淺埋暗挖大斷面隧道下穿高速公路的施工技術

崔廣振

中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北 涿州 072750

淺埋暗挖隧道施工中，除去地層本身的物理力學性質，隧道到地表距離H、隧道與既有建筑物夾角θ等因素是引起既有建（構）筑物和地層變形的重要影響因素[1]。淺埋暗挖施工前，有效的地層加固和隔離措施是保證施工安全和既有建（構）筑物穩定的必要措施。超前帷幕注漿、大管棚雙重預加固、超前小導管等預加固措施有利于開挖變形的控制[2]。同時，淺埋暗挖施工時，單側壁導坑法、雙側壁導坑法、三臺階加臨時仰拱法、上下臺階加臨時仰拱法、上下臺階留核心土法等的比選十分重要[3]。施工中，需以控制地層變形為核心，選擇適宜的掘進參數，并配合隧道初支背后回填注漿、建筑物變形補償注漿、隧道堵水注漿等控制地層變形的措施[4]。

大斷面淺埋隧道下穿高速公路路基時，需嚴格控制隧道開挖導致的既有路基變形[5]。本文結合依托工程的地層特征，詳細分析了雙側壁導坑法在大斷面淺埋隧道下穿既有高速公路路基中的施工應用，可為類似工程提供參考。

1 工程背景

1.1 項目概況

長春地鐵1號線出入段線暗挖區間下穿繞城高速公路，出入段線隧道結構頂距離高速路面最近處僅4.3 m，暗挖區間與公路夾角約為100°，繞城高速公路路面寬約24 m，中央分隔帶寬約1.9 m，兩側邊坡長約11 m。區間隧道為橢圓形，高9.36 m，寬12.2 m。暗挖區間采用雙側壁導坑法施工，襯砌形式是復合式襯砌，采用φ400 mm管棚和DN32小導管注漿進行超前加固，初期支護的形式是C20網噴混凝土和格柵鋼架，二次襯砌采用C40模筑鋼筋混凝土。暗挖區間與高速公路平面位置關系如圖1所示。

圖1 繞城高速公路與出入段線隧道平面位置關系

1.2 工程地質

場區地層由第四系全新統人工填土層、第四系中更新統沖洪積黏性土和砂土、白堊紀泥巖組成，其地層物理力學參數如表1所示。

表1 出入段線隧道地層物理力學參數

1.3 工程重難點

結合本項目的特點發現：出入段線隧道埋深淺，隧道頂部覆土僅4.3 m，雙線隧道斷面跨度大，施工中容易造成頂部坍塌等施工風險。軌道交通隧道施工下穿正常運營的繞城高速公路路基，由于高速公路運行車速快，故對隧道施工引起的沉降控制要求高。隧道采用雙側壁導坑法施工，工序煩雜，工藝要求高，且存在群洞效應。施工時需做好地面及洞內地層和結構變形的監測工作，根據監測數據，實時調整優化支護和開挖參數。

2 大斷面淺埋暗挖隧道下穿高速公路施工技術

2.1 超前大管棚及其加強措施

出入段線隧道下穿繞城高速公路前，先進行超前大管棚施工，管棚采用φ400 mm鋼管，間距500 mm。其形成的管幕對暗挖區間下穿繞城高速公路段土體進行加固處理，管幕布置在拱部150°范圍內，鋼管長100 m，如圖2所示。

圖2 隧道鋼管幕與初支結構示意

管內注漿采用M25水泥砂漿，當出漿口流出漿液后，關上閥門加壓至0.8 MPa。靜待漿液固結，然后進行二次注漿，即將一端鋼管端頭部位割開，使管內水流出，自行流出不便時采用抽出的方式。然后進行填充注漿，可加入適量的膨脹劑，注意對注漿效果的檢驗。檢驗時推薦采用割開管頭部位的方式進行。

2.2 雙排導管注漿加固

管棚采用φ400 mm的熱軋鋼管，壁厚10 mm，環向間距500 mm，鋼管內灌注水泥砂漿，管棚間采用雙排小導管進行注漿，每榀格柵打設1排，導管選用DN32水煤氣管，壁厚3.25 mm，第1排長度2.5 m，角度向上10°～15°，第2排長度3.0 m，角度向上30°～45°。注漿漿液采用水泥漿＋水玻璃雙液漿，漿液配比1∶1，水泥漿配合比為1∶0.5，水玻璃稀釋至25～35°Bé。

2.3 雙側壁導坑法開挖支護

為解決淺埋、偏壓隧道開挖的安全性問題，采用雙側壁導坑法。采用雙側壁導坑法將大斷面分割為多個小洞室，與其他施工方法相比，該法減小了每次開挖后土體的臨空面，導洞單獨成環，控制各個局部封閉成環時間，控制早期沉降，使每道工序受力體系完整，最終達到結構受力均勻、變形小的效果。

