大跨淺埋路基回填土隧道變形控制分析

唐金仕

（重慶曾家?guī)r大橋建設(shè)管理有限公司，重慶 400060）

隨著我國(guó)交通行業(yè)的快速發(fā)展，公路工程建設(shè)等級(jí)不斷提高，同時(shí)隧道工程建設(shè)數(shù)量越來(lái)越多。隧道施工方案不但能夠縮短行車(chē)?yán)锍蹋疑鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)效益較高，能夠提高交通線型標(biāo)準(zhǔn)。大跨淺埋隧道圍巖結(jié)果穩(wěn)定性比較差，如果施工現(xiàn)場(chǎng)控制不當(dāng)，則會(huì)發(fā)生垮塌事故，導(dǎo)致地表開(kāi)裂，進(jìn)而影響地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。為此，亟需對(duì)大跨淺埋路基回填土隧道變形控制要點(diǎn)進(jìn)行深入研究。

1 大跨淺埋隧道下穿路基變形機(jī)理

在隧道工程下穿施工中，底層結(jié)構(gòu)、軌道板以及路基能夠形成共同作用體系。在隧道開(kāi)挖施工中，可能造成周?chē)貙影l(fā)生變形，并逐漸傳遞至路基，導(dǎo)致路基變形，最終對(duì)上部軌道結(jié)構(gòu)造成不良影響。在道路結(jié)構(gòu)中，路基能夠起到支撐作用，需與隧道工程軌道板以及地基進(jìn)行連接，這樣能夠?qū)④壍郎细步Y(jié)構(gòu)荷載傳遞至地基中。路基變形形式主要有兩種，一是路基主體變形；二是路基基礎(chǔ)變形。其中，路基主體變形指路基在隧道工程荷載作用下所造成的變形。

在隧道工程施工中，需增加壓實(shí)密度，以此對(duì)地基工后沉降進(jìn)行有效控制。在路基施工中，通過(guò)應(yīng)用大型機(jī)械設(shè)備對(duì)路基土體進(jìn)行壓密處理，能夠有效提高土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。基床是路基結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵組成部分，只有保證基床強(qiáng)度，才能夠避免路基結(jié)構(gòu)受到破壞，同時(shí)還應(yīng)提高基床排水性能。另外，還應(yīng)提高基床剛度，避免發(fā)生路基結(jié)構(gòu)變形。對(duì)于路基變形過(guò)程，可分為三個(gè)階段：第一，彈性-塑性變形階段；第二，不均勻變形階段；第三，蠕變階段。在第一變形階段，當(dāng)路基土體受到上覆荷載作用后，即可產(chǎn)生壓縮變形；而在第二階段，如果路基填方施工材料均勻性比較差，則會(huì)造成路堤中發(fā)生應(yīng)力集中，進(jìn)而導(dǎo)致路基橫向不均勻沉降；在第三階段，路基結(jié)構(gòu)蠕變過(guò)程越來(lái)越復(fù)雜，并發(fā)生彈塑性變形。

在隧道工程下穿施工中，地基變形的影響因素主要有兩種，分別為地基巖土自身性質(zhì)影響以及下穿隧道施工對(duì)地基所造成的擾動(dòng)作用。在隧道工程開(kāi)挖施工中，如果對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)作用比較大，則路基變形量也比較大。另外，如果路基受到附加荷載影響，也會(huì)發(fā)生變形，這與地基巖土結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)密切相關(guān)。如果力學(xué)參數(shù)比較差，則路基變形量也比較大，當(dāng)路基受到附加荷載影響，則變形量比較大。

2 大跨淺埋路基回填土隧道變形控制技術(shù)

2.1 超前管棚注漿法

在隧道工程超前管棚注漿施工中，可沿隧道工程邊緣輪廓上部分，按照一定行間距進(jìn)行隧道開(kāi)挖施工，使得隧道施工方向左右外插角度能夠形成環(huán)形布置形式，再利用鋼管進(jìn)行壓力注漿施工時(shí)，即可形成類(lèi)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。在應(yīng)用超前管棚注漿施工技術(shù)時(shí)，鋼管能夠?qū)Τ肮芘锇l(fā)揮支護(hù)作用，同時(shí)還可將漿液灌注至所需加固地層。在實(shí)際施工中，通過(guò)鋼管注入漿液，漿液可滲透至圍巖結(jié)構(gòu)中，并發(fā)生結(jié)晶體凝聚，從而改善上覆地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.2 全方位高壓噴射工法

