大山頭隧道下穿高速公路方案設(shè)計

李明磊

(中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司，天津 300133)

隨著近幾年我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的大力發(fā)展，鐵路建設(shè)的步伐也在逐漸加快。而目前正在或即將開始建設(shè)的多為高速鐵路，受到縱坡和線形的影響，鐵路隧道在每條鐵路線所占的比例也越來越大，這樣就不可避免的與既有鐵路、公路等進行交叉，尤其是以隧道下穿的形式風險最大。

以往隧道下穿既有道路多采用明挖法施工，以保證施工的安全及質(zhì)量，但是在明挖不可實施的條件下，暗挖下穿就存在比較大的施工風險，本文主要介紹鐵路隧道暗挖下穿高速公路所采用的一些措施及施工方法，僅供讀者參考。

1 工程概況

大山頭隧道為雙線鐵路隧道，滿足雙層集裝箱運輸，設(shè)計行車速度200 km/h，預留250 km/h，線間距4.6 m，隧道最大跨度14.38 m，高12.59 m，隧道開挖面積148 m2。高速公路設(shè)計行車速度80 km/h，路面寬度24.5 m，高速公路目前正在施工，路基工程已經(jīng)完成，只剩下路面工程。

隧道與高速公路交角為38°，交叉范圍內(nèi)隧道長度約89 m，交叉段高速公路路基為半填半挖方，路基邊坡采用骨架護坡，由于處在軟基地段，交叉段范圍內(nèi)路基局部采用CFG樁加固地基。路面距隧道拱頂最大埋深9.3 m。

在高速公路旁邊與之平行的有一條省道，該省道為雙向兩車道，水泥路面。省道路面距離隧道拱頂2.6 m。

2 地質(zhì)概況

據(jù)勘察揭露顯示，隧址區(qū)地層巖性主要為第四系沖洪積層、第四系殘坡積層、下伏基巖為燕山中期花崗巖。隧道下穿高速公路段主要為路基夯實土，下部為全風化花崗巖。

3 設(shè)計方案

由于高速公路將要通車，鐵路隧道采用明挖法施工的可能性比較小，因此設(shè)計總體方案采用:下穿高速段采用暗挖施工，下穿省道段采用明挖法施工;由于在高速公路和省道之間隧道覆土不到1 m，在該段采用明挖法施工，同時為下穿高速公路提供工作面。

該方案存在兩個難點:

(1)由于下穿省道段采用明挖法施工，這就需要對路面交通進行分期導改;

(2)隧道下穿高速公路覆土比較淺，最大覆土厚度僅9.3 m，隧道開挖不慎必將引起路面沉降量過大，而高速公路要求沉降量非常嚴格，這就要求隧道開挖需要合理的施工方法及支護措施。

針對以上兩個難點，采用如下方案。

3.1 交通導改

(1)施工期間對各期施工場地進行施工圍擋，圍擋后進行各步施工。

(2)下穿高速公路施工盡量在高速公路運營通車之前進行，若施工時高速公路已通車，施工期間應(yīng)對其進行臨時的交通管控，封閉車道，采用單車道行車并限制車速40 km/h以下，嚴禁重載車通過，必要時在路面鋪設(shè)鋼板，增強路面剛度。

(3)明洞施工期間需要局部破除省道368路面，為保證省道交通暢通，因此明洞采用分幅開挖，對交通進行導改;施工時應(yīng)和當?shù)亟还懿块T緊密配合，車輛優(yōu)先繞道行駛，如繞避不開，車輛行駛時應(yīng)聽從指揮，減速慢行，以保證基坑穩(wěn)定;交通導改如圖1、圖2所示。

(4)施工完畢后，恢復道路交通。

3.2 施工工法及支護類型

3.2.1 下穿高速公路施工方法及支護類型

(1)長管棚支護

由于下穿高速公路段對沉降要求比較高，為控制沉降，隧道開挖前采用φ159@300 mm長管棚超(圖3、圖4)前支護一次性穿越高速公路，管棚長85 m，為增加管棚剛度，在管棚增設(shè)鋼筋籠(圖5)，管棚要求注漿飽滿。由于管棚長度較長，為保證注漿效果，在管棚間加設(shè)φ42 mm超前小導管補注漿。

圖1 一期交通導改

圖2 二期交通導改

圖3 長管棚橫斷面布置

圖4 導向墻剖面

(2)雙側(cè)壁導坑法

下穿高速公路采用雙側(cè)壁導坑法施工(圖6)，側(cè)壁導坑開挖高度為8.5 m，臺階法開挖，嚴格控制導坑開挖間距，雙側(cè)導坑掌子面距離在6～8 m，每循環(huán)進尺0.5 m，導坑開挖后及時支護鋼架封閉成環(huán)，初期支護采用I22a型鋼鋼架，鋼架間距0.5 m，二次襯砌采用Ⅴ級淺埋加強襯砌。雙側(cè)壁導坑法施工工序橫斷面見圖7。

