淺談淺埋大跨度隧道下穿既有高速公路的地表沉降控制

摘 要：淺埋大跨度隧道在下穿既有高速施工中，高速路面地表沉降是一項關鍵控制技術指標。國內淺埋大跨度隧道在現階段多采用洞身超前大管棚支護，雙側壁導坑法施工。依托唐山鼓樓隧道實例，重點研究超前大管棚支護，雙側壁導坑法在下穿唐津高速公路時對高速路面地表沉降的有效控制。

關鍵詞：超前管棚；雙側壁導坑法；地表沉降；淺埋隧道；下穿高速

中圖分類號：U4" " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2023）08-0115-03

1 工程概況及設計要求

唐山鼓樓隧道為唐山市某環線公路工程中的重要一段[1]。隧道穿越唐津高速及開鳳路，該隧道按雙向6車道分離式設計，左線長為365 m，右線長為390 m。唐津高速段面寬度為26.5 m，隧道與唐津高速的夾角約為53°，下穿路面長度約為32.4 m。隧道內頂至唐津高速路面高度約為14.9 m，該隧道為淺埋隧道。隧道仰拱開挖寬度為16.7 m，高度為11.9 m，屬于大跨度隧道。隧道斷面跨度大、埋深淺、圍巖軟弱，為了保證隧道施工期間唐津高速絕對行車安全，要求高速公路路面地表沉降控制在20 mm內，保證施工過程不影響唐津高速的正常運營。

2 下穿唐津高速段施工技術措施

2.1 超前支護

隧道下穿唐津高速路段采用洞身大管棚注漿超前支護，具體如圖1所示。

2.1.1 導向墻

管棚施工前，于掌子面超前擴挖1.5 m大管棚施作空間，并利用三榀正洞鋼架施作大管棚套拱，拱架間距為50 cm。超前施工采用靜力爆破開挖，及時施作支護，并噴8 cm厚C25混凝土封閉圍巖，保障施工安全[2]。導向墻采用拱墻噴射C25耐腐蝕混凝土，截面尺寸為0.45 m（環向）×1.5m（縱向），每榀間以Φ22鋼筋縱向連接，保證其穩定性。

2.1.2 管棚制作

管棚采用Φ108、壁厚6 mm熱軋無縫鋼管，環向間距40 cm。采用Φ121×6 mm鋼管接頭連接，使管棚形成整體，達到設計長度。Φ108鋼管上呈梅花形布置注漿孔，孔徑10～16 mm，縱向間距30～40 cm，環向間距9～12 cm。尾部長度不小于1.5 m，作為不鉆孔的止漿段。

在鋼管內安裝鋼筋籠，用以提高管棚作用力。鋼筋籠由4根主筋和固定環組成，固定環采用長5 cm的Φ42×3.5 mm型短管節，間距1 m布置，與主筋焊接（圖2）。

2.1.3 鉆孔及鋼管安裝

采用管棚鉆機沿開挖輪廓外縱向鉆設管棚孔，管棚鉆機為兩臺。布設孔號，并對單號分別沿逆時針和順時針同時進行布設。在每孔的第一節管安裝管系，鉆頭與管系連接后，放入導向管內，鉆桿穿過第一節鋼管與鉆頭連接，開動管棚機，利用沖擊器帶動管棚鋼管鉆進。

在第一節鋼管鉆進到位后，套管連接，繼續跟進鉆桿及管棚鋼管。待鉆到設計長度后，反轉鉆桿，使鉆頭退回管內，進行下一孔施工。管棚外插角設計為1～3°控制。管棚每節長4～6 m，逐節接長并頂推旋轉至設計長度，棚管縱向搭接長度應滿足圖設計要求。鉆孔結束，用高壓氣吹孔，清除管內鉆渣，安裝鋼筋籠。

2.1.4 注漿

單號管棚安裝完成后，開始注漿施工。注漿漿液采用配比1：1水泥漿，注漿壓力一般為0.8～1.5 MPa。具體注漿配合比和注漿壓力由現場實驗確定。根據現場圍巖情況，必要時可注水泥-水玻璃雙液漿。采用鋼板在鋼管口焊接封堵，預留注漿管。注漿管安裝閥門，注漿管深入管棚30 cm，堵頭封閉嚴實，用快干水泥砂漿密封鋼管與導向管之間空隙，在管棚口直接注漿。

以單孔設計注漿量和注漿壓力相結合作為注漿結束標準。注漿時要注意對地表以及四周進行觀察，防止漏漿發生。如注漿壓力一直不上升，可用間歇注漿方法，以控制注漿擴散范圍。單號管棚注漿施工完成，待漿液強度達到規范要求后，進行雙號孔施工。

2.1.5 鼓樓隧道工藝調整

鼓樓隧道在前期施工中管棚外插角為3°時，出現管棚尾部下垂超限情況。唐津高速段施工中，考慮到下一循環管棚的開挖及鉆具自然下垂等因素，結合實際圍巖情況，將鼓樓隧道管棚外插角調整為4.5°，施工中未出現尾部下垂超限情況，滿足施工要求。

管棚注漿在攪拌站集中攪拌后用混凝土罐車運至現場，保證水泥漿攪拌質量。管棚注漿口預留快速止回接頭實現與注漿管快速對接，提高注漿效率，保證注漿壓力。

2.2 雙側壁導坑法開挖支護

唐津高速段隧道開挖、支護采用雙側壁導坑法，開挖方式采用靜力爆破開挖，以減少對隧道初期支護的破壞和爆破振動對地層的不利影響。每部開挖完成后初噴混凝土，然后架設型鋼鋼架，掛鋼筋網，錨桿施工、復噴混凝土。

