淺埋大跨隧道下穿既有公路變形控制技術(shù)研究

■許友德（泉州市公路局晉江分局，晉江362000）

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淺埋大跨隧道下穿既有公路變形控制技術(shù)研究

■許友德
（泉州市公路局晉江分局，晉江362000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)迅猛發(fā)展，高速公路的修建規(guī)模和數(shù)量都在逐年呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，新建隧道近距離穿越既有隧道或其他建筑物的現(xiàn)象在所難免，使得施工難度增大。本文依托大鼓山隧道洞口工程，展開(kāi)了對(duì)淺埋大跨隧道下穿既有公路變形一系列的控制技術(shù)研究，按預(yù)定計(jì)劃完成了各項(xiàng)任務(wù)和目標(biāo)，所取得的成果對(duì)確保工程順利展開(kāi)發(fā)揮了積極的作用，為類(lèi)似工程提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

淺埋大跨隧道下穿既有公路施工技術(shù)

0引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)公路交通事業(yè)的飛速發(fā)展，公路的等級(jí)不斷提高，通車(chē)?yán)锍讨鹉昱噬８咚俟芬殉蔀槔瓌?dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的支柱產(chǎn)業(yè)和帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭。在山嶺地區(qū)和跨江過(guò)河的公路建設(shè)中，隧道方案以縮短行車(chē)?yán)锍蹋Ｗo(hù)生態(tài)環(huán)境，提高線型標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)勢(shì)，得到普遍應(yīng)用。

大鼓山隧道進(jìn)洞初期往往會(huì)遇到覆蓋層較薄弱的淺埋段，由于淺埋段圍巖穩(wěn)定性較差，施工過(guò)程中稍有不慎則容易出現(xiàn)垮塌。加之淺埋段下穿既有縣道和居民區(qū)，施工容易引起地表開(kāi)裂甚至破壞、倒塌。因此淺埋段施工方法的選擇直接關(guān)系到前期進(jìn)洞和下穿施工的成敗，關(guān)系到工程的進(jìn)度和安全。

1工程概況

大鼓山隧道左、右線行車(chē)道分別在（ZK41+096～ZK41+126）和（YK41+106～YK41+136）段下穿X339縣道和尾園村。此處圍巖為全風(fēng)化花崗巖，局部夾雜強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，隧道埋深18～31m。通過(guò)走訪調(diào)查，了解到縣道路基在該段落原為山體沖溝，在坡腳處干砌片石坡度1：0.1擋墻防護(hù)（圖1），并經(jīng)開(kāi)挖山體土方傾倒至路基本體內(nèi)進(jìn)行人工夯實(shí)。為保證縣道安全運(yùn)營(yíng)和地面建筑物不開(kāi)裂，不沉降，洞身穿越既有縣道和地面建筑物時(shí)。采取洞外地表加固和洞內(nèi)超前管棚支護(hù)技術(shù)輔助施工。

隧道開(kāi)挖施工方法主要采用臺(tái)階法、中隔壁以及雙側(cè)壁法及環(huán)形預(yù)留核心土開(kāi)挖法，而對(duì)于在復(fù)雜地質(zhì)條件下，采用環(huán)形預(yù)留核心土開(kāi)挖施工，并在淺埋地質(zhì)條件下成功下穿既有縣道（埋深18m）、和建筑構(gòu)造物的尚無(wú)先例。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工和沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，采用環(huán)形預(yù)

圖1　洞頂縣道情況

留核心土開(kāi)挖技術(shù)及輔助措施減小對(duì)地表建筑物的影響。

2洞外地表加固技術(shù)

由于隧道仰坡距離縣道較近，根據(jù)原縣道施工情況，為確保縣道運(yùn)營(yíng)安全和防止縣道坡面受季節(jié)性降水影響失穩(wěn)、滑移，需對(duì)縣道本體及縣道下坡面進(jìn)行加固處理（見(jiàn)圖2）。

