浅埋大跨隧道下穿既有公路施工技术

2014-08-15王建林

山东工业技术 2014年19期

王建林

（郑州交通建设投资有限公司, 郑州 450000）

人们对地下的空间利用越来越高，但是，有些地域受到建筑物和地质条件等方面的影响，有些需要开发和利用的地下空间，由于隧道下穿与既有公路过近的问题越来越多，例如在很多山岭隧道和高速铁路都存在隧道下穿等情况，施工时，隧道会下穿既有公路，容易破坏隧道的安全，要使隧道得到稳定的保证，还要保证公路的正常通行，浅埋大跨隧道下穿既有公路施工技术需要得到保证。

1 施工中的风险

受到围岩条件和隧道工程的结构影响，隧道施工时要保持公路正常通行，就要控制好围岩的稳定性和地表的沉降，施工中的风险主要包括以下几点。

（1）软弱围岩浅埋大跨隧道，因为围岩的岩体过于破碎，而且强度不高，缺乏稳定能力，一旦开挖，就无法自然成拱，开挖期间，一定要做到有效前的支护，保证围岩的变形和失稳，防止相邻结构安全受到不良影响[1]。

（2）隧道围岩的开挖会使含水量发生变化，强度下降，需要支护环节的密切配合，对开挖面进行封闭处理，保证施工的安全进行。

（3）围岩的自稳时间不长，缺乏一定的强度，在开挖导致的应力重新分布使围岩稳定性受到明显的影响，可以进行分部开挖，对开挖的空间一定要及时封闭，使围岩强度不会发生大的损伤，利用好围岩自承的能力，可以制订开挖支护的工序和工艺。

（4）分部开挖时，要对临时的支护系统及时的撤换，对同断面进行施工时，因为步骤过多，实现多体系的力学转换，具有很大的施工风险[2]。

（5）相邻的隧道因为相距过小，很容易受到工期的限制，有时需要进行平行作业，而开挖造成的围岩扰动有时会叠加，一定要对隧道施工的工序进行合理的组织，才能减少互相的影响。

（6）隧道区域具有很丰富的降水，而围岩的裂隙也有很强的水敏性，在开挖后会导致应力的重新分布，使开挖的轮廓线围岩出现新裂隙，所以，一定要提高地表降水与隧道积水引排工作，保证围岩不会被长期浸泡导致强度的下降[3]。

（7）隧道浅埋下穿既有公路时，隧道的埋深会两倍于开挖的跨度，而公路上车辆的行驶会影响结构的稳定性，所以，施工时一定要考虑好车辆对围冉稳定性影响的因素。

2 浅埋大跨隧道下穿既有公路的施工技术

从浅埋大跨隧道下穿既有公路危险因素分析，选择施工方法和具体实施时就要控制好施工的风险，施工的重点有以下几点。

（1）做好超前的支护，使围岩自稳能力加强。以分部开挖的方法，对围岩一定要及时封闭成环，使围岩自承的能力得到提高。适当组织好施工的工序，避免相邻隧道在施工中互相受到影响，同时，要做好排水的措施，使围岩承载能力得到保护。还要防止开挖中堆积土体被破坏、扰动，做好辅助的措施，例如：增加抗滑桩。要控制好地表的沉降，保证公路的顺利通行，保证相邻结构安全。

（2）超前支护的措施有超前管棚和小导管注浆、掌子面的临时支护拱超前注浆导管。一般超前管棚和小导管注浆应用于洞口的浅埋段，掌子面临时支护应用于下穿公路段超前支护中，在下穿公路段采用超前支护的措施有大管棚和长管棚下设双层小导管双液注浆及临时超前的注浆导管[4]。

超前管棚的结果：以φ108×6的热轧无缝钢管完成超前管棚，而长度要控制在32m，管棚拱部为140°内，中心离开挖的轮郭线距离35m。一般管棚环向的间距为50cm，把外插角设计在1-2°，施工时要控制好5-10°以内。

