隧道超浅埋段下穿高速公路关键施工技术

赵永兵

（中铁十七局集团第二工程有限公司，西安710043）

1 工程概况

新建兴国至泉州铁路福庄3 号隧道位于三明市永安市西洋镇境内，里程为D1K275+170～D1K275+661，全长491m，全部为单线隧道，设计开挖断面尺寸为10.15m（高）×8.38m（宽），隧道最大埋深30m。隧道洞身D1K275+405～D1K275+485 段下穿泉南高速公路路堑，高速公路路堑中心与铁路交叉点里程为D1K275+440，交叉角度为25°，结构最小净距7m，最大净距为10m。下穿段地层为强、全风化凝灰质砂岩。

2 方案优化比选

方案一：对高速公路通行道路进行改移，修建临时道路绕行通过，即对隧道下穿段前后高速公路进行封闭，修建临时道路，绕行通过此段，在下穿段施工结束后，恢复高速公路交通。此方案优点是行车与施工互不干扰，安全性最高。

方案二：在隧道下穿高速公路期间，根据相对位置关系，采用半幅封道方式，即隧道下穿施工至高速公路左侧道路时，对左侧道路进行封闭，右侧道路进行通行，下穿施工至高速公路右侧道路时，在左车道下方隧道衬砌施工完成后，进行左侧道路通行，右侧道路封闭。此方案确保隧道下穿期间洞内施工安全及高速公路车辆通行安全。

方案三：在下穿高速公路段路面上铺设钢板，加设栈桥，下穿施工期间，车辆从栈桥上通行，确保隧道下穿期间洞内施工安全及高速公路车辆通行安全。

经过多方专家论证，方案一由于下穿段高速公路为路堑段，前后均为桥梁，且周围村庄人口密集，道路改移路线长，周期长，成本较高，不可取；方案二由于下穿段高速公路车流量大，高速运营管理单位不容许半幅通行；方案三在施工栈桥期间也需半幅封闭，且栈桥安装拆除时间长，不可行。针对以上情况，提出方案四。

方案四：对下穿段隧道支护进行加强型支护措施，下穿段高速公路采用压道方向进行通行，即隧道下穿施工至高速公路对应车道时，对应车道封闭，其余车道通行，如隧道下穿左侧应急车道时，左侧应急车道封闭，其余车道通行，下穿施工至高速公路左侧行车道时，左侧行车道封闭，其余车道通行，以此类推，直至隧道下穿高速交叉段施工完毕，同时加强洞内及高速边坡、路面监测，确保施工安全及行车安全。

3 关键施工技术

隧道施工严格坚持“管超前、严注浆、无爆破、短进尺、早封闭、强支护、勤量测、快成环、紧仰拱、快衬砌”的原则【1】。根据设计和高速管理部门的要求，施工时必须保证高速公路的运营安全，施工振动速度要求在2cm/s 以内，路面变形沉降要求在2cm 以内。为减少隧道施工对高速公路的影响，确保施工安全，在下穿段施工时采取以下关键技术措施。

3.1 围岩加固施工技术

3.1.1 双层长管棚施工技术

对下穿里程DK275+405～D1K275+485 段设一环双层φ159mm、φ108mm 大管棚，每根长85m，环向间距0.4m，每环42 根，双层管棚环向交错布置。为增加管棚的刚度和强度，管棚内均加设3 根φ18mm 钢筋笼。

管棚施工的关键技术是如何一次成孔85m，减少多次施工对地层的扰动，且保证管棚施工的质量。经比选，选择RPD-180 CBR 多功能钻机，该多功能钻机钻孔速度快、自动拆卸钻杆、可使用套管施作管棚，即采用内外钻杆同时钻进的套管管棚工艺。管棚均由小里程向大里程打设，钻孔顺序采用先内侧后外侧、由下向上、由两边向中间依次进行，管棚外插角控制在1°范围内，钻孔完成1 根，安装注浆1 根【2】。为确保注浆施工质量，注浆采取孔底返浆法施工，注浆压力0.5～1MPa。

3.1.2 小导管注浆加固施工技术

为确保洞周围岩的整体性及自稳定性，将边墙系统锚杆优化为大外角（外插角45°）φ42mm 小导管进行周边围岩注浆，以此提高围岩的整体稳定性。小导管纵向间距1.0m，环向间距1m，开挖后局部径向注浆（洞周3～5m）。

3.2 开挖支护施工技术

为减少施工震动对高速公路的破坏，保证施工震动速度达到2cm/s，根据相关单位的要求及结合现场实际情况，将原设计的爆破开挖施工，优化为单臂掘进机非爆破开挖施工，采用三台阶施工，开挖采用破碎锤和凿岩机对岩石进行破碎（遇局部较硬围岩，待破碎剂将岩石开裂后），开挖破碎进尺均控制在0.6m 内。

