隧道下穿高速公路臺階法施工

楊義軒

(中鐵一局三公司，陜西寶雞 721006)

1 工程概況

某淺埋隧道下穿高速公路和跨線拱橋基礎，主要通過侏羅系中統沙溪廟組泥巖，泥巖夾砂巖，并以Ⅳ，Ⅴ級圍巖為主。下穿段長105 m，最小埋深21.56 m。

不中斷交通施工過程中，必須嚴格控制地表沉降量和附近工程結構的位移。

2 施工方案和施工方法的選擇

2.1 確定原則

在確保施工安全的條件下，嚴格控制隧道上方高速公路及跨線橋基礎的沉降和基礎位移，保證公路的安全正常運營，盡量減少對公路運營的干擾。

2.2 開挖施工方案的論證及比選

對比分析全斷面法、臺階法、分步法三種開挖方式的施工特點及支護方式，采用Midas計算軟件建立三種開挖方式在不同進尺(0.8 m，1.6 m，2.4 m)工況下的有限元模型，對隧道施工過程中地表沉降情況進行仿真計算，對比分析開挖后高速公路路面及拱橋基礎的沉降值、位移值，最終確定開挖方法、開挖進尺及支護方法。有限元模型及計算結果見圖1，圖2和表1。

表1 三種開挖方式地表沉降計算結果

通過計算結果，在滿足安全和進度要求的前提下，采用臺階法，按1.6 m/循環進行施工(見圖3)。

3 施工工藝及技術措施

3.1 施工方法及步驟

1)首先在圍巖拱部設置超前小導管注漿加固圍巖。

2)開挖中，采用楔形減震掏槽的弱爆破，降低爆破震動，減少爆破開挖對圍巖的擾動，保證圍巖穩定。

3)出碴前，先噴射混凝土封閉圍巖，以防止局部掉塌。出完碴后，立即先噴射一層5 cm厚混凝土，然后立拱架、鎖腳、掛網噴射混凝土至設計厚度。

4)在施工中應堅持連續不間斷的監控位移的變化情況，尤其是對路面、拱橋基礎沉降，洞內拱頂下沉和周邊位移收斂等主要項目，及時對量測的數據進行分析，動態掌握沉降及位移的變化，及時反饋信息，根據其信息來調整、指導施工，確保路面、橋基礎的沉降、洞內拱頂下沉和周邊位移等在允許范圍內，確保施工及上部構筑物的安全。

5)利用Midas有限元計算軟件對隧道開挖、支護的施工過程進行模擬計算，圍巖的穩定性、錨桿的軸力、鋼架變形、噴射混凝土的壓力等計算，確定了施工過程中圍巖內部應力釋放的形式及產生的結果，針對應力集中處，施工中采取相應的加固、加強措施，避免施工中應力集中對初期支護造成嚴重的變形或破壞，以此確保施工質量及施工安全。

3.2 施工量測、監控

1)施工中對高速公路路面及拱橋基礎布置了全范圍的沉降觀測網，對施工過程中產生的沉降進行及時掌控。

2)在施工下穿段之前對初始值進行測量并記錄在案，在每次開挖爆破30 min后進行觀測，并且每天觀測不少于12次。

3)對觀測資料進行匯總分析后，采用臺階法每循環進尺1.6 m的施工方法，開挖施工半個小時后地表及拱橋基礎未觀測到變形，沉降值及位移值均為零，遠遠小于理論計算值，滿足設計及施工安全要求。

4)爆破震動的監控。為了監測爆破震動，每次爆破都在附近100 m范圍內地表處設置6個～8個監測點。地表的監測點用便攜式測振儀，該段隧道內設置固定的三維振動傳感器。

5)監控量測點的布置。高速公路路面及拱橋基礎沉降監控點34個，高速公路路面及邊坡采用反光貼片，中央隔離帶及路肩處埋設固定沉降觀測樁。

下穿段洞內位移監控量測點每5 m設置一個斷面，每個斷面5個測點，拱頂下沉布設一條測線，水平收斂布設兩條基線。

4 結語

1)采用臺階法施工下穿公路隧道，在開挖進尺較大(每循環1.6 m)的情況下，施工安全可靠且工效較高;采用楔形減震掏槽，可以減少對圍巖的擾動和爆破震動的危害。

2)通過隧道洞內外的監控量測，對施工過程中地質情況及圍巖穩定性進行綜合評價，優化了施工方案，保證了隧道施工的安全。

3)根據持續觀測可以發現，地表下沉在開挖3 d后沉降值增大，表明開挖后3 d圍巖應力逐步釋放，對隧道洞內及地表開始產生較大的影響;開挖后20 d，地表沉降趨于穩定，表明隧道圍巖應力釋放完成，與初期支護形成相對穩定結構，可以進行襯砌施工。

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