圖5 鋼筋籠示意

圖6 現(xiàn)場施工實景

圖7 雙側(cè)壁導坑法施工工序橫斷面

待初支變形穩(wěn)定后，分段拆除側(cè)壁導坑中間的支護，及時鋪設(shè)防水設(shè)置，整體澆筑拱墻二次襯砌混凝土。

(3)其他

由于高速公路施工采用CFG樁加固地基，當管棚施工遇到CFG樁不能鉆進時，可更換為沖擊鉆頭，擊碎樁體，在一般的軟弱巖層或土層可采用合金鉆頭;開挖正洞時，需截斷鑿除部分CFG樁，施工時應(yīng)交叉鑿除，加強地面監(jiān)控量測，避免路基塌陷，沉降過大。

3.2.2 下穿省道施工方法及支護類型(圖8)

圖8 圍護結(jié)構(gòu)橫斷面(單位:mm)

下穿省道采用分幅明挖法施工，明挖段圍護結(jié)構(gòu)采用φ800 mm@1 500 mm鉆孔灌注樁，樁長16 m，樁間鋼筋網(wǎng)采用φ6.5 mm網(wǎng)格150 mm×150 mm，基坑內(nèi)支撐采用φ609 mm×12 mm鋼管支撐。

明洞大里程方向進洞采用φ108 mm大管棚超前支護，管棚長40 m，明洞襯砌厚度采用85 cm鋼筋混凝土襯砌。

3.2.3 高速公路邊坡加固

由于下穿高速公路在路基邊坡處，因此需要修整加固路基邊坡，邊坡加固采用錨噴支護，錨桿采用φ22 mm砂漿錨桿，錨桿長5～9 m，噴混凝土厚度10 cm，采用φ6 mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25 cm×25 cm。

4 計算模型與計算簡圖

計算采用三維巖土力學有限差分程序FLAC3D進行模擬分析，考慮圍巖與結(jié)構(gòu)的共同作用、分步施工過程?？v向-高速公路坡腳～路面邊坡后20 m，左右側(cè)各50 m，向下取至仰拱下30 m，向上取至地表;單元個數(shù)100 520，節(jié)點個數(shù)106 180。高速公路面作用荷載采用高速公路1級車道荷載10.5 kN/m2。計算模型及結(jié)果見圖9～圖11。

圖9 下穿高速公路施工開挖模擬計算模型

圖10 高速公路路面沉降

圖11 高速公路水平方向位移

經(jīng)計算，隧道開挖后高速公路路面沉降1.2 mm，高速路邊坡水平滑移1.99 mm。但是由于計算模型沒有超前大管棚支護，而且是在完全理想的狀態(tài)下模擬完成，施工期間車站開挖肯定會對土體造成擾動，從而引起地面的沉降，因此施工采用超前大管棚支護，能減小隧道開挖沉降，保證施工安全。

5 監(jiān)控量測

由于隧道跨度大、埋深淺、圍巖條件非常差、施工工序繁瑣，在施工過程中必須加強對洞外高速公路路面及洞內(nèi)的監(jiān)控量測，以確保隧道施工和周邊環(huán)境的安全。

隧道拱頂上方路面觀測點DST-3時間沉降曲線如圖12所示。

圖12 DST-3點沉降曲線

從以上檢測結(jié)果可以看出，地面的最大沉降位于隧道中線拱頂上方，最大沉降值為44 mm，沉降速率在可控范圍之內(nèi)。從圖13中可以看出，靠近隧道中線處沉降最大，遠離隧道處沉降注漿減小，至20 m處，地表已無沉降。

施工期間洞內(nèi)拱頂最大沉降38 mm，在預留沉降范圍之內(nèi)，通過加強措施，施工時無異常情況出現(xiàn)，保證了隧道施工和結(jié)構(gòu)安全。

圖13 DK268+520斷面最終沉降曲線

6 結(jié)語

為控制路面沉降，在施工過程中使用合理的超前支護措施及施工方法尤為重要，本隧道采用的超前長管棚，在很多工程中也使用過，但是如何控制管棚施工精度，是需要施工單位特別注意的地方，同時，在施工過程中要嚴格控制施工步序，短進尺，盡可能少地擾動土體，保證圍巖的穩(wěn)定性。

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