2.2.1 施工工序

2.2.1.1 側壁導坑開挖

先行導坑采用臺階法開挖，上下半斷面間距控制不大于10 m，使用靜力爆破法爆破，開挖每循環進尺0.5 m。為保證施工安全，開挖完成后初噴4 cm混凝土，然后及時對主洞和側壁墻同時進行支護。鋼拱架支撐按設計要求制作，鋼架間距0.5 m，采用Φ22鋼筋縱向連接。系統錨桿采用Φ25中空注漿錨桿Φ22砂漿錨桿組合錨桿，長度4.5 m/根，間距0.8 m×0.5 m。然后噴錨，總厚度達28 cm。當先行導坑超前不大于10 m。兩側導坑可同時開挖，后行導坑開挖、支護方式與先行導坑相同。

2.2.1.2 中央部分開挖

在后行導坑道開挖時可進行中央導坑開挖。中央導坑開挖也采用臺階法，上下臺階間距控制在5～8 m。上部臺階高2.5 m。采用靜力爆破法實施爆破作業，開挖成形后及時檢查斷面尺寸，防止超欠挖。及時進行初期支護施工，然后噴射混凝土。中臺階，下臺階臺階長度不大于5 m。施工中部開挖可利用自制臺架鉆眼，靜力爆破后，機械出碴運輸，仰拱部份可留下以后開挖。

2.2.2 鼓樓隧道施工要點

鼓樓隧道在施工中，初支鋼架預留注漿管，初期支護噴錨完成后立即采取對圍巖與支護結構間回填注漿措施，控制圍巖沉降收斂。施工工序如圖3 所示，開挖順序用阿拉伯數字表示，支護順序用希臘字母表示。

2.3 地表沉降監測

2.3.1 地表沉降設計要求

為保證隧道安全、順利、高質量的貫通和高速公路行車安全，應選擇適當的監控方案，加強監控量測，使監測量控能客觀地反映隧道通過高速公路時的安全狀況。對唐津高速路面沉降建立聯合監測機制，以便公路管理部門全面了解工程情況，及時采取應急措施，保障運營安全。

監控量測加密風險源處監控布點。為縮短量測時間間隔，減小預警值設置值，預警值設為0.15 mm/d，累計值為8 mm。若大于預警值，應停止施工，并及時采取加固措施，控制路面沉降量，確保行車安全。當工后路面沉降超過20 mm時，應對唐津高速路面進行恢復處理[3]。

2.3.2 地表沉降觀測設置

本工程專門對隧道下穿公路起點和終點四個關鍵風險點進行沉降檢測[4]。結合現場實際情況，每個斷面隧道中心線地表布設一點，沿隧道中心線分別向兩側間隔5 m布設一點，共11點。加密風險源處監控布點測點分布及監測情況如表1和圖4所示。

2.3.3 地表沉降數據的整理分析

對每天監控量測數據進行實時分析，根據分析數據得出隧道對高速路面地表沉降的影響。當日變形速率超過規定值的處理，以及累計變形值超過規定值時，要進行原因分析，并進行工程措施的制定和調整，以確保工程措施現場落實到位。同時建立《每周（月）觀測數據的綜合分析臺帳》、《異常數據處理臺帳》，通過定期對觀測數據進行階段性分析，指導工程安全性評價，并提出相應工程對策建議[5]。

2.3.4 數據指導施工安全

在實際沉降觀測中發現，新建隧道開挖對既有高速公路路面沉降影響較大區域基本分布在隧道中心線兩側15 m范圍內，因此選取a3，a3’，a2，a2’，a1，a1’，a07個點繪制沉降曲線圖。從開挖仰拱部分土體至仰拱部分土體開挖完畢，各斷面隧道中心線地表沉降值最大，隨著仰拱的澆筑封閉成環，地表沉降數據逐漸趨于穩定，使沉降值控制在20 mm以內[6]。

根據監控量測結果反應的不同情況等級，對其采取了局部套打超前小導管加固注漿，噴混凝土穩定開挖工作面等加固措施。同時優化施工方案，提高注漿效率后，縮短了仰拱封閉成環時間，有效控制了地表沉降[7]。

3 施工效果

鼓樓隧道在下穿高速段的施工中，采用洞身超前支護采用Φ108大管棚，雙側壁導坑法開挖支護，并根據地表沉降監測數據采集，及時反饋動態指導施工，隧道于11月底完成高速段二次襯砌施工。施工過程中，嚴把安全質量關，施工現場無任何安全事故發生，將唐津高速地表沉降控制在20 mm以內，滿足規范及建設單位的要求。

4 結束語

近年來，以暗挖法施工的隧道形式下穿高速公路和鐵路的工程項目不斷增多，隧道斷面越來越大，圍巖情況更加復雜。在保證不影響既有線路通車的情況下，安全地進行施工已成為不得不面對的技術難題。鼓樓隧道采用的雙側壁導坑開挖方案，各工序步驟控制難度小，施工效率高，顯示出巨大的優越性。該施工方案較好地滿足了施工階段的安全要求，成功下穿唐津高速，為以后此類工程的施工安全穩定性提供了較成熟的施工思路和經驗。

參考文獻

[1] 楊林德.公路施工手冊：隧道[M].

[2]" JTG F90-2015.公路工程施工安全技術規范[S].

[3]" JGJ/T8-2007.建筑沉降變形測量規程[S].

[4]" GB50026-2007.工程測量規范[S].

[5] 高峰，譚緒凱.雙側壁導坑法施工的大斷面隧道的穩定性分析[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2010（3）：363-355+440.

[6] 曹鋒，劉鳳奎.雙側壁導坑法在黃土淺埋大斷面隧道中的應用[J].電子測試，2013（3）：267-268.

[7] 陳榮偉，楊健，汪波.新建隧道下穿既有高速公路關鍵問題的探討[J].公路，2009（11）：259-264.