管棚的安装：围岩过于软弱，容易破碎，所以，进行管棚安装时环节在于成孔和塌孔的处理，做好节段的拼装和安装、注浆。以全液压水平钻机完成平移与升降，以有线导向仪完成导向的精度控制，使终孔的偏差控制到25cm内，避免对围岩造成过大的扰动。要控制好钻进的速度，低速钻进。要保证管棚偏角，要考虑好钻杆和钻头的自重，钻时时要注意下垂，按照实际施工加大偏角，将管棚前端进行锥形的加工，方便安装与顶进。一般管棚接头位置是受力最薄弱点，顶时之前，把钢管节进行设计长度的搭配并及时记录，使隧道纵向断面的接头少于50%，通过节段长度的调整，保证钢管接头错开1m，按照钢管节逐渐顶进。注浆前，也要做好现场的注浆试验，按照实践及时调整好注浆的参数，由滤网到注浆泵，再注入钢管，一旦注浆结束，就要以M5的水泥砂浆进行钢管的充填，使管棚强度得到提高[5]。

（3）开挖和支护。开挖和支护重点在于双侧壁导坑的工序，要控制好弱爆破和临时支护的封闭。

双侧壁导坑法进行开挖的工序安排，控制左右线的隧道间距在30m，要保证工期顺利完成，就要以平行作业的方式，开挖断面大和左右洞，以双侧壁导坑的方式开挖，右线和左导开始，左线和右导先行，对相邻掌子面要错开15m以上的距离。在单洞的左侧和右侧要错开15m，而拱部的开挖支护要低于侧壁导坑的5m，在中部核心土控制两侧壁仰拱的混凝土封闭，最后仰拱混凝土的5m进行开挖，再挖中、下部的仰拱，对中部封闭的仰拱混凝土作为循环形式，完成侧壁导坑的开挖。

3 大跨隧道下穿既有公路的施工措施

（1）围岩爆破的控制措施。爆破会对围岩造成极大的扰动，这与爆破导致振动及速度有着很大的关系，如果围岩振动的速度低于12cm/s，就不会过于影响围岩，大量实践证明，爆破时对围岩的振动受到围岩的条件及爆源的距离、炸药装药实际情况及炸药类型、爆破的顺序等有直接关系。所以，要降低爆破对围岩造在的扰动，使围岩自承的能力得到保护，可见，一定要控制好爆破的参数，以微震控制来进行爆破。可以根据浅、密方式进行炮眼的布置，对单眼装药的量进行控制，保持有限装药量可以均匀分布于爆破的体内。以微差进行爆破，可以降低爆破与地震的强度，要控制好爆破振动的速度，可以设定循环进尺1.5m，质点振动的速度可以控制于3cm/s，以实现减震的目的，开挖断面周边眼间可以设置以42为半径空眼。

（2）支护体系临时拱措施。工程施工时对开挖区要及时进行封闭，使支护体系保持环形避免围岩出现变形。所以，一旦开挖完成就要立好拱架，核心侧做好超前的锚杆与喷混凝土及架立好临时的仰拱，从而封闭成环。使大跨径的隧道保持扁平拱形的结构，而开挖后应力重的分布会变不利，导致拱脚的应力过大，要求基础承载力高。而洞口围岩受到强风化的影响，缺乏必要的强度，很容易遇到水后发生软化，所以一定要以1m×1m的混凝土进行垫块。

（3）隧道边缘地表的硬化措施。地表预加固注浆结束后，对大跨隧道边缘 10m范围的地表进行硬化处理，以防止地表水下渗，隔断地下水的补给途径。由于穿越施工扰动及预加固浆体的固结作用，土体沉降量会进一步加大，应实施补偿性注浆对地层中的孔隙进行修补、封闭。隧洞成拱后，由于超挖、土体固结、浆液收缩等多种因素共同作用，地层土体沉降仍然会持续发展，此阶段应根据房屋沉降情况连续进行补偿抬升注浆，直至地层沉降稳定，能够有效控制地表沉降。