在路基變形控制施工中，可采用全方位高壓噴射施工技術(shù)，通過(guò)對(duì)排漿量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，能夠?qū)Φ貎?nèi)壓力進(jìn)行有效控制。在地內(nèi)壓力作用下，可有效保證成樁直徑，同時(shí)不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不良影響。在全方位高壓噴射施工中，可選擇在水平方向或者垂直方向噴射漿液，以此保證富水土層水平向施工安全性。通過(guò)利用專(zhuān)用排泥管進(jìn)行排漿施工，對(duì)泥漿材料進(jìn)行集中化管理，能夠避免對(duì)施工場(chǎng)地造成污染，同時(shí)還可優(yōu)化調(diào)整地內(nèi)壓力，避免泥漿進(jìn)入地下管道或者水體中。

2.3 CFG樁板聯(lián)合加固法

CFG樁板結(jié)構(gòu)是由CFG樁、鋼筋混凝土樁以及鋼筋混凝土承載板所組成的，可對(duì)軟弱地基起到加固作用。CFG樁板結(jié)構(gòu)的加固機(jī)理包括以下三點(diǎn)：第一，CFG樁能夠起到土體置換作用；第二，混凝土筏板可有效支撐上覆地層荷載，并發(fā)揮承載作用，將上覆地層傳遞荷載，促進(jìn)樁體之間土體壓縮模量的增加，進(jìn)而提高土體結(jié)構(gòu)的承載能力；第三，樁體結(jié)構(gòu)能夠?qū)Φ貙悠鸬綌D密作用。在CFG樁施工中，樁體施工材料會(huì)發(fā)生水化作用，導(dǎo)致周邊土體發(fā)熱、吸收水分并膨脹，從而對(duì)周邊土體起到擠壓作用。

3 大跨淺埋路基回填土隧道變形控制實(shí)例

3.1 工程概況

在某隧道工程施工中，左線行車(chē)道需下穿道路工程，而右線行車(chē)道需穿越周邊農(nóng)村。通過(guò)對(duì)隧道工程施工區(qū)域地質(zhì)條件進(jìn)行勘查，發(fā)現(xiàn)圍巖結(jié)構(gòu)為全風(fēng)化花崗巖，并且局部為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，隧道工程埋深在18～31m。另外，該隧道工程下穿道路路基處于山體沖溝，在坡腳位置，采用擋墻施工技術(shù)進(jìn)行防護(hù)，在山體開(kāi)挖施工中，將開(kāi)挖土體傾倒至路基結(jié)構(gòu)中，并組織施工人員進(jìn)行夯實(shí)加固處理。為了保證在隧道工程下穿道路施工中，避免地面建筑工程產(chǎn)生裂縫和地基沉降變形，需根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，聯(lián)合應(yīng)用洞外地表加固施工技術(shù)以及洞內(nèi)超前管棚支護(hù)施工技術(shù)。在隧道工程開(kāi)挖施工中，如果施工區(qū)域地質(zhì)條件比較復(fù)雜，則可采用環(huán)形預(yù)留核心土開(kāi)挖施工技術(shù)。

3.2 洞外地表加固技術(shù)

（1）全面清理下穿道路工程坡面植物，并修整坡面。（2）在道路工程路床坡腳位置，沿坡腳線安裝兩排長(zhǎng)度為15m的Φ108mm鋼管抗滑樁，采用超前長(zhǎng)管施工技術(shù)。在鋼管樁施工完成后，在樁頂采用C15混凝土澆筑護(hù)樁。在鋼管樁施工中，在達(dá)到洞身開(kāi)挖施工范圍后，需測(cè)量樁長(zhǎng)，確保樁體結(jié)構(gòu)處于洞身開(kāi)挖施工范圍。（3）在道路工程干砌片石擋墻施工中，鉆φ42mm小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固處理，導(dǎo)管長(zhǎng)度為5m，采用梅花形布置形式。同時(shí)，對(duì)于道路工程路床，還需采用注漿技術(shù)進(jìn)行加固。

3.3 洞內(nèi)超前大管棚和小導(dǎo)管聯(lián)合支護(hù)

在隧道工程超前支護(hù)施工中，大管棚施工技術(shù)比較常見(jiàn)，主要被應(yīng)用于隧道工程洞口進(jìn)洞超前加固施工中。洞內(nèi)作業(yè)空間小，如果采用管棚施工技術(shù)，需在洞身開(kāi)挖輪廓線以外進(jìn)行支護(hù)施工。如果在洞內(nèi)進(jìn)行大管棚施工，則需對(duì)洞身進(jìn)行擴(kuò)挖施工。在該工程大管棚施工中，應(yīng)用履帶式高風(fēng)壓潛孔鉆，與拱頂距離在50cm以上，在開(kāi)挖斷面之前5m，需擴(kuò)大斷面，確保鉆機(jī)具有充足操作空間。

