淺析高速公路下穿隧道施工技術

摘要：近年來，隨著我國公路，特別是高速公路的迅速發展，公路隧道建設己經進入大發展的新時期，城市周邊地區日益增多的淺埋隧道建設己經對施工技術提出了更高的要求。本文在現有隧道工程施工過程數值模擬的基本理論和分析方法的基礎上，應用平面應變彈塑性以及三維彈塑性模型和有限單元法研究了淺埋隧道施工過程中圍巖及支護結構力學行為變化過程，并將其應用于實際工程，取得良好效果。

關鍵詞：高速公路 下穿隧道 施工技術

0 引言

隨著科技的進步與經濟的發展，人民日益增長的物質文化需要，不論是在交通運輸、水利還是在地下交通或空間利用方面，人們對隧道工程的要求也越來越高，從數量、質量及難度方面都提出了很高的要求。特別是當前鐵路公路相互交叉、公路公路相互交叉，高速公路下穿隧道建設越來越多，如何在隧道所處的相當復雜的地質條件的條件下保證高速公路安全正常運行同時要嚴格控制路面沉降，是許多專家和學者研究的問題，這也成為高速公路下穿隧道施工技術中的難點問題。本文將從具體的近距離淺埋暗挖施工入手，探析目前高速公路下穿隧道施工中需要注意的幾個方面。

1 淺埋暗挖施工介紹

淺埋暗挖技術，是屬于隧道施工的一種技術。所謂淺埋暗挖法，即在距離地表較近的地下進行地下隧道暗挖施工的一種方法，該法沿用了新奧法(New Austrian Tunneling Method)的基本原理，初次支護按承擔全部基本荷載設計，二次模筑襯砌作為安全儲備；初次支護和二次襯砌共同承擔特殊荷載1984年，王夢恕院士在軍都山隧道黃土段試驗成功，1986年，北京復興門地鐵折返線工程也成功應用該法，并創造地提出了在軟弱地層快速施工的概念，淺埋暗挖法在實踐中也得到了成功的應用。淺埋暗挖法在設計和施工時，需要多種方法并駕齊驅，在施工的過程中優化設計實現不塌方、少沉降、安全施工等。

一般而言，采用淺埋暗挖法施工方法，其隧道具有以下幾個特點：首先，具有埋深淺，最小覆跨比可達0.2；其次，地層的巖性比較差，存在地下水；最后，周圍的環境比較復雜。在目前淺埋暗挖的實踐過程中，應用范圍進一步擴大，擴展到非第四紀地層、超淺埋（埋深已縮小到0.8m）、大跨度、上軟下硬、高水位等復雜地層及環境條件下的地下工程中去。

信息化技術的實施使淺埋暗挖法特點得到更進一步的發揮，實現了淺埋暗挖技術的全過程控制，不但使施工對周邊環境的影響降低到最低程度，由于及時調整、優化支護參數，提高了施工質量和速度，有效地減小了由于地層損失而引起的地表移動變形等環境問題。現代化技術的實施為城市地下工程設計、施工提供了一種非常好的方法，具有重大的社會效益和環境效益，該方法在總體上達到國際領先水平。

2 淺埋暗挖技術在隧道施工中的應用

淺埋暗挖施工步驟為：首先，用鋼管打入地層，通過注水泥或者其他建筑材料，讓下面的地層變得牢固，這里 開挖土地的穩定性要求比較高。地層加固之后，進行循環0.5至1.0米左右的短進尺開挖。隨即做好初步的支護工作，接著是防水層的施工，最后完成二次支護。

該技術在施工的過程中，因為施工不當所引起的路面沉降坍塌現象是我們在實踐過程中需要重視的，在淺埋暗挖技術實施過程中，施工不當引起路面大量沉降甚至坍塌，造成交通中斷的工程事故時有發生，導致巨大的經濟損失和不良的社會影響，因此，在鋼管插入地下，水泥等建筑材料灌注之后，首先考慮到的是其應力及拉力的平衡，實踐鐘，大斷面隧洞開挖，周圍的巖體的初始應力平衡狀態遭到破壞，巖石產生形變，進而圍巖穩定性遭到破壞，因此開挖前后應力和位移的變化是我們在施工實踐中需要重視的。筆者分別采用“臺階法”施工工序對隧道施工過程進行了有限元三維彈塑性分析，并得出如下結論：

①隧道在被鋼管打穿時，應力集中區域會出現在隧道圍巖拱腰，底板。在隧道的兩個角落則會出現拉應力區，在被灌入水泥等建筑材料之后，對隧道將會實現第一次支護，初期支護最后的效果是：應力集中現象有一定改善，在一定的程度上應力極值穩定。

②支護結構方面，內力比較大，因為隨著水泥等建筑材料的灌注，混凝土在隧道角落應力值將大大提高，這樣在一定程度上抵消了一部分隧道結構的拉力值，綜合而言的內力值較大。這樣的內力值在第二次施工之后會變化不大，相對嬌穩定。

③在圍巖開挖作業時，姚考慮到開挖侯周圍圍巖的位移變化，一般而言，隧道圍巖的深度與開挖的位移是成正相關的，即埋的越深，產生的位移舊越大。圍巖在開挖后應力場變化規律是，沿開挖輪廓徑向圍巖應力是先增大，到一定的地方達到最大值，而后逐漸減小，直至與未丌挖時的地應力值相同。對于應力場而言，一般是埋深淺，應力場長。

④初次支護主要部分噴射混凝土層內力值也隨著施工工序變化，當進行支護施工后結構的內力會在下一個旋工工序時(下一段圍巖的開挖)達到最大值，因此在實際施工時應將支護作業面與開挖作業面隔開一定距離，以免影響支護結構穩定。當圍巖級別低、巖性差時，該部位支護結構內力值也較大并有可能出現不利支護結構穩定的拉力區，因此在實際施工中應該根據圍巖具體情況及時調整支護方案。

參考文獻

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