淺埋隧道下穿既有道路的施工技術(shù)研究

張耀雙

（中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 101400）

1 工程概況

1.1 工程簡介

杉樹坪左線全長1 585.00m，右線全長1 585.86m，杉樹坪左線進(jìn)口V級(jí)淺埋段長190m，右線進(jìn)口V級(jí)淺埋段長220m，淺埋段通過崩坡積體洞頂埋深過淺，且為堆積體，圍巖含泥量極大，松散破碎，施工難度較大，進(jìn)度緩慢，月度進(jìn)尺為30m/月。為了在保證質(zhì)量和安全前提下不影響全線工期，項(xiàng)目部決定由出口進(jìn)洞開挖，與入口形成雙向?qū)Υ?。杉樹坪隧道凈空?0.25m×5.00m，為雙車道隧道，隧道出口向小里程方向100m范圍內(nèi)為小凈距隧道。隧道出洞口上方省級(jí)道路（YK37＋964－YK37＋970）近于垂直通過，其路面高程為636.220m，比隧道出洞口頂設(shè)計(jì)高程634.350m高出不到2m，出洞口前為一斜坡，坡度約為37°，存在約4.6m厚崩坡積層及強(qiáng)風(fēng)化層。施工現(xiàn)場照片如圖1所示。

圖1 施工現(xiàn)場照片（覆蓋層＜2m）

1.2 隧道出口工程地質(zhì)

出洞口位于斜坡山脊上，斜坡坡向約171°，坡角28°～36°。隧道近乎直線出洞，洞軸線與斜坡走向交角近90°，與巖層走向交角49°。緩坡零星分布有厚度0.5～1.5m的殘坡積層粉質(zhì)黏土，結(jié)構(gòu)松散；基巖為志留系中統(tǒng)韓家店組2段頁巖，為軟巖。地下水貧乏，雨后可能有少量滲水且呈滴狀滲出，洞口段未見崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，天然斜坡穩(wěn)定。

2 原設(shè)計(jì)施工方案存在的問題

隧道出口進(jìn)洞將橫穿S202省道，原設(shè)計(jì)出洞施工，先進(jìn)行既有道路的挖除，在原省道路面下方施作明洞，明洞修筑完成后再在上方恢復(fù)瀝青混凝土路面。該方案未考慮明洞施工期間斷路帶來的影響，根據(jù)項(xiàng)目部從2016年5月進(jìn)場以后的情況來看，該條道路的車流量較大，且該省道為石黔項(xiàng)目運(yùn)送砂石料、鋼材、水泥的必經(jīng)之路，也是項(xiàng)目部的施工車輛運(yùn)行便道。所以，挖斷S202省道并在明洞施工完成后恢復(fù)，這種設(shè)計(jì)方案明顯不可行。

3 解決方案

3.1 進(jìn)洞施工思路

經(jīng)研究，出口進(jìn)洞施工的前提有2點(diǎn):①必須保證S202省道的運(yùn)行暢通；②保證淺埋下穿既有省道的隧道安全進(jìn)洞。經(jīng)邀請(qǐng)總包、設(shè)計(jì)院、業(yè)主等多方多次進(jìn)行現(xiàn)場查看，根據(jù)這2個(gè)大前提給出進(jìn)洞方案。

1）取消明洞，采取暗挖法的施工方法進(jìn)洞，進(jìn)洞前將既有S202省道向山體方向（隧道小里程）改移20m，改移道路完成后封閉既有S202省道段，運(yùn)行車輛改由改移道路通行。

2）進(jìn)行隧道出口右洞進(jìn)洞施工，當(dāng)右洞出口掌子面施工超過既有道路而又沒進(jìn)入改移道路時(shí)，停止施工，跟進(jìn)仰拱、二襯；待位于既有省道下方的二襯施工完畢且強(qiáng)度達(dá)到要求后，將車輛運(yùn)行路線改回既有省道上，右洞掌子面繼續(xù)向前開挖，二襯持續(xù)跟進(jìn)；待二襯超過改移道路且強(qiáng)度達(dá)到要求后，將運(yùn)行路線變回改移道路。

