浅埋铁路隧道下穿高速公路施工沉降研究

2012-08-15曹美俊

山西建筑 2012年5期

曹美俊

随着我国人口的不断增多以及城市之间联系的进一步深化，社会对交通运输的要求也在逐渐的提高，铁路作为我国轨道运输的重要组成部分，承担着连接我国不同省、市、地区的重要任务，加大我国铁路的建设力度，提高我国铁路行业的运输能力，对促进我国交通运输行业的发展有着重要的作用。

1 防止浅埋铁路隧道施工沉降的重要性

在铁路工程施工的过程中，常常会遇到地质条件较为复杂的区域，为了降低铁路工程的施工难度，控制工程的造价，需要采用修建隧道的方法来确保工程的顺利进行。由于隧道的修建属于负高空作业，因此施工的难度较大，对工程质量的要求也有着明显的提高。尤其是在工程建设位置的地表存在有建筑物时，如何防止工程建设对地表建筑物产生的影响，是铁路隧道施工的关键。在浅埋铁路隧道施工的过程中，常常会出现需要下穿高速公路等地表建筑的状况，如何在确保工程顺利实施的条件下，降低隧道建设对高速公路造成的不利影响，防止高速公路发生沉降，确保高速公路的正常通车，是浅埋铁路隧道施工的关键。

浅埋铁路隧道对工程的防沉降技术的要求较高，特别是在地表存在有建筑物的前提下，如何有效的降低施工过程中产生的地表沉降，是保证地表建筑物安全的基础。由于浅埋铁路的埋深较浅，因此其上部结构的稳定性与支撑能力均要弱于传统的隧道结构，大大提高了浅埋隧道在建设施工的过程中发生沉降的可能性。一旦隧道发生沉降，不仅会威胁到隧道工程的正常施工，也会对地面的建筑造成严重的影响。如果在浅埋隧道下穿高速公路的过程中发生施工沉降，将会严重损坏高速公路的路基，使高速公路提早出现病害，缩短高速公路的使用寿命，降低高速公路的行车安全。因此，加强浅埋铁路隧道施工过程对地表沉降的防治力度，将隧道的施工过程对周边环境的影响控制在最低限度，对确保我国交通行业的快速稳步发展有着重要的作用。

2 导致浅埋铁路隧道施工沉降的主要因素

2.1 铁路隧道的开挖面积

隧道的开挖面积在很大程度上决定了隧道需要支护的数量与密度。随着隧道开挖面积的增大，隧道上部结构需要的支撑数量也会不断增多。当隧道横截面的宽度扩大时，隧道顶部结构的质量也会相应提升，而构成隧道的岩体或土体本身的强度有限，对上部提供的支撑力在达到一定程度后便很难有所提高。例如，在黄土地带进行施工时，隧道的跨度一旦超过8 m，其上部结构便很难保持自稳，加之隧道上部高速公路对地表造成的压力，进一步降低了土体维持自稳的临界值，提高了工程对防沉降技术的要求。

2.2 施工地点土壤岩性的影响

隧道施工地点的地质岩性决定了土体的强度和稳定性，当施工地点的土壤强度较高、岩体稳定性较好时，隧道上部结构对支护的要求相对较低，反之，隧道施工地点的土质为软土或湿陷性黄土，则会大大提高施工的难度。此外，地层覆盖的厚度和整体性决定了地层抵抗外界扰动的能力，在上部地层的整体性差、厚度低的地区进行施工，很容易造成土体潜在应力的释放，令围岩因失稳发生塌陷，给隧道的施工和地表的建筑造成严重的损害。

2.3 地下水的影响

地下水含量丰富的地区，土壤的含水量也要明显高于正常地区，使其突然发生软化，湿陷性提高，此外，在地下水的浸泡、冲蚀与溶解作用下，会进一步弱化土体之间的结合力，使土体失稳，发生坍落。即使排干地层内部的水分，也很容易导致原有的土体在失水的情况下内部应力发生变化，使土壤收缩干裂，降低上部结构的稳定程度。同时，隧道地基的承载能力不足也是造成隧道沉降的重要因素，土壤含水量较高的地区，地基更容易发生不均匀沉降，提高施工沉降发生的可能性。

2.4 高速公路行车的影响

高速公路在重力和自身质量的作用下，会对下方的土壤施加一定的压力，一旦压力超过土壤的最大承载能力，便会导致土壤发生沉降。除了高速公路的自重，路面行车也会间接的给土体带来压力，特别是大型车辆行驶时，对下部的土壤造成的压力会在短时间内迅速增大，因此，高速公路的车辆行驶对施工沉降的影响力也是不可忽视的。

