淺埋暗挖隧道下穿高速公路施工技術

陳鵬

（中鐵建大橋工程局集團第五工程有限公司，四川成都610000）

0 引言

近年來，城市建設規模在逐步擴大，尤其是在道路橋梁建設領域的發展。由于當前暗挖隧道下穿公路的建設項目數量越來越多，鐵路隧道下穿公路的淺埋暗挖工程建設也存在著很大的困難，如果工程建設措施不夠，便很容易產生大規模沉降甚至塌方等事件，并帶來了巨大的經濟損失和社會危害，不利于中國社會經濟的可持續發展。榆安1 號隧道位于華北平原北緣，為沖積平原，地形平坦開闊，地勢由西北向東南緩傾。隧道在距村莊西側400m 處，下穿京臺高速公路路基段。京臺高速公路為雙向八車道公路，已于2016年12月建成通車。下穿京臺高速暗挖段覆土厚度8.89～18.12m，交叉角度為84.07o，公路路基高7.12m，寬105m，路面為瀝青混凝土，兩側坡面為六邊形混凝土空心塊護坡。由于穿越段鄰近大禮路橋，屬于高路基，為減少沉降，高路基下進行了CFG 樁地基處理。

1 工程概況

榆安1 號隧道下穿京臺高速公路暗挖段里程為DK33+175—DK33+315，全長140m。其中小里程暗挖工作井DK33+166—DK33+175，長度9m，大里程暗挖工作井DK33+315—DK33+324，長度9m。下穿段采用淺埋暗挖法設計原理，CRD 法施工，襯砌結構采用曲墻拱形結構，復合式襯砌結構類型。以管幕和小導管作為超前支護，噴射混凝土、鋼筋網、鋼架作為初期支護，二次襯砌采用小鋼模拼裝澆筑，三次襯砌采用模筑鋼筋混凝土，在二次襯砌與三次襯砌間設置防水層。

2 工程地質

2.1 地層巖性概況

在開展榆安1 號隧道下穿京臺高速公路暗挖段施工前，首先要針對項目現場的地質環境和巖性特點展開勘查與分析，通過地質勘探結果表明，該區域的地質主要包括人工填土地質和新沉積層地質區域，具體土質成分包括粉質黏土、砂質粉土、黏性粉土以及細砂等成分，具體土質結構和特征如下：

2.1.1 人工填土層：該區域主要包括素填土和雜填土，其中素填土主要呈現黃褐色，土質密度稍大，同時具有一定的濕度，素填土不均勻現象嚴重，一般以粉質黏土和黏性粉土為主，其中含氧化鐵銹斑、植物根莖。另外雜填土的土質結構也具有不均勻現象，其中雜填土具有一定的濕度，呈現雜色狀態，雜填土中含有許多灰渣和碎石，其厚度在0.30～2.10m 之間。

2.1.2 新沉積地層：該區域的土質成分主要以細砂為主，其中細砂呈現黃褐色狀，形狀松軟且具有一定的濕度和密度，細砂中成分主要包括石英和長石等礦物質，砂質較為純凈，通過實際測試保持平均值在14 級左右，其中夾層中也具有粉質黏土和砂質粉土。新沉積地層中黏質粉土和砂質粉土為混合地質，土質呈褐黃色，同時呈現稍密和濕度較大的特點，土質搖振反應適中，并且缺乏光澤和韌性，內部含有一定的氧化鐵元素、植物根莖、蚌殼，特定部分也呈現出粉砂狀態[1]。

2.2 水文地質條件

外業鉆探期間，鉆孔深度20m 范圍內未見地下水。根據在擬建場地附近取得的勘察資料和北京市地下水動態觀測資料綜合分析，近3～5年的最高水位標高約21.0m，歷史最高水位接近地表。

3 工程難點分析

該工程暗挖隧道外頂距離自然地面約為11m；距離穿越處京臺高速路口埋深約為23m，穿越處土質為粉質黏土。

該工程隧道埋深比較淺，覆蓋厚度比較薄，屬于淺埋大跨度隧道，施工中很容易出現冒頂坍塌事故。

隧道下穿高速公路對沉降控制要求較高，保障路面行車安全責任重大。

該工程隧道的地質環境復雜，洞內地質均一性較差，同時成洞施工環節具有較大的難度，容易引發坍塌失穩現象。

CRD 工法的施工工序十分復雜，對技術人員要求較高。加強洞內測量細致程度，結合量測資料，合理調整支護參數。

4 下穿高速公路的施工方法

4.1 大管棚超前支護加固地層

京臺高速公路全省聯網收費系統以及通信光纜的敷設施工在道路中央隔離帶地下0.8m 位置，大棚管施工要求具有較高的精準性，避免損害隧道開挖線，并且也避免偏差＞0.5，因此，可以通過預埋導向管的方式來構建導向拱。大棚管由起拱線進行布設，并保持30cm環向間距，棚管長度26m。導向管設置直徑127mm，管棚長度26m。導向管選擇長2m 和直徑127mm 的鋼管進行焊接，在安裝過程中要結合設計角度進行精準定位[2]。