3）因?yàn)樗淼?00m范圍內(nèi)為小凈距隧道，施工前后洞掌子面要距離50m以上，所以在第二步施工完成且掌子面距離大于50m后，方可施工左洞，施工工序和交通轉(zhuǎn)換同第二步。

4）左右洞均通過改移道路后考慮改移道路距離隧道洞口較遠(yuǎn)，比原既有道路具備更大安全性，遂封閉原既有道路禁止通行，在改移道路上設(shè)置防撞護(hù)欄，在洞口上方設(shè)置防拋網(wǎng)，杉樹坪淺埋隧道下穿既有省道施工正式完成。

該進(jìn)洞方案將淺埋隧道下穿既有省道的復(fù)合式難點(diǎn)成功分割為淺埋隧道施工和下穿既有省道施工，既保證了S202省道的運(yùn)行通暢，又保證了將淺埋隧道施工受上方既有道路的干擾降到最低。

3.2 存在的重難點(diǎn)和解決措施

針對(duì)以上解決方案，在施工前和施工過程中存在以下重難點(diǎn)。

1）S202省道車流量大，且多為施工和運(yùn)輸材料的重型車輛，暗洞開挖覆蓋層小于2m，施工風(fēng)險(xiǎn)大，安全隱患大。

解決措施:對(duì)于覆蓋層主要有2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn):首先，改移道路后，淺埋隧道暗挖的風(fēng)險(xiǎn)；其次，采用改移道路作為永久省道通行對(duì)隧道長期荷載的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)提出了以下解決措施。

改移道路后，隧道為單一的淺埋暗挖隧道，綜合分析決定在洞口施作套拱，采用30m大管棚進(jìn)洞，管棚根數(shù)33根，使拱頂上方形成承載能力較強(qiáng)的拱形整體。進(jìn)洞方法采用三臺(tái)階短進(jìn)尺七步開挖法，開挖采用挖機(jī)配合破碎錘掘進(jìn)，嚴(yán)禁放炮。開挖遵循短進(jìn)尺、早支護(hù)、勤量測的原則，在開挖斷面布設(shè)圍巖沉降、收斂觀測點(diǎn)，并在路面布設(shè)沉降觀測點(diǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)總沉降值或沉降速率超過預(yù)警值，需立即停止施工，并查明原因。

針對(duì)改移道路作為永久省道通行對(duì)隧道長期荷載的風(fēng)險(xiǎn)，在改移道路施工時(shí)，路面標(biāo)高要比既有路面標(biāo)高高出2m，加厚隧道覆蓋層，并在路面施工時(shí)采用工字鋼做成的簡單簡支橋結(jié)構(gòu)，以此承受一部分路面上的車輛荷載，保證改路省道和下穿新建公路隧道的安全運(yùn)行。同時(shí)，二次襯砌原設(shè)計(jì)采用XS5a下穿原既有路段加強(qiáng)支護(hù)，現(xiàn)改為下穿既有路至改移道路均采用XS5a型加強(qiáng)支護(hù)。

2）杉樹坪出口隧道設(shè)計(jì)線間距11.722m，為極小凈距隧道，對(duì)中夾巖擾動(dòng)大。隧道開挖后產(chǎn)生的應(yīng)力交疊極易導(dǎo)致圍巖坍塌變形，使初期支護(hù)和二次襯砌的承受較大的圍巖壓力。同時(shí)隧道周邊圍巖可能產(chǎn)生較大的塑性區(qū)，從而導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)被破壞。

解決措施:施工方案按小凈距隧道施工方案執(zhí)行，隧道支護(hù)采用XSa型襯砌支護(hù)形式，結(jié)構(gòu)支護(hù)較一般段加強(qiáng)，中夾巖采用長系統(tǒng)錨桿加固。隧道開挖時(shí)，必須盡可能減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保證中夾巖和周邊圍巖的穩(wěn)定性和整體性。