圖2　洞頂?shù)乇砑庸淌┕D

具體方案如下：

（1）清理縣道路床坡面植被，修整坡面。

（2）在縣道路床坡腳增設(shè)Φ108mm鋼管抗滑樁，長(zhǎng)度15m，沿縣道坡腳線方向增設(shè)兩排，施工間距按1×2m布置，鋼管抗滑樁采用超前長(zhǎng)管制作工藝。鋼管樁施工完畢后在樁頂施作C15模筑混凝土護(hù)樁，護(hù)樁厚度1m，寬度3m。鋼管樁施工至洞身開(kāi)挖范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整樁長(zhǎng)，以保證樁體加固在洞身開(kāi)挖范圍以外。

（3）縣道干砌片石擋墻處鉆設(shè)φ42mm小導(dǎo)管注漿加固，L=5m，按1.2m×1.2m呈梅花形布置，并在原有干砌片石擋墻外側(cè)增設(shè)C15混凝土擋墻，對(duì)縣道路床進(jìn)行注漿加固。

3洞內(nèi)超前大管棚和小導(dǎo)管聯(lián)合支護(hù)

大管棚作為一種超前支護(hù)措施，較多地應(yīng)用于隧道洞口進(jìn)洞前超前加固施工，在洞內(nèi)施作的工程較少。洞內(nèi)施作相對(duì)于洞外的區(qū)別在于洞內(nèi)作業(yè)空間狹小，且大管棚要在洞身開(kāi)挖輪廓線外進(jìn)行支護(hù)，所以在洞內(nèi)施工大管棚必須對(duì)洞身開(kāi)挖拱部進(jìn)行擴(kuò)挖，形成大管棚施工工作室。

大鼓山隧道洞內(nèi)大管棚施工采用CM351履帶式高風(fēng)壓潛孔鉆（見(jiàn)圖3）。施工作業(yè)時(shí)，距離拱頂最小工作距離為50cm。所以在管棚施工前，需在開(kāi)挖斷面前5m范圍內(nèi)將斷面逐漸加大，以保證鉆機(jī)有足夠的操作空間。

圖3　洞內(nèi)管棚鉆機(jī)

3.1超前大管棚

超前大管棚采用φ89×5mm熱軋無(wú)縫鋼管及鋼花管，長(zhǎng)度L=10m，節(jié)長(zhǎng)為2～3m，每節(jié)鋼管兩端均預(yù)加工成外絲扣。管棚布設(shè)在拱腰以上2m處，沿開(kāi)挖輪廓線布設(shè)，管棚環(huán)向間距30cm，140°鉆設(shè)，外插角15°，鋼花管上間隔30cm鉆設(shè)φ8mm溢漿孔，梅花形布置，每孔第一節(jié)管棚前端做成尖錐狀，方便下管。詳見(jiàn)圖4和圖5。

（1）導(dǎo)向墻施工：導(dǎo)向墻采用兩榀格柵鋼架做支撐，焊接導(dǎo)向管，噴射C20混凝土形成導(dǎo)向墻。

（2）管棚安裝：鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后退出鉆桿，將Φ89mm管棚頂進(jìn)孔內(nèi)，在所有管棚施工完畢后，對(duì)管棚進(jìn)行全孔一次性注漿。

（3）注漿材料。

①PO42.5普通硅酸鹽水泥；

②水泥水灰比：（0.75～1.5）：1；

③水玻璃：35波美度，模數(shù)2.4，添加水泥重量5%的水玻璃；

④注漿壓力：0.5～1.0MPa。 3.2超前小導(dǎo)管支護(hù)

圖4　洞內(nèi)大管棚布置圖

圖5　管棚加工圖

管棚長(zhǎng)度10m一環(huán)，兩環(huán)之間采用超前小導(dǎo)管支護(hù)，且搭接長(zhǎng)度不小于3m。超前小導(dǎo)管采用Φ42mm× 3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度L=5m，鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊接Φ8mm加勁箍，管壁四周鉆8mm壓漿孔，但尾部100cm布設(shè)壓漿孔，超前小導(dǎo)管施工時(shí)，與隧道襯砌中線平行以10～15°仰角打入拱部圍巖，鋼管環(huán)向間距30cm，每打完一排鋼管后及時(shí)封閉掌子面，并注漿。詳見(jiàn)圖6和圖7。