2.4 施工工序

雙側壁導坑法的具體步驟是：在斷面施做拱部超前小導管注漿→施做上導坑超前小導管注漿→按順序開挖1、2號洞室，同時完成初支，鎖腳錨桿，其中的縱向開挖步距不小于15 m→采用臺階法開挖5號洞室→開挖6號洞室，施做初期支護→分段割除下部部分臨時中隔壁→每榀進行換撐找平，施作防水層，最后施作A部底板以及部分邊墻二襯，將臨時中隔壁回撐至結構底板→施作B部邊墻二次襯砌→架設臨時支撐，分段破除中部臨時中隔壁，施作C部二次襯砌。

2.5 施工要點總結

對進洞第1榀格柵和豎井井壁初支的連接質量進行嚴格管控，關注豎井的加強格柵和隧道的第1榀格柵形成的受力體系。每個導洞掌子面預留核心土，消除掌子面的應力松弛現象。采用人工輔以小型工具開挖，循環進尺0.5 m，每個導洞間均錯開一定的安全步距，上下導洞開挖步距不宜小于15 m，左右導洞步距不宜小于30 m。在整洞貫通、初期支護封閉成環后，結合監測數據拆除臨時支撐，盡快施作二次襯砌。工序轉換階段是最危險的時間段，增大初期支護的強度是確保施工安全的關鍵。

2.6 地層變形控制措施

1）掌子面注漿加固。為確保掌子面開挖時的穩定，開挖前，在掌子面拱部打設超前小導管。注漿管采用DN32水煤氣管，壁厚3.25 mm，長2.0 m，間距400 mm，梅花形布設，注漿漿液選用水泥漿。

2）鎖腳錨管加固。導洞施工時，在每榀格柵的節點處打設2根注漿錨管。錨管選用DN32水煤氣管，壁厚3.25 mm，長3.0 m，外插角向下40°～45°，注漿漿液選用水泥漿。

3）背后回填注漿。初期支護時，拱頂及側壁預埋DN32水煤氣管，壁厚3.25 mm，長1.0 m，環向間距3.0 m，縱向間距3.0 m，呈梅花形布設，必要時間距加密。初期支護閉合成環一定長度后，即對初支背后進行回填注漿，注漿漿液選用水泥漿。

4）換撐加密。工序轉換階段是沉降最明顯且風險最大的階段，雙側壁導坑在施作仰拱襯砌時，換撐的頻率需加密，層間的空隙用砂漿填充密實。

3 洞內及既有高速公路變形監測方案

3.1 洞內監測

收斂點布設：每導洞設置區間水平收斂點1排，每隔5 m布設1個監測斷面，剖面布置如圖3所示。在測點埋設完成后對初始數據進行監測驗收，每條測線重復測量3次取平均值作為初始值。

圖3 斷面監控量測示意

3.2 高速路面監測

高速路地表沉降監測采用水準儀配鋼尺測量和全站儀配棱鏡測量。一般監測頻率為1次/d，當沉降速率過大時，加強監測，并根據實際變形情況及時調整施工方案。

繞城高速路北側監測點為φ22 mm螺紋鋼，長2 m，埋深1.9 m，外露0.1 m，共計7根。利用天寶DINI03電子水準儀進行測量。

繞城高速路綠化帶及南側監測點為監測棱鏡，用直流沖擊鉆在路緣石上打設深0.05 m孔，放入膨脹螺栓固定好監測棱鏡，共13個監測棱鏡。

監測的數據及時進行分析處理和信息反饋，確保環城高速公路的穩定和安全。若發現異常現象，立即復測核實，明確無誤后及時報送監理、第三方監測及建設單位，發出警戒報告，分析原因，并立即采取相應措施。繞城高速的路面累計沉降如圖4所示。

圖4 繞城高速路面累計沉降曲線

通過沉降曲線可以發現，隧道開挖引起掘進方向近側高速公路路面沉降最大（監測斷面2），其最大沉降值為37 mm。隨著隧道開挖，大斷面暗挖隧道引起了高速公路路面的局部隆起現象，在監測斷面3，其隆起的最大值為1.2 mm。在監測斷面4，最大累計隆起值達到了7 mm。

4 結語

淺埋暗挖法越來越成熟。長春地鐵1號線出入段線暗挖區間下穿繞城高速，隧道跨度大、埋深淺，施工難度大，地層變形控制要求高。本文重點分析總結了地層變形控制措施，并介紹了開挖引起地層變形的實時監測方案。通過沉降曲線可以發現，隧道開挖引起掘進方向近側高速公路路面沉降最大（監測斷面2），其最大沉降值為37 mm。隨著隧道開挖，大斷面暗挖隧道引起了高速公路路面的局部隆起現象，最大累計隆起值達到了7 mm。