淺埋市政隧道下穿快速路施工沉降探究

摘要 施工沉降是下穿隧道工程面臨的主要風險，為提升隧道下穿安全性，加強施工沉降控制，文章結合某淺埋市政隧道工程，對隧道結構下穿城市快速路的施工沉降問題展開研究，以明確沉降原因，完善施工設計，嚴格應用各項施工技術要點，控制沉降風險，降低下穿施工的沉降概率，保障淺埋市政隧道的建設質量。

關鍵詞 市政隧道；下穿；快速路；施工沉降

中圖分類號 U455.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）16-0031-03

0 引言

城市化發展中，市政隧道連接城市內各區域，成為城市交通運輸重要結構。在持續開發利用地下隧道時，淺埋隧道數量逐漸增加，與既有快速路、公路線路相交，隧道下穿時的沉降變形風險突出。對此，應加強隧道下穿快速路時的現場施工監測、沉降檢測，預防、治理施工沉降病害，保障市政隧道下穿施工質量。

1 項目概況

某雙線淺埋市政隧道，雙線間距5.6 m，全長359 m，隧道設計縱坡的坡度為5%，線路高程為256.31～258.99 m。隧道沿線近距離下穿城市快速路，洞頂、快速路路面最小垂直距離為4 m，開挖空間最大高度為13.65 m，寬度為14.21 m，屬于大斷面淺埋隧道下穿工程。

（1）北側線路管幕、主體結構暗挖里程為K1+920～k2+0.26，長度為101 m；隧道始發井、接收井分別布設在K1+907～k0+921和K2+026～k2+0.35；暗埋區段里程為K2+0.38～k2+035、K1+910～k1+917。

（2）南側線路管幕、主體結構暗挖里程為K1+180～k1+285，長度為101 m；隧道始發井、接收井分別布設在K1+196～k1+220和K1+170～k1+182；暗埋區段里程為K1+160～k1+169、K1+300～k1+306。

（3）雙線行車通道設計速度為50 km/h，雙向四車道，寬度為18 m，高度為10 m。

2 淺埋市政隧道下穿快速路施工沉降問題

通過分析淺埋隧道下穿既有公路類似項目的最大沉降值，結果表明該類工程施工沉降風險大，需通過超前支護、工藝優化等方式預防路面沉降。同類隧道工程下穿既有公路路面沉降的統計數據，如表1所示。

在對超淺埋隧道施工過渡段處理不到位時，既有公路橋梁將會發生不均勻沉降，造成嚴重危害。（1）快速路路基結構受到擾動、穩定性降低，承載力無法滿足預期要求；車輛長期碾壓造成路面變形，出現“中間低、兩側高”的情況，影響通行安全[1]。（2）施工沉降問題同樣會導致快速路基臺下降，路面出現縫隙、積水、沉降不均勻等問題，車輛通行會有顛簸感，從而造成道路質量、安全性能下降。

3 淺埋市政隧道下穿快速路施工沉降原因

（1）地質濕陷性問題。地質濕陷性是造成沉降的主要原因，當淺埋市政隧道下穿區域地質條件復雜、地層表面土壤穩定性差時，在外力作用下既有快速路將會出現沉降問題。

（2）隧道埋深過淺。隧道掩埋較淺時，土層厚度不足，結構承載力減弱，路面施工沉降風險大。

（3）開挖面積過大。開挖隧道斷層面時，隧道深度、跨度較大，開挖面積大，施工層結構不穩定，產生沉降問題[2]。

4 淺埋市政隧道下穿快速路施工沉降控制

4.1 結構設計

項目下穿區域地質條件復雜，包含粉土、細砂、紫紅色黏土礦物。其中，粉土分布較多，局部區域缺失，層厚為0.5～3 m，包含淤泥質粉土、灰褐色粉粒；細砂中的局部為粉砂土，濕度大，松散，層厚為0.4～2.5 m；紫紅色黏土礦物呈散狀、塊狀結構，中風化巖石，厚度為10 m，RQD值為20%～70%。

（1）基于項目地質條件，結構抗滲等級設計為P8，設計荷載為城-A級道路標準，主線最大縱坡5%，橫坡1.5%，匝道6%，抗震標準為7度設防，縱斷面設計如表2所示。

（2）隧道結構采用全斷面雙箱框架結構，現澆C40混凝土。引道區域則根據結構埋設深度，設計U形槽、擋土墻，以優化隧道下穿受力結構[3]，其中U形槽為懸臂C40鋼筋混凝土現澆結構，擋土墻為C30鋼筋混凝土結構。

