浅埋暗挖法隧道施工技术及其地面沉降控制

吕毅 谢谊 朱先学

摘要:软弱围岩下浅埋铁路隧道，近距离穿越高速公路时采用大管棚超前支护以及选用双侧壁导坑法开挖对路面及隧道拱顶的沉降，都起到了很好的控制作用,而且隧道拱顶沉降和水平收敛位移受隧道纵向开挖空间效应和覆盖层厚度的影响相当大。简要的介绍了防止浅埋铁路隧道施工沉降的重要性以及导致浅埋铁路隧道施工沉降的主要因素，并提出了控制浅埋铁路隧道施工沉降的有效措施，以期在确保铁路正常通行的前提下保证高速公路的行车安全。

关键词：施工沉降、稳定、下穿高速公路、双侧壁导坑法、数值分析、沉降

中图分类号：U238文献标识码： A

一、前言

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，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。近年来,随着人类对地下空间的不断开发利用,使得新建铁路隧道近距离穿越既有建筑物的现象越来越多,这就产生了隧道施工时既要保证新建隧道施工安全。目前,国内在山岭隧道穿越工程方面的研究主要是以现场监测手段为主,在施工过程中监测位置处的沉降及水平收敛位移值。在大量隧道开挖施工引起的地表沉降实测资料的基础上，归纳总结了隧道施工引起地表沉降槽的形状和控制参数，系统地提出了地层损失的概念和估算隧道开挖地表下沉的实用方法。公路路面沉降的影响及隧道施工过程中自身的位移受上覆高速公路及山体围岩影响的变化情况,为铁路隧道施工安全及既有高速公路行车安全提供理论依据。

二、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，需要采用修建隧道的方法来确保工程的顺利进行。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，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。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。

三、数值计算结果分析

1、下穿隧道埋深对路基沉降变形的影响

铁路隧道下穿高速公路路基引起的路基沉降变形与隧道下穿深度有直接关系，因此针对于埋深很小的下穿隧道施工必须采取相应的技术措施，避免隧道上覆土层塌陷。随着隧道埋深的增加，施工引起地层损失和土体的再固结会加大，因此路面最大沉降值会有加大趋势，但当埋深达到一定深度后路面沉降不再增加甚至减小，最后隧道埋深对路面沉降的影响越来越小。随着隧道埋深的增加，路面沉降槽的宽度逐渐增加，但沉降槽的曲率变得越来越缓和。隧道跨度越大，施工引起的路基沉降变形也越大，但对沉降范围影响较小。沉降槽宽度与隧道埋深成正比，埋深越大，沉降槽宽度系数越大。

2、上覆土层模量对路基沉降变形的影响

高速公路路基主要由面层、基层和地基构成，每个构造层相对都是由均匀的材料组成，构造相对简单，因此数值计算只是分析上覆土层不同模量对既有公路路面的影响。当上覆土层模量较小时引起的路面最大沉降值很大，随着上覆土层模量增大，路面最大沉降值会急剧减小。在施工过程中采取提高上覆土层模量的方法可以有效地降低路面沉降量的发展，但不能明显降低路基的沉降范围。

3、上覆土层泊松比对路基沉降变形的影响

泊松比表示上覆土层侧向变形性质，随着上覆土层泊松比的增加，路面最大沉降值急剧增加，两者呈非线性关系，但沉降槽宽度参数的变化不大。分析主要原因在于泊松比表示上覆土层的竖向变形对横向变形的影响大小泊松比越大，土体侧向变形也越大，因此土层泊松比直接影响隧道开挖引起周围土层地层损失的大小，所以土层泊松比对路面沉降更比较敏感。

4、上覆土层土体强度对路基沉降变形的影响

土层内摩擦角对路基沉降具有较大影响，随着土层内摩擦角的增加，路面最大沉降值开始急剧减小，当摩擦角达到某值时，沉降量减小变得缓慢。

四、导致浅埋铁路隧道施工沉降的主要因素

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，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。

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，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。

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。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。

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。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。

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。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。

五、控制浅埋铁路隧道施工沉降的有效措施

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，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。

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。

3、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。

4、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。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。

5、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，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。

6、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，有效的防止了施工沉降的发生。

六、结束语

在浅埋铁路隧道下穿高速公路地段的施工过程中，采用超探测、预堵水、管超前、强支护、短进尺、早封闭、勤监测、备预案的思路对施工沉降进行控制，能够有效的降低隧道施工对高速公路产生的不利影响，确保高速公路与铁路的行车安全。

参考文献：

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[2] 王殿会 郝欣欣:《铁路隧道浅埋下穿高速公路施工技术浅析》，《福建建筑》，2009年09期

[3] 王 志 杜守继 张文波：《浅埋铁路隧道下穿高速公路施工沉降分析》，《地下空间与工程学报》，2009年03期

[4] 连俊明：《大断面浅埋黄土隧道下穿高速公路沉降控制施工技术》，《科技情报开发与经济》，2009年12期