（1）超前大管棚。超前大管棚可采用熱軋無(wú)縫鋼管以及鋼花管進(jìn)行加固，鋼管兩端需采用預(yù)加工施工方式制作為外絲扣。管棚可設(shè)置在拱腰以上2m位置，并沿開(kāi)挖輪廓線進(jìn)行布設(shè)，鋼花管采用梅花形布置形式。①導(dǎo)向墻可采用兩榀格柵鋼架作為支撐結(jié)構(gòu)，對(duì)導(dǎo)向管進(jìn)行焊接連接，并噴射C20混凝土，進(jìn)而形成導(dǎo)向墻。②管棚安裝。根據(jù)設(shè)計(jì)深度要求進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔完成后，將管棚頂入鉆孔中，在管棚施工完成后，即可進(jìn)行一次性注漿施工，注漿壓力為0.5～1.0MPa。

（2）超前小導(dǎo)管支護(hù)。管棚長(zhǎng)度為10m每環(huán)，在兩個(gè)環(huán)之間，需應(yīng)用超前小導(dǎo)管作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，兩環(huán)之間的搭接長(zhǎng)度應(yīng)控制在3m以上。超前小導(dǎo)管可采用熱軋無(wú)縫鋼管制作，鋼管前端應(yīng)制作為尖錐狀，同時(shí)鋼管尾端需焊接加勁箍，并設(shè)置壓漿孔，管壁四周需鉆壓漿孔。在超前小導(dǎo)管施工中，管棚需與隧道襯砌中線保持平行，然后再以10～15°仰角打入至拱部圍巖中，在完成一排鋼管后，即可封閉掌子面，并進(jìn)行注漿施工，采用小導(dǎo)管超前支護(hù)斷面形式。在進(jìn)行超前小導(dǎo)管布設(shè)時(shí)，縱向間距為320cm，各排搭接長(zhǎng)度應(yīng)控制在1.0m以上。

3.4 洞身開(kāi)挖施工技術(shù)

在隧道工程洞身開(kāi)挖施工中，采用環(huán)形預(yù)留核心土三臺(tái)階開(kāi)挖施工方式。對(duì)于隧道工程拱部，進(jìn)行環(huán)向一次開(kāi)挖施工方式，并預(yù)留核心土，每次循環(huán)進(jìn)尺0.8m。在掘進(jìn)5m后，中臺(tái)階分左右兩側(cè)掘進(jìn)施工，每次掘進(jìn)0.4m。為了避免對(duì)拱部以及拱腳穩(wěn)定性造成不良影響，需將中臺(tái)階兩側(cè)邊腿之間距離控制在3m以上。在下臺(tái)階掘進(jìn)施工中，也需采用分左右兩側(cè)施工方式，各部分掘進(jìn)間距應(yīng)控制在5m左右。在該工程施工中，施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜，如果路基結(jié)構(gòu)沉降變形比較大，則還需及時(shí)增加中臺(tái)階臨時(shí)仰拱，以此控制路基變形發(fā)展。初期支護(hù)結(jié)構(gòu)可采用拱、錨、網(wǎng)、噴聯(lián)合結(jié)構(gòu)形式，在拱架支撐施工中，拱架間距需控制在40cm左右，同時(shí)還需設(shè)置雙層鋼絲網(wǎng)片，錨桿采用注漿小導(dǎo)管，并應(yīng)用梅花形布置形式，鎖腳為注漿注漿小導(dǎo)管。在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)架設(shè)完成后，采用C20混凝土進(jìn)行噴射施工。在三臺(tái)階支護(hù)施工完成后，對(duì)于系統(tǒng)錨桿以及鎖腳鋼管，也需進(jìn)行注漿加固處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章主要結(jié)合實(shí)例，對(duì)大跨淺埋路基回填土隧道變形控制施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)探究。在隧道工程的洞身開(kāi)挖支護(hù)施工中需下穿道路工程，此時(shí)會(huì)擾動(dòng)地層結(jié)構(gòu)，并造成路基結(jié)構(gòu)變形，對(duì)此，在隧道工程施工中，必須加強(qiáng)洞內(nèi)、洞外變形控制，并做好路基結(jié)構(gòu)保護(hù)，保證道路工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。另外，還需對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)地形條件進(jìn)行勘查，對(duì)地表結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，進(jìn)而有效控制地表變形，保障道路工程安全進(jìn)行。