（3）隧道框架、底板鋪裝8 cm復合鋼筋混凝土、10 cm瀝青面層，復合鋼筋混凝土性能指標應符合要求，如表3所示。

4.2 支護設計

（1）隧道基坑邊坡超前支護。對于淺埋下穿隧道，最大挖深lt;6 m時，通過“放坡+掛網噴錨”的方式進行超前支護，放坡坡率為1：0.73。最大挖深gt;6 m時，設置錨桿索、噴射混凝土，支護隧道基坑結構，6 m以下的放坡坡率為1：0.73，6 m以上的放坡坡率為1：1。

（2）下穿土方溝槽噴錨支護。1）放坡坡率分為兩級，與隧道基坑邊坡支護坡率相同；施工前應準確計算溝槽底標高，確定錨桿支護深度，明確鋼筋網片、錨桿、加強筋位置。2）錨桿布設前鉆孔，孔徑（直徑）為80 mm，入射角15°；鉆桿壁厚3 mm，為48 mm鋼管，縱橫距離為1 m，砂土層鉆桿間距、長度可適當增加。3）支護錨桿呈矩形設置，端部3 m范圍內鉆眼灌漿，鉆眼間距為0.5 m，水灰比0.43，灌漿壓力為0.2～0.65 MPa。

4.3 明挖施工

（1）隧道明挖前，結合該項目工況，回填降水井，回填材料為碎石，封口處設2 cm厚的800 mm×800 mm矩形鋼板，以預防路面、上方構造物沉降。

（2）明挖區域，暗埋段設鋼筋混凝土內支撐、鉆孔灌注樁支護。敞開區域支護結構為鋼筋混凝土內支撐+SMW工法，主體支撐結構為鋼筋混凝土結構[4]。1）鉆孔灌注樁應用旋挖機鉆孔，灌注漿為水下混凝土。2）SMW工法則是配合攪拌機，將42.5級水泥攪拌成樁，其主要技術參數如表4所示。

（3）隧道基坑上部土石方采用挖掘機，下部實施“行走式龍門吊提升+挖掘機”。明挖區域鉆孔灌注樁支護結構為超前支護，鋼管內支撐為“隨挖隨撐”支護，沿縱坡接力開挖，成形后澆筑頂板混凝土，壓實處理。1）布設圍護結構，澆筑基坑冠梁，結構強度符合要求后開挖溝槽，設置首道支撐。2）開挖溝槽，架設第二道支撐結構。3）開挖至基底，布設混凝土墊層，澆筑混凝土，混凝土強度等級gt;70%后，拆除第二道支撐結構。

（4）回填基坑土方，填料為級配砂礫石，以提升基坑強度、穩定性。人工+裝載機攤鋪30 cm后，回填兩側，夯實、靜壓。夯擊設備為1～3 t打夯機，距頂板50 cm處使用壓路機靜壓，其他區域則用自卸汽車上土，使用振動壓路機碾壓，壓實度gt;80%。

4.4 船槽施工

該項目中隧道下穿過渡段為船槽結構，為預防施工沉降，船槽側墻、頂板應采用一次性構筑工藝。

（1）測量放線，確認頂板、底板、側墻高程、中線，以及框架、側墻斷面凈寬。安裝側墻筋，側墻筋與底板預埋件應錯位焊接，設保護層，保護層厚度為40 mm～50 cm[5]。沉降縫安裝止水帶。

（2）采用滿堂支架搭設頂板、側墻模板，如圖1所示。支架為碗扣式，下墊枕木，頂部、側端設置可調頂托，施工期間隨時調整標高。頂托槽內應設置方木，間距為20 cm。縱橫撐桿與碗扣緊密連接，縱橫向撐桿距離60 cm。最后設置剪刀撐，維持支架穩定性。

（3）安裝施工。頂板、側墻模板應分塊安裝，縱橫向模板接縫應相互垂直，縫隙密實、表面平整。可用雙面膠填塞，確保模板間密封密實度，預防漏漿。拼裝過程中，應用可調頂托頂緊方木。側墻模板為組合鋼模板，可用對拉組水螺栓連接，扣件應鎖緊縱橫縫。