4.2 CRD 工法分部開挖支護

CRD 法進行隧道洞身開挖，施作中隔壁和臨時仰拱，分左上、左下、右上、右下四部施工，各部開挖支護每5m 為一個循環，依次進行施工。右側上下導坑與左側上下導坑掌子面距離控制在15m 之內。二次襯砌嚴格按照鐵道部總120 號文件要求跟進施作，仰拱二次襯砌每循環施工4m，采用弧形模板整體澆筑，拱墻二次襯砌每循環施作8m，采用小模板整體澆筑。

采取前左邊或后右邊交叉的中隔壁法施工，超挖預留量按5cm 考慮，人工配合機械施工中隔墻和橫隔墻板，均用格柵鋼柱作為臨時支護。每循環進尺為0.5m，在每一位工人開挖后進行施作初期支護和臨時支護，并閉合成環。為減少在導洞下部開挖時，有因拱部一次支撐拱腳懸造成空的傾斜，在一次支撐拱足部位加設鎖腳鋼管固定。而第二次模筑襯砌仰拱采用棧橋法一次對整體進行砌筑，拱墻模筑襯砌是通過較小模具一次成形，襯砌的鋼筋直徑由橫隔墻板鑿孔中穿過。第三次模筑襯砌拱墻襯砌式，待第二次模筑襯砌式滿足設計強度后，拆除中隔壁及橫隔板，采用整體臺車澆筑施工。拆除地段施工機械采用棧橋通行，棧橋長10m[3]。

5 隧道和路面監控量測的方案

5.1 洞內和路面量測點規劃

在隧道和路面監控量測中，量測點的布設是一項重要內容，為了提高量測的準確性，必須重視量測點分布的幾個原則，首先必須結合工程的實際情況和地質環境，合理地確定量測點數量與類型，并且也要融入施工特點和要求等因素，有效地反饋出監測點的工作情況。

在監測點的布設中，還要遵循工程量測設計要求，一般可以設置在不利的區域或者斷面上，依據施工進行測點設計，如果在相同情況的監測點布置中，一般優先選擇最先施工的區域，可以適時地呈現出施工情況，為施工提供指導。對于變形測點表面定位中，首先要考慮監測目標的變形情況，同時也要結合儀器進行有效觀測，起到良好的量測點保護作用。在進行監測點的埋設過程中，也要保障結構不受影響，避免對結構強度和剛度造成減弱。在多個項目的量測環節中，每一個測點的設置必須要充分考慮時間與空間的結合，從而保證監測部位可以直觀地呈現出不同的物理量變化情況，從而準確地找到內部聯系。此外，結合預先設計好的量測點也能夠為后期監測提供可靠支持，保證監測設備持續穩定運行，如果監測點在施工環節受到損壞，那么要及時在原位置上進行量測點布設，保證量測數據的連續性。暗挖段范圍內地表沿隧道方向，每10m 設置一個測量斷面，結合施工現場實際地形，北側布點涵蓋橋臺，南側布點涵蓋到3 倍埋深范圍。橫斷面布點形式：隧道正拱頂地表布點，距隧道中心線兩側0～4m 范圍內，布點間距為2m；距隧道中心線兩側4～12m 范圍內，布點間距為4m；距隧道中心線兩側12m～28m 范圍內，布點間距為8m；由于北側布點應涵蓋橋臺，線路右側28m～52m 范圍內，布點間距為12m；南側布點涵蓋3 倍隧道埋深范圍，因此線路左側28～40m 范圍內，布點間距為12m。高速公路處測點沿路基頂面兩側及路基坡腳處布置，縱斷面共布設11 排點。

5.2 量測頻率和結束標準

5.2.1 量測頻率（見表1）

5.2.2 結束標準

判別標準要充分考慮收斂速度：當收斂速度超過5mm 時，圍巖加劇變化，必須提高前期支護系統；倘若收斂速度小于0.2mm 時，圍巖處于穩定狀態。測量結束實際要在變形穩定后15d，對于變形區域位移一直不穩定的情況，需合理延長量測周期。

5.3 監測數據的統計分析與信息反饋

施工環節監測技術人員在開展監測活動時，必須通過監測記錄繪制水平位移和拱頂沉降隨著實際變化曲線，明確監測變化走向，同時也要對初期的事態曲線進行回歸分析，明確將會發生的變化速率以及最大值。結合開挖面的實際情況，拱頂下沉以及水平位移量的大小和變化速率，充分考慮所有因素，并以此判斷支護和圍巖是否可靠，結合變形登記的管理相關標準為施工提供支持。

6 結語

綜上所述，該項目隧道下穿京臺高速公路暗挖施工中，利用大管棚超前支護加固地層和CRD 工法進行施工，實現了良好的施工效果，不但具備超前支護和注漿嚴謹的施工優勢，同時還具備早封閉、短開挖以及支護效果強等特點，在保障京臺高速正常運營的基礎上，提高施工的安全性，獲得良好的社會效益，滿足社會可持續發展的需求。