浅埋暗挖隧道下穿高速公路施工技术

陈鹏

（中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司，四川成都610000）

0 引言

近年来，城市建设规模在逐步扩大，尤其是在道路桥梁建设领域的发展。由于当前暗挖隧道下穿公路的建设项目数量越来越多，铁路隧道下穿公路的浅埋暗挖工程建设也存在着很大的困难，如果工程建设措施不够，便很容易产生大规模沉降甚至塌方等事件，并带来了巨大的经济损失和社会危害，不利于中国社会经济的可持续发展。榆安1 号隧道位于华北平原北缘，为冲积平原，地形平坦开阔，地势由西北向东南缓倾。隧道在距村庄西侧400m 处，下穿京台高速公路路基段。京台高速公路为双向八车道公路，已于2016年12月建成通车。下穿京台高速暗挖段覆土厚度8.89～18.12m，交叉角度为84.07o，公路路基高7.12m，宽105m，路面为沥青混凝土，两侧坡面为六边形混凝土空心块护坡。由于穿越段邻近大礼路桥，属于高路基，为减少沉降，高路基下进行了CFG 桩地基处理。

1 工程概况

榆安1 号隧道下穿京台高速公路暗挖段里程为DK33+175—DK33+315，全长140m。其中小里程暗挖工作井DK33+166—DK33+175，长度9m，大里程暗挖工作井DK33+315—DK33+324，长度9m。下穿段采用浅埋暗挖法设计原理，CRD 法施工，衬砌结构采用曲墙拱形结构，复合式衬砌结构类型。以管幕和小导管作为超前支护，喷射混凝土、钢筋网、钢架作为初期支护，二次衬砌采用小钢模拼装浇筑，三次衬砌采用模筑钢筋混凝土，在二次衬砌与三次衬砌间设置防水层。

2 工程地质

2.1 地层岩性概况

在开展榆安1 号隧道下穿京台高速公路暗挖段施工前，首先要针对项目现场的地质环境和岩性特点展开勘查与分析，通过地质勘探结果表明，该区域的地质主要包括人工填土地质和新沉积层地质区域，具体土质成分包括粉质黏土、砂质粉土、黏性粉土以及细砂等成分，具体土质结构和特征如下：

2.1.1 人工填土层：该区域主要包括素填土和杂填土，其中素填土主要呈现黄褐色，土质密度稍大，同时具有一定的湿度，素填土不均匀现象严重，一般以粉质黏土和黏性粉土为主，其中含氧化铁锈斑、植物根茎。另外杂填土的土质结构也具有不均匀现象，其中杂填土具有一定的湿度，呈现杂色状态，杂填土中含有许多灰渣和碎石，其厚度在0.30～2.10m 之间。

2.1.2 新沉积地层：该区域的土质成分主要以细砂为主，其中细砂呈现黄褐色状，形状松软且具有一定的湿度和密度，细砂中成分主要包括石英和长石等矿物质，砂质较为纯净，通过实际测试保持平均值在14 级左右，其中夹层中也具有粉质黏土和砂质粉土。新沉积地层中黏质粉土和砂质粉土为混合地质，土质呈褐黄色，同时呈现稍密和湿度较大的特点，土质摇振反应适中，并且缺乏光泽和韧性，内部含有一定的氧化铁元素、植物根茎、蚌壳，特定部分也呈现出粉砂状态[1]。

2.2 水文地质条件

外业钻探期间，钻孔深度20m 范围内未见地下水。根据在拟建场地附近取得的勘察资料和北京市地下水动态观测资料综合分析，近3～5年的最高水位标高约21.0m，历史最高水位接近地表。

3 工程难点分析

该工程暗挖隧道外顶距离自然地面约为11m；距离穿越处京台高速路口埋深约为23m，穿越处土质为粉质黏土。

该工程隧道埋深比较浅，覆盖厚度比较薄，属于浅埋大跨度隧道，施工中很容易出现冒顶坍塌事故。

隧道下穿高速公路对沉降控制要求较高，保障路面行车安全责任重大。

该工程隧道的地质环境复杂，洞内地质均一性较差，同时成洞施工环节具有较大的难度，容易引发坍塌失稳现象。

CRD 工法的施工工序十分复杂，对技术人员要求较高。加强洞内测量细致程度，结合量测资料，合理调整支护参数。

4 下穿高速公路的施工方法

4.1 大管棚超前支护加固地层

京台高速公路全省联网收费系统以及通信光缆的敷设施工在道路中央隔离带地下0.8m 位置，大棚管施工要求具有较高的精准性，避免损害隧道开挖线，并且也避免偏差＞0.5，因此，可以通过预埋导向管的方式来构建导向拱。大棚管由起拱线进行布设，并保持30cm环向间距，棚管长度26m。导向管设置直径127mm，管棚长度26m。导向管选择长2m 和直径127mm 的钢管进行焊接，在安装过程中要结合设计角度进行精准定位[2]。