超前小導(dǎo)管縱向間距320cm，每排搭接長(zhǎng)度保持1.0m以上。

超前小導(dǎo)管可以從型鋼拱架腹部穿過(guò)或采用一榀格柵鋼架替代需開(kāi)孔的型鋼鋼架，鋼管尾部應(yīng)與鋼架焊接牢固。

3.3洞身開(kāi)挖施工技術(shù)

圖6　小導(dǎo)管超前支護(hù)布置圖

圖7　小導(dǎo)管超前支護(hù)斷面圖

洞身開(kāi)挖采用環(huán)形預(yù)留核心土三臺(tái)階開(kāi)挖技術(shù)，按照該開(kāi)挖工法，拱部環(huán)向一次開(kāi)挖成型，預(yù)留核心土，每循環(huán)進(jìn)尺0.8m。在掘進(jìn)5m后，中臺(tái)階分左右側(cè)錯(cuò)開(kāi)掘進(jìn)，單側(cè)每次掘進(jìn)0.4m，為了保證拱部的穩(wěn)定，防止兩側(cè)拱腳同時(shí)懸空，中臺(tái)階兩側(cè)邊腿必須錯(cuò)開(kāi)3m。同理，下臺(tái)階掘進(jìn)分左右側(cè)錯(cuò)開(kāi)施工，各部掘進(jìn)間距控制以5m為宜。由于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件較復(fù)雜，考慮在沉降變化較大時(shí)，通過(guò)增加中臺(tái)階臨時(shí)仰拱減緩變形，在中臺(tái)階初支鋼架連接鋼板以上20cm處，焊接臨時(shí)仰拱支撐接頭。

初期支護(hù)參數(shù)采用拱、錨、網(wǎng)、噴聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)（圖8），拱架支撐采用I20b，間距40cm，Φ22mm連接鋼筋；設(shè)雙層Φ6.5mm鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距200mm×200mm，環(huán)向間距100cm；系統(tǒng)錨桿采用Φ42×3.5mm注漿小導(dǎo)管，縱環(huán)向間距40cm（縱）×120cm（環(huán)向），梅花形布置；鎖腳采用Φ42×3.5mm厚350cm長(zhǎng)注漿小導(dǎo)管；C20噴射混凝土厚度26cm。

三臺(tái)階支護(hù)施工完成后，對(duì)系統(tǒng)錨桿和鎖腳鋼管進(jìn)行注漿，加固土體。

圖8　三臺(tái)階法初期支護(hù)參數(shù)圖

4小結(jié)及建議

綜上所述，大鼓山隧道工程通過(guò)地表加固和洞內(nèi)超前管棚支護(hù)，實(shí)現(xiàn)了隧道洞身開(kāi)挖支護(hù)成功下穿既有縣道，并形成一套實(shí)用性強(qiáng)的下穿既有公路和建筑物的隧道施工技術(shù)，確保了工程施工安全，并為以后類(lèi)似工程提供借鑒。

（1）理論分析表明，通過(guò)對(duì)隧道施工期間洞內(nèi)與洞外變形的綜合控制與路基保護(hù)，能夠確保既有道路的安全穩(wěn)定，為施工方案的制定與優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形和地質(zhì)情況，預(yù)見(jiàn)性地采用鋼管抗滑樁和坡面小導(dǎo)管注漿加固技術(shù)加固地表結(jié)構(gòu)物，有效地減小地表變形，確保縣道運(yùn)營(yíng)安全。

（3）通過(guò)增加洞內(nèi)超前大管棚和小導(dǎo)管組合的超前支護(hù)結(jié)構(gòu)，結(jié)合環(huán)形預(yù)留核心土三臺(tái)階開(kāi)挖技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)隧道洞身開(kāi)挖下穿既有縣道和地表建筑物。

［1］許亞軍.超淺埋暗挖隧道下穿高速公路的施工技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2009（01）.

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［3］韓磊，張永剛.淺埋大跨隧道下穿洞穴施工［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2012（11）.