淺析大斷面淺埋濕陷性黃土隧道下穿高速公路的沉降控制施工技術(shù)

謝前波

（西安市地下鐵道工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018）

1 工程概況

西安市地鐵四號(hào)線航天新城站航天東路站區(qū)間，自航天新城站起，沿規(guī)劃航天南路地下敷設(shè)，到達(dá)航天東路站。區(qū)間下穿西康高速公路，高速公路寬30m，下穿段的軌頂埋深約18m，采用礦山法下穿，下穿公路時(shí)加強(qiáng)超前支護(hù)，加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)，遵循管超前、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)的原則，嚴(yán)格控制沉降，保證公路的正常運(yùn)營(yíng)。

2 地質(zhì)概況

根據(jù)鉆孔和探井揭露，擬建工程場(chǎng)地在勘探深度40.0m范圍內(nèi)的地層主要為第四系堆積物，即由全新統(tǒng)人工填土（）、上更新統(tǒng)風(fēng)積（）黃土、殘積（）古土壤及中更新統(tǒng)風(fēng)積（）黃土、殘積（）古土壤組成。

3 導(dǎo)致沉降問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因

3.2 埋深的因素。由于是淺埋隧道，所以拱頂部的最小覆蓋厚度僅為18m，而正是由于較淺的埋深也很容易導(dǎo)致沉降問(wèn)題的出現(xiàn)。

3.3 開(kāi)挖面積大。在開(kāi)挖隧道的過(guò)程中，其高度為11.44m，寬度為9.25m，斷面的面積約為90m2，在對(duì)過(guò)往的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行研究和分析時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)如果隧道的埋深是小于20m的，并且其跨度不超過(guò)8m時(shí)，在其上部所覆蓋的土體是具備較好的穩(wěn)定性的，而如果超過(guò)了此范圍，那么土體的穩(wěn)定性就會(huì)大大的下降。

3.4 路面通車(chē)的影響。由于西康高速公路是顯西安與安康及周邊地區(qū)的主要通道，高速公路上車(chē)流量大而且大多為載重量大的大型車(chē)輛，施工過(guò)程中高速公路是正常通車(chē)的，車(chē)輛的荷載也可能導(dǎo)致沉降問(wèn)題的出現(xiàn)。

4 沉降控制工作的施工技術(shù)

4.1 大管棚超前支護(hù)。大管棚的材料應(yīng)選擇鋼管，其厚度為3.5mm，外直徑約為108mm，其在隧道拱部150度的范圍內(nèi)應(yīng)采用環(huán)形的布置方式，外插角為10度。環(huán)向間距0.4m，縱向間距2.0m，鋼管內(nèi)部應(yīng)采用水泥漿作為注填材料。在隧道開(kāi)挖的過(guò)程中，如果挖到了可能影響高速公路正常運(yùn)行的路段，那么應(yīng)停止掘進(jìn)，同時(shí)搭建管棚工作室并且噴射一個(gè)封閉的混凝土噴射面。之后應(yīng)對(duì)管棚測(cè)量定位，然后將大管棚鋼管旋轉(zhuǎn)并頂進(jìn)就位，設(shè)備選擇的是小型的導(dǎo)向鉆機(jī)。施工的過(guò)程中應(yīng)準(zhǔn)確的掌握大管棚的外插角，其不能偏高0.5m，更不能進(jìn)入到開(kāi)挖線內(nèi)，從而更好的發(fā)揮大管棚的支護(hù)作用。之后應(yīng)進(jìn)行對(duì)鋼管的注漿填充的作業(yè)，為提高大管棚的整體支護(hù)能力，應(yīng)采用型鋼鋼價(jià)來(lái)支撐每一環(huán)管棚的端部。

