李 晓 鹏

(中铁十五局集团第五工程有限公司，河南 洛阳 471002)

穿越公路浅埋暗挖隧道施工工艺的应用研究

李 晓 鹏

(中铁十五局集团第五工程有限公司，河南 洛阳 471002)

结合工程实例，对铁路穿越高速公路采用暗挖法施工的工艺进行了研究，通过计算隧道施工中土体的变形、应力、支护受力等情况，分析了控制地面沉降的措施，并对施工工艺进行了监测，取得了预期的施工效果。

隧道，浅埋暗挖，施工工艺，围岩，沉降

我们用京沪高速铁路第三段金牛隧道下穿京福高速公路工程实际案例，展开对浅埋暗挖法施工工艺的研究。

1 案例概述

京沪高速铁路隧道断面大，埋深小、地质条件特殊等特质为工程施工带来了巨大的难度。并且京沪高速铁路隧道穿越我国经济发达地区，对生态环境有更高的要求，更加复杂化了施工条件。京沪高速铁路全线有大小20座隧道，里程DK420+395～DK467+228京福高速公路段有大量浅埋、破碎围岩隧道，软弱大断面隧道，施工过程中容易塌方和变形，尤其是断层破碎带以及软岩膨胀地层，极大的降低了施工效率，并且很容易造成施工事故，要求以安全、快速、经济适用的原则对京沪铁路沿线隧道开展施工。

2 施工工艺分析

按照课题要求对工程特点的分析，有几点技术难点：保持高速公路正常运营、安全防护路基边坡、地下管线和软弱地层、保障地层平稳。

1)分析研究铁路下穿采用浅埋暗挖引起公路路基沉降的原因。a.开挖隧道，形成临空面，扰动周围土体，地层应力容易被改变。b.隧道跨度越大，支护难度越大，导致竖向移位。c.初期支护以及预支护的刚度和强度是地表下沉的重要影响因素。d.施工方式：施工方式不同对地表沉降造成不同影响，施工步骤对围岩约束和机理不同。

2) 研究控制沉降的措施。a.加固超前预支护。b.中空式注浆锚杆、格栅钢筋网，喷射混凝土等一般运用于隧道边墙的初期支护，以约束隧道洞体周围土体变形移位。c.在计算与设计中选择科学合理的计算模型。d.洞口段施工采用明挖暗作施工，加固路堤边坡。e.选择合理的施工方法也是很关键的，本文案例便采用CRD施工法施工。

3)关键施工工艺：CRD施工法、中空式注浆锚杆、水平大管棚的施工工艺、注浆工艺、防水层施工工艺、喷射混凝土施工工艺。

4)监测技术。将跟踪监测施工的全过程反馈给设计和施工，是监控量测反馈系统的职责。一套严密的监控量测反馈系统可以帮助施工掌握软弱围岩情况。

3 施工工艺应用研究

采用复合型支护结构，初期支护为25 cm厚的网喷混凝土，二次衬砌为40 cm的钢筋混凝土，隧道断面施工采用了形式结构圆滑的马蹄形。

采用CRD施工法，施工顺序为：

1)拱部超前，加固注浆；2)左侧上导洞开挖，初支护临时支撑；3)左侧下导洞开挖，初支护临时支撑；4)右侧上导洞开挖，初支护临时支撑；5)右侧下导洞开挖，初支护临时支撑；6)衬砌背后回填注浆，拆除临时支撑的初支护，铺防水层；7)二次衬砌成环施作；8)再做衬砌，背后回填注浆。

要求:每一次开挖都要尽可能保证一次完成、封闭成环也要一次成功，避免施工操作多次扰动周边土体。

3.1 计算任务

案例工程主要是计算隧道施工中，土体的变形，应力情况、支护受力，变形情况、地面沉降情况等围岩与初衬的力学状态。

3.2 控制沉降措施

根据影响地表沉降的主要因素制定了相关应对措施，以控制地表沉降。1)减少扰动隧道周围土体。在隧道开挖前，先采用长管棚对150°范围内的隧道拱部进行预支护，管棚之间间距应为30 cm，小导管进行注浆处理，固结隧道拱部，使其保持土体原有的平衡状态。将隧道周围松散的土体加固变为整体，改变地层结构。施工中，于隧道顶部管棚添加钢管注浆，在每架钢拱架设2榀1次钢插管，并在边墙采用中空式注浆锚杆，这样可以保证3 m范围内土体的固结，控制地表沉降。2)施工工艺。人工开挖，CRD施工法分为4步。临时仰拱成环施作，选择较强的初期支护，加上40 cm厚的钢筋混凝土形成的较强二次模筑支护，足以控制土体变形以及位移。初期支护体系：初期喷混凝土+钢支撑+锁脚锚杆+钢筋网+纵向连接筋+复喷混凝土。

4 施工工艺监测研究

4.1 以CRD法施工工艺为例

图1是隧道拱顶沉降与拱脚收敛布点图，为判定支护措施是否保证施工高速公路路基的稳定和隧道施工的安全，测量拱顶沉

降工作。拱顶下沉量测锚桩，围岩周边位移量测侧桩的布置具体数据：Ⅴ级围岩每个断面间距10 m，每断面布置5个点，拱顶1个点。地表沉降测点布置数据：高速公路内线两侧布置1个点，洞顶间距2 m，洞身两侧5 m，隧道开挖后检测时间每3 h测