每循环开挖后快速对开挖面及掌子面进行初喷封闭，减少围岩暴露时间，及时施作初期支护，拱架采用I18 钢拱架，间距0.6m，全环设置；拱脚设置4 根φ42mm 锁脚锚管，长度为4m，减少拱架下沉；钢筋网采用φ8mm 钢筋，网格尺寸为20cm×20cm；锚管长度为3m，间距为1.2m（环）×1.0m（纵）；喷射混凝土采用湿喷工艺，厚度为23cm。

3.3 衬砌施工技术

为保证施工安全，仰拱应及时施作，紧跟掌子面，支护尽早闭合成环，整体受力，确保支护结构稳定。根据实际情况，仰拱开挖长度每次≤3m，每次浇筑长度调整为6m。下穿段施工时仰拱距掌子面的安全步距≤30m，二衬距掌子面≤50m。根据现场实际施工需要，可将仰拱二衬安全步距进一步缩小，紧跟掌子面，确保施工安全。

二次衬砌在围岩及初期支护收敛变形趋于稳定后施作，一次施工长度为12m。为确保安全，将衬砌距掌子面距离进一步缩小，拆除防水板台架，在衬砌台车前端上设置简易台架，进行防水层和衬砌钢筋施工，同时衬砌台车加装料斗与滑槽，逐窗分层浇筑，径向预埋PRC 注浆管及拱顶注浆一体机，端头模板为带环向中埋式止水带夹具的定型组合钢端模，插入式捣固棒配合台车所挂附着式振捣器捣固，确保衬砌施工质量。

3.4 监测施工技术

根据设计规范及相关要求对隧道下穿高速公路的地段进行监测，具体内容有人工巡视、既有路基竖向变形、边坡水平位移、路面振动以及隧道洞内监控量测，施工时通过反馈的监控量测信息及时调整施工参数，以确保衬砌结构和支护体系的安全，保证地表最大沉降≤2cm。

3.4.1 测点布置

在高速公路路面每台行车道分界线上由隧道中线向两侧5m 1 个测点，每个断面共11 个测点，共布设6 个断面。

洞内监控量测点按照5m 1 个断面，每个断面布置5 个点，拱顶1 个点，拱腰及边墙各2 个点。

3.4.2 量测频率

地表沉降与位移观测频率在隧道下穿前3d，1 次/d；在隧道下穿施工期间，1 次/d；在隧道下穿结束后，1 次/周，一个月结束。

洞内监控量测频率按照2 次/d，如有异常及时增加监测频次。

振动监测每次开挖时进行监测。

3.4.3 监测方法

洞内外观察分开挖工作面观察、已施工工区观察及地表观察。开挖工作面观察内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、围岩变形等，当地质情况基本无变化时，可每天进行1 次，观察后应绘制开挖工作面略图并做好地质素描，填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡。对已施工区域的观察，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况，以及施工质量是否符合规定的要求。洞外观察包括高速公路地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定。

洞内监测点数据使用全站仪观测，现场记录，计算一般都采用Excel 电子表格设公式计算。

路面变形监测使用3D 扫描仪监测，数据采集后使用配套的软件处理计算，并出具监测报告。

3.4.4 监测结果分析

通过施工期间不间断的监测，并对数据进行分析，得出监测结论：洞内监控量测最大累计沉降量15.7mm，最大沉降速率1.5mm/d，最大累计收敛14.3mm，最大收敛速率为1.1mm/d；高速路面最大累计沉降量3.5mm，最大沉降速率0.3mm/d，最大累计位移量11.1mm，最大位移速率为0.9mm/d；最大震动速度1.2cm/s，各项监测数据指标均在规范要求以内。

4 施工期间高速公路交通导行

根据施工需要，在此段施工期间，高速公路采取压道方式，提前与高速管理处联系，在合适地段进行改道，具体规划布置如表1 所示；分别在距公路两侧1 500m、800m、300m 处设置警告处，具体为施工标志、限速标志和警示标志牌，通告过往车辆，前方施工小心行使；施工中如需要上路进行协助交通部门指挥交通等工作，上路人员必须统一穿黄色工作服，并照亮警示灯，以便给驾驶员良好的视觉，保证安全【3】；派专职联络员在下穿路段值班，并配备对讲机，及时将车辆的运行情况通报工地；施工现场设防护员负责与值班联络员联络，并将信息及时通报，确保工程安全有序进行。

5 结语

福庄3 号隧道下穿泉南高速段施工时，通过采用超前长管棚和小导管注浆加固地层，将控制爆破优化为非爆开挖，加强初期支护，每循环对开挖面及掌子面进行初喷封闭、缩短安全步距，加强洞内外监测并对监测数据进行分析，提出对高速公路交通进行引导管制等方法措施，实现了安全顺利的下穿贯通。