4.2 初期的支護(hù)。（1）初噴砼。在完成了隧道工程的開(kāi)挖作業(yè)后，應(yīng)將開(kāi)挖面封閉起來(lái)，此過(guò)程應(yīng)選擇C25早強(qiáng)砼作為噴射的材料，建議噴射的厚度為30mm，全斷面支護(hù)，從而充分的提高圍巖的穩(wěn)定性；（2）安裝拱腳托梁。在初噴砼的施工作業(yè)完成后，應(yīng)安裝拱腳托梁，材料選擇的為118工字鋼，長(zhǎng)度為60cm，并且拱腳托梁與上環(huán)托梁應(yīng)焊接對(duì)接的。托梁能夠大幅度的提升拱腳的支承力，同時(shí)也擴(kuò)大了拱腳的承壓面積；（3）支立鋼拱架。同樣材料也采用118型鋼，在各部分的開(kāi)挖作業(yè)完成后應(yīng)立即進(jìn)行支立鋼拱架的施工作業(yè)，在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)分兩段制作拱部的鋼拱架并將它們合理的聯(lián)結(jié)，同時(shí)用螺栓將托梁和拱腳緊緊的固定住。上鋼拱架的底板應(yīng)與邊墻鋼拱架的頂端連接，用混凝土將底腳墊實(shí)，而邊墻鋼拱架的兩端還應(yīng)與仰拱連接；（4）設(shè)置臨時(shí)的豎向支承和仰拱。在核心土開(kāi)挖的施工作業(yè)完成后，應(yīng)立即設(shè)置臨時(shí)的豎向支承和仰拱，這樣才能盡快的形成閉合并支護(hù)拱部，從而有效的防止沉降變形的問(wèn)題出現(xiàn)。臨時(shí)豎向支承可采用I20工字鋼，其位置應(yīng)在支護(hù)的中部，而仰拱則采用I18工字鋼，鋼拱架應(yīng)與其兩端連接。在臨時(shí)豎向支承和仰拱之間應(yīng)采用鋼筋焊接連接，間距為1m，直徑為20mm，之后應(yīng)用噴射砼填滿；（5）打設(shè)錨桿。在邊墻和拱部打設(shè)錨桿建議選擇藥卷錨桿作為材料，其長(zhǎng)度為3.5m，直徑為22m，布設(shè)時(shí)縱向間距為0.8m，環(huán)向間距為1.0m，之后應(yīng)進(jìn)行鉆孔的施工作業(yè)，之后在孔內(nèi)放入浸水錨固卷并將其錘擊就位；（6）噴射混凝土。在以上工序都完成后，應(yīng)立即噴射混凝土，材料為C20，厚度為35cm。進(jìn)行初期的支護(hù)工作時(shí)，應(yīng)有機(jī)的結(jié)合鋼拱架、托梁、臨時(shí)仰拱等各類(lèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)，從而形成一個(gè)完善的剛性支護(hù)體系，最大限度的避免沉降變形的問(wèn)題出現(xiàn)。

4.3 二次襯砌。二次襯砌采用的為模筑鋼筋混凝，在初期的支護(hù)作業(yè)完成后應(yīng)立即進(jìn)行，進(jìn)一步的提升了路基路面的整體承載能力。（1）施工方法。二次襯砌主要分為仰拱襯砌和拱墻襯砌兩部分的施工作業(yè)，前者能夠進(jìn)一步的提高初期支護(hù)的穩(wěn)定性，同時(shí)還能為之后的拱墻襯砌提供作業(yè)平臺(tái)，而在進(jìn)行拱墻襯砌的施工作業(yè)時(shí)，其分段的長(zhǎng)度應(yīng)是小于6m的；（2）砼灌注。通常應(yīng)采用就地灌注的方法來(lái)灌注仰拱砼，以襯砌臺(tái)車(chē)作為支承模板來(lái)關(guān)灌注拱部和邊墻襯砌，并且確保一次澆筑成型；（3）注漿充填。在二次襯砌的拱頂都是會(huì)留有注漿孔的，并且在初期支護(hù)和二次襯砌之間應(yīng)填充水泥-水玻璃雙液漿，從而有效避免初期支護(hù)后沉降變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行大斷面淺埋隧道下穿高速公路的施工作業(yè)時(shí)，我們應(yīng)遵循“管超前、強(qiáng)支護(hù)、短開(kāi)挖、勤量測(cè)、早封閉”的施工原則，在保證車(chē)輛安全通行的前提下，不斷的完善加強(qiáng)初期支護(hù)、大管棚超前支護(hù)、二次襯砌以及監(jiān)控量測(cè)等施工技術(shù)，有效的控制施工中沉降現(xiàn)象，大大的降低了施工過(guò)程中的交通配合和疏導(dǎo)的費(fèi)用，同時(shí)也能取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]倪魯肅.淺埋黃土隧道下穿高速公路沉降控制研究[J].北京交通大學(xué)，2011.