4.5 下穿工程

下穿工程實施“管幕工藝”，技術原理是頂埋大直徑鋼管，使隧道結構內部形成鋼管圈，分區域切割鋼管，澆筑混凝土襯砌隧道側壁，提升隧道整體強度。開挖始發井、接收井后，實施頂管施工。始發井安裝管節，使用頂推機頂入，頂出位置為接收井的預留區域，鋼管直徑2.3 m，兩排設30 mm壁厚鋼管，頂部、底部均預埋鋼管，以確保結構穩定性。

（1）地面一次性注漿，注漿工藝為滲透注漿，漿液為超細水泥漿，水灰比1：1，注漿孔為梅花形，孔距1.5 m，擴散半徑為1 m，注漿壓力控制為0.35 MPa。

（2）修筑下穿工作井主體結構，搭設管棚，管棚規格為180@300 mm，直徑為2 m，管間焊接，形成管排后，設支撐柱。頂管壓力計算公式為F0=π×D×f×k+N×F=π×2×106×7+π×1×1×18×13.2=5 408 kN，其中，f為管道外壁和土層平均摩阻力（kN/m2）[6]。最后，綁扎鋼筋，澆筑混凝土，每次澆筑長度為4～8 m，減少施工循環。

（3）首次循環施工結束后進行帷幕注漿。注漿前掛網噴漿封閉掌子面，全斷面帷幕注漿。注漿長度為15 m，開挖12 m，注漿搭接3 m，擴散半徑為0.7 m，孔間距為0.8 m。注漿孔設有201個，孔徑為108 mm，終孔直徑為90 mm，孔口管為無縫鋼管，鋼管規格為100×5 mm，長度為2.5 m。采用錨固劑埋設孔口管，管間焊接止漿閥。

注漿材料為1：1水泥漿、1：0.8超細水泥+水玻璃漿液，注漿壓力為1.8～2 MPa。帷幕注漿加固范圍較大，可覆蓋隧道開挖輪廓線外3 m，以形成止水帷幕，起到加固土層、巖體的作用。注漿工藝為后退式注漿，一體化注漿；巖層較為分散的區域，為預防塌孔，可實施前進式注漿工藝。鉆孔、注漿時應自外向內、先下后上進行鉆注，沿孔邊注漿，注漿過程中應縮短間歇時間，鉆孔、注漿作業應前后進行，空孔暴露時間不宜過長。

4.6 沉降監測

施工過程中，應結合隧道下穿既有快速路的特殊性，記錄淺埋段地表、隧道拱頂、周圍構筑物的沉降數據，觀測施工沉降值，最大沉降量應lt;30 mm，沉降速率為1 mm/d。

（1）淺埋段。下穿區域設18個監測測點，記錄各時段隧道淺埋段下沉數據。項目開挖環節，地表施工沉降速度快，約5 mm/d；15 d后，地表沉降變形數據穩定，沉降速率為0.89 mm/d，符合要求值，最大沉降量lt;18 mm，后期沉降量lt;10 mm。

（2）隧道拱頂。設16個測點，觀察拱頂下沉情況，記錄沉降數據。隧道開挖后，兩側土壓力增加，城市快速路車輛荷載較大，隧道拱頂監測數據顯示，1#、2#、7#測點處沉降數據出現變化，沉降變形較大，最大沉降值為25 mm；隧道拱頂支護、澆筑、頂管經施工處理后，最大沉降量為12 mm，符合標準控制值30 mm，滿足拱頂下沉要求。

（3）周邊構筑物位移、沉降變形。隧道開挖后，周邊構筑物位移、沉降變形的風險大，后期趨于穩定，向內收斂，最大變形為16 mm，最大位移為21 mm，均符合標準要求。

5 結語

綜上所述，淺埋隧道下穿快速路的施工沉降問題會影響快速路、隧道結構的穩定性，導致通行安全風險大。因此，應加強淺埋隧道下穿施工的沉降控制，針對沉降風險誘因，采取相應的預防措施，規范淺埋隧道下穿工藝流程，使隧道下穿整體效果符合城市交通設施建設要求，安全性能完善，為我國城市經濟發展提供助力。

參考文獻

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[5]王美霞，趙鳳凱.新建隧道超小凈距下穿既有隧道施工沉降規律研究[J].黑龍江交通科技，2020（8）：169-170.

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