2.5 施工因素的影响

浅埋铁路隧道施工期间的支护质量对减小施工沉降有着决定性的影响，尤其是在浅埋隧道施工的过程中，先期的支护对隧道沉降的预防起到了至关重要的作用，具体包括支护的类型、结构、选材、使用时间以及加装支护的手段等。此外，施工过程采用的方法也会在一定程度上影响隧道发生沉降的可能性。一旦施工方案设计不当，便会给工程的施工带来严重的负面影响。

3 控制浅埋铁路隧道施工沉降的有效措施

3.1 工程施工前期的沉降预防措施

3.1.1 加强工程施工前期地质勘测的力度

加大工程施工前期地质勘测的力度，可以为施工计划的拟定提供充足的依据，使施工单位能够详细的了解工程所在地的地质状况、土壤岩性、地下水的分布状况，以及高速公路路基的情况等，从而了解施工过程中的重点与难点，并有针对性的制定出科学的方法与控制措施，为降低浅埋铁路隧道的施工沉降打下良好的基础。所以，在浅埋铁路隧道施工的前期，应当重点做好工程所在地的地质勘测工作，掌握隧道施工段的各种参数，并着重对隧道与公路交叉的位置进行勘测，包括公路的路基与边坡的土质和构造、路基的稳定性、路面是否发生不均匀沉降现象等，从而为后期的施工计划的拟定以及施工过程中的沉降监控提供充足的数据。

3.1.2 详细了解高速公路与铁路隧道的关系

由于高速公路本身的性质以及车辆的运行均会对浅埋铁路隧道的施工沉降造成一定的影响，因此，详细的了解高速公路的施工状况与行车特点，对制定科学的施工计划有着重要的意义。同时，高速公路与浅埋铁路隧道之间的关系也是需要了解的重点之一。只有掌握了高速公路的实际情况，才能够了解浅埋铁路隧道在施工的过程中将面临何种程度的压力，应当采取怎样的支护与加固手段，从而保证工程施工的顺利进行。

3.2 工程施工过程中的沉降预防措施

3.2.1 合理处置施工地点的地下水

铁路隧道施工地点的地下水会对当地的土质产生不良影响，降低土壤的承载能力，提高工程的施工难度。因此，在架设支护之前，应当合理的处理施工地段的地下水，防止地下水的渗透对施工过程产生不利影响。为了防止因地下水导致的沉陷发生，需要对施工地点进行排水处理，并在施工场所开挖排水沟，确保地下水能够顺利流出，保证施工场地的干燥，避免围岩被地下水浸泡而发生软化。

3.2.2 对隧道进行超前支护

对浅埋铁路隧道进行施工时，对隧道进行超前支护能够在沉降发生之前对隧道的周边进行加固，能够有效的防止沉降现象的产生。特别是在围岩自稳能力不强的地区施工时，如果缺少超前支护对隧道的支撑，将很容易发生沉降甚至塌方事故。使用导管对隧道的土体进行注浆加固作为正式施工前的超前支护手段，可以将松散的岩体进行固结，达到强化开挖面、增强围岩稳定性与承载能力的目的。在进行注浆的同时搭配大管棚超前支护技术，可以进一步的稳定隧道的围岩，加强隧道的抗沉降能力。

3.2.3 选择合理的开挖方式

在对下穿高速公路的浅埋铁路隧道进行施工的过程中，为了保证隧道基础的稳固，需要采用短台阶人工小步距的开挖方式，按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的思路进行施工，在开挖的同时做好配套的初期支护工作，减少工程施工过程中出现沉降的可能性。而在浅埋铁路隧道施工时，难免会遇到需要采用爆破手段配合开挖的地段，此时应当适当的压缩爆破的规模，采用小药量、弱震动的方式进行爆破，尽可能的减小爆破过程对隧道产生的冲击力，维持隧道围岩结构的稳定。

3.2.4 做好隧道的支护工作

浅埋铁路隧道对沉降的抵抗能力较低，加之隧道需要下穿高速公路，因此更加提高隧道支护工作的难度，在隧道施工的过程中，应当重点加强高速公路下方隧道的支护工作，在增加支护数量的同时，科学的选择支护的种类，合理的规划支护的结构，并在隧道开挖的过程中及时对隧道周边的岩土进行注浆或喷淋混凝土浆，达到提高隧道围岩自稳能力的目的，有效的防止了施工沉降的发生。