4.2 CRD 工法分部开挖支护

CRD 法进行隧道洞身开挖，施作中隔壁和临时仰拱，分左上、左下、右上、右下四部施工，各部开挖支护每5m 为一个循环，依次进行施工。右侧上下导坑与左侧上下导坑掌子面距离控制在15m 之内。二次衬砌严格按照铁道部总120 号文件要求跟进施作，仰拱二次衬砌每循环施工4m，采用弧形模板整体浇筑，拱墙二次衬砌每循环施作8m，采用小模板整体浇筑。

采取前左边或后右边交叉的中隔壁法施工，超挖预留量按5cm 考虑，人工配合机械施工中隔墙和横隔墙板，均用格栅钢柱作为临时支护。每循环进尺为0.5m，在每一位工人开挖后进行施作初期支护和临时支护，并闭合成环。为减少在导洞下部开挖时，有因拱部一次支撑拱脚悬造成空的倾斜，在一次支撑拱足部位加设锁脚钢管固定。而第二次模筑衬砌仰拱采用栈桥法一次对整体进行砌筑，拱墙模筑衬砌是通过较小模具一次成形，衬砌的钢筋直径由横隔墙板凿孔中穿过。第三次模筑衬砌拱墙衬砌式，待第二次模筑衬砌式满足设计强度后，拆除中隔壁及横隔板，采用整体台车浇筑施工。拆除地段施工机械采用栈桥通行，栈桥长10m[3]。

5 隧道和路面监控量测的方案

5.1 洞内和路面量测点规划

在隧道和路面监控量测中，量测点的布设是一项重要内容，为了提高量测的准确性，必须重视量测点分布的几个原则，首先必须结合工程的实际情况和地质环境，合理地确定量测点数量与类型，并且也要融入施工特点和要求等因素，有效地反馈出监测点的工作情况。

在监测点的布设中，还要遵循工程量测设计要求，一般可以设置在不利的区域或者断面上，依据施工进行测点设计，如果在相同情况的监测点布置中，一般优先选择最先施工的区域，可以适时地呈现出施工情况，为施工提供指导。对于变形测点表面定位中，首先要考虑监测目标的变形情况，同时也要结合仪器进行有效观测，起到良好的量测点保护作用。在进行监测点的埋设过程中，也要保障结构不受影响，避免对结构强度和刚度造成减弱。在多个项目的量测环节中，每一个测点的设置必须要充分考虑时间与空间的结合，从而保证监测部位可以直观地呈现出不同的物理量变化情况，从而准确地找到内部联系。此外，结合预先设计好的量测点也能够为后期监测提供可靠支持，保证监测设备持续稳定运行，如果监测点在施工环节受到损坏，那么要及时在原位置上进行量测点布设，保证量测数据的连续性。暗挖段范围内地表沿隧道方向，每10m 设置一个测量断面，结合施工现场实际地形，北侧布点涵盖桥台，南侧布点涵盖到3 倍埋深范围。横断面布点形式：隧道正拱顶地表布点，距隧道中心线两侧0～4m 范围内，布点间距为2m；距隧道中心线两侧4～12m 范围内，布点间距为4m；距隧道中心线两侧12m～28m 范围内，布点间距为8m；由于北侧布点应涵盖桥台，线路右侧28m～52m 范围内，布点间距为12m；南侧布点涵盖3 倍隧道埋深范围，因此线路左侧28～40m 范围内，布点间距为12m。高速公路处测点沿路基顶面两侧及路基坡脚处布置，纵断面共布设11 排点。

5.2 量测频率和结束标准

5.2.1 量测频率（见表1）

5.2.2 结束标准

判别标准要充分考虑收敛速度：当收敛速度超过5mm 时，围岩加剧变化，必须提高前期支护系统；倘若收敛速度小于0.2mm 时，围岩处于稳定状态。测量结束实际要在变形稳定后15d，对于变形区域位移一直不稳定的情况，需合理延长量测周期。

5.3 监测数据的统计分析与信息反馈

施工环节监测技术人员在开展监测活动时，必须通过监测记录绘制水平位移和拱顶沉降随着实际变化曲线，明确监测变化走向，同时也要对初期的事态曲线进行回归分析，明确将会发生的变化速率以及最大值。结合开挖面的实际情况，拱顶下沉以及水平位移量的大小和变化速率，充分考虑所有因素，并以此判断支护和围岩是否可靠，结合变形登记的管理相关标准为施工提供支持。

6 结语

综上所述，该项目隧道下穿京台高速公路暗挖施工中，利用大管棚超前支护加固地层和CRD 工法进行施工，实现了良好的施工效果，不但具备超前支护和注浆严谨的施工优势，同时还具备早封闭、短开挖以及支护效果强等特点，在保障京台高速正常运营的基础上，提高施工的安全性，获得良好的社会效益，满足社会可持续发展的需求。