3）左線出口左側(cè)有一天然沖溝，拱頂存在節(jié)理斷層且含水量大。該沖溝常年流水，極有可能滲入隧道拱頂和邊墻圍巖，給隧道開挖造成極大的障礙。

解決措施:項(xiàng)目部在改移道路正對(duì)沖溝和涵洞的地方埋設(shè)涵管與既有涵洞連接，再將涵管入口處封堵，使沖溝水由改移道路的路基邊溝排出，在施工過程中保證沖溝的水不會(huì)滲入隧道拱頂和邊墻圍巖；在出口段施工完成后，挖開涵管進(jìn)口封堵施工拱頂排水溝，由原涵洞經(jīng)拱頂端墻截水溝排出。

4）S202省道車流量較大，改用改移道路后需考慮如何確保運(yùn)行車輛及下方新建高速公路的安全。

解決措施:改移道路完成后，在隧道一側(cè)施工防撞護(hù)欄和防撞墻（隧道洞口上方），并安設(shè)防拋網(wǎng)，防止墜物掉入新建高速公路。

4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

原設(shè)計(jì)方案為初始風(fēng)險(xiǎn)事件，初始風(fēng)險(xiǎn)事件為中、高度風(fēng)險(xiǎn)，屬于不可接受范圍，通過改變?cè)O(shè)計(jì)方案，采取針對(duì)性的措施，將風(fēng)險(xiǎn)降低至可接受或可忽略范圍，并在施工過程中采取加強(qiáng)監(jiān)控量測、細(xì)化施工措施、制定降低風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)施性施工方案，以期最大程度地將風(fēng)險(xiǎn)降低至可接受范圍。

5 施工要點(diǎn)

5.1 三臺(tái)階七步開挖法

隧道三臺(tái)階七步開挖法是以弧形導(dǎo)坑開挖留核心土為基本模式，分上、中、下3個(gè)臺(tái)階7個(gè)開挖面，各部位的開挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開、平行推進(jìn)的隧道施工方法。

三臺(tái)階七步開挖法的施工工藝流程如下。

1）上部弧形導(dǎo)坑環(huán)向開挖，施作拱部初期支護(hù)。

2）中、下臺(tái)階左右錯(cuò)開開挖，施作墻部初期支護(hù)。

3）中心預(yù)留核心土開挖、隧底開挖，施作隧底初期支護(hù)。

每步開挖后均應(yīng)及時(shí)支護(hù)，隧底初期支護(hù)后應(yīng)及時(shí)施作仰拱，盡早封閉成環(huán)。

5.2 地面沉降觀測

因隧道洞口松散，開挖后圍巖難以自穩(wěn)成拱，地表易沉陷，為了確保洞口段的施工安全，將此項(xiàng)作為必測項(xiàng)目。地表下沉量測在隧道開挖前進(jìn)行，借以獲得開挖過程中全位移曲線。本隧道地表下沉量測包括洞口段、洞身淺埋段及隧道開挖寬度3～5倍范圍內(nèi)地表建筑物密集區(qū)。淺埋段地表下沉量測斷面布置與拱頂下沉量測及水平凈空變化量測在同一斷面內(nèi)。洞口段地表下沉在進(jìn)洞前布置好監(jiān)測斷面，及時(shí)采集數(shù)據(jù)；洞身淺埋段及洞身地表建筑物密集區(qū)在開挖前布置好監(jiān)測斷面，隧道開挖臨近時(shí)開始采集數(shù)據(jù)，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止為止。

6 結(jié)語

針對(duì)下穿公路的淺埋隧道提出以改路進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換的方法，將淺埋隧道下穿既有省道的復(fù)合式難點(diǎn)成功分割為淺埋隧道施工和下穿既有省道施工，并給出了此段隧道的施工措施與改路的施工措施。目前，該隧道已貫通未通車，經(jīng)過長期地表沉降監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)明顯沉降，地表無裂縫，施工和上方省道運(yùn)行期間無任何安全質(zhì)量事故，說明本文提出的施工方案及工藝合理，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，對(duì)以后類似項(xiàng)目的施工提供了重要的參考。