復，這種設計方案明顯不可行。

3 解決方案

3.1 進洞施工思路

經研究，出口進洞施工的前提有2點:①必須保證S202省道的運行暢通；②保證淺埋下穿既有省道的隧道安全進洞。經邀請總包、設計院、業主等多方多次進行現場查看，根據這2個大前提給出進洞方案。

1）取消明洞，采取暗挖法的施工方法進洞，進洞前將既有S202省道向山體方向（隧道小里程）改移20m，改移道路完成后封閉既有S202省道段，運行車輛改由改移道路通行。

2）進行隧道出口右洞進洞施工，當右洞出口掌子面施工超過既有道路而又沒進入改移道路時，停止施工，跟進仰拱、二襯；待位于既有省道下方的二襯施工完畢且強度達到要求后，將車輛運行路線改回既有省道上，右洞掌子面繼續向前開挖，二襯持續跟進；待二襯超過改移道路且強度達到要求后，將運行路線變回改移道路。

3）因為隧道100m范圍內為小凈距隧道，施工前后洞掌子面要距離50m以上，所以在第二步施工完成且掌子面距離大于50m后，方可施工左洞，施工工序和交通轉換同第二步。

4）左右洞均通過改移道路后考慮改移道路距離隧道洞口較遠，比原既有道路具備更大安全性，遂封閉原既有道路禁止通行，在改移道路上設置防撞護欄，在洞口上方設置防拋網，杉樹坪淺埋隧道下穿既有省道施工正式完成。

該進洞方案將淺埋隧道下穿既有省道的復合式難點成功分割為淺埋隧道施工和下穿既有省道施工，既保證了S202省道的運行通暢，又保證了將淺埋隧道施工受上方既有道路的干擾降到最低。

3.2 存在的重難點和解決措施

針對以上解決方案，在施工前和施工過程中存在以下重難點。

1）S202省道車流量大，且多為施工和運輸材料的重型車輛，暗洞開挖覆蓋層小于2m，施工風險大，安全隱患大。

解決措施:對于覆蓋層主要有2個風險點:首先，改移道路后，淺埋隧道暗挖的風險；其次，采用改移道路作為永久省道通行對隧道長期荷載的風險。針對這2個風險提出了以下解決措施。

改移道路后，隧道為單一的淺埋暗挖隧道，綜合分析決定在洞口施作套拱，采用30m大管棚進洞，管棚根數33根，使拱頂上方形成承載能力較強的拱形整體。進洞方法采用三臺階短進尺七步開挖法，開挖采用挖機配合破碎錘掘進，嚴禁放炮。開挖遵循短進尺、早支護、勤量測的原則，在開挖斷面布設圍巖沉降、收斂觀測點，并在路面布設沉降觀測點，一旦發現總沉降值或沉降速率超過預警值，需立即停止施工，并查明原因。

針對改移道路作為永久省道通行對隧道長期荷載的風險，在改移道路施工時，路面標高要比既有路面標高高出2m，加厚隧道覆蓋層，并在路面施工時采用工字鋼做成的簡單簡支橋結構，以此承受一部分路面上的車輛荷載，保證改路省道和下穿新建公路隧道的安全運行。同時，二次襯砌原設計采用XS5a下穿原既有路段加強支護，現改為下穿既有路至改移道路均采用XS5a型加強支護。

2）杉樹坪出口隧道設計線間距11.722m，為極小凈距隧道，對中夾巖擾動大。隧道開挖后產生的應力交疊極易導致圍巖坍塌變形，使初期支護和二次襯砌的承受較大的圍巖壓力。同時隧道周邊圍巖可能產生較大的塑性區，從而導致隧道結構被破壞。

解決措施:施工方案按小凈距隧道施工方案執行，隧道支護采用XSa型襯砌支護形式，結構支護較一般段加強，中夾巖采用長系統錨桿加固。隧道開挖時，必須盡可能減小對圍巖的擾動，保證中夾巖和周邊圍巖的穩定性和整體性。

3）左線出口左側有一天然沖溝，拱頂存在節理斷層且含水量大。該沖溝常年流水，極有可能滲入隧道拱頂和邊墻圍巖，給隧道開挖造成極大的障礙。

解決措施:項目部在改移道路正對沖溝和涵洞的地方埋設涵管與既有涵洞連接，再將涵管入口處封堵，使沖溝水由改移道路的路基邊溝排出，在施工過程中保證沖溝的水不會滲入隧道拱頂和邊墻圍巖；在出口段施工完成后，挖開涵管進口封堵施工拱頂排水溝，由原涵洞經拱頂端墻截水溝排出。

4）S202省道車流量較大，改用改移道路后需考慮如何確保運行車輛及下方新建高速公路的安全。

解決措施:改移道路完成后，在隧道一側施工防撞護欄和防撞墻（隧道洞口上方），并安設防拋網，防止墜物掉入新建高速公路。

4 風險評估

原設計方案為初始風險事件，初始風險事件為中、高度風險，屬于不可接受范圍，通過改變設計方案，采取針對性的措施，將風險降低至可接受或可忽略范圍，并在施工過程中采取加強監控量測、細化施工措施、制定降低風險的實施性施工方案，以期最大程度地將風險降低至可接受范圍。

5 施工要點

5.1 三臺階七步開挖法

隧道三臺階七步開挖法是以弧形導坑開挖留核心土為基本模式，分上、中、下3個臺階7個開挖面，各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開、平行推進的隧道施工方法。

三臺階七步開挖法的施工工藝流程如下。

1）上部弧形導坑環向開挖，施作拱部初期支護。

2）中、下臺階左右錯開開挖，施作墻部初期支護。

3）中心預留核心土開挖、隧底開挖，施作隧底初期支護。

每步開挖后均應及時支護，隧底初期支護后應及時施作仰拱，盡早封閉成環。

5.2 地面沉降觀測

因隧道洞口松散，開挖后圍巖難以自穩成拱，地表易沉陷，為了確保洞口段的施工安全，將此項作為必測項目。地表下沉量測在隧道開挖前進行，借以獲得開挖過程中全位移曲線。本隧道地表下沉量測包括洞口段、洞身淺埋段及隧道開挖寬度3～5倍范圍內地表建筑物密集區。淺埋段地表下沉量測斷面布置與拱頂下沉量測及水平凈空變化量測在同一斷面內。洞口段地表下沉在進洞前布置好監測斷面，及時采集數據；洞身淺埋段及洞身地表建筑物密集區在開挖前布置好監測斷面，隧道開挖臨近時開始采集數據，直到襯砌結構封閉，下沉基本停止為止。

6 結語

針對下穿公路的淺埋隧道提出以改路進行交通轉換的方法，將淺埋隧道下穿既有省道的復合式難點成功分割為淺埋隧道施工和下穿既有省道施工，并給出了此段隧道的施工措施與改路的施工措施。目前，該隧道已貫通未通車，經過長期地表沉降監測未發現明顯沉降，地表無裂縫，施工和上方省道運行期間無任何安全質量事故，說明本文提出的施工方案及工藝合理，取得了顯著的經濟價值和社會效益，對以后類似項目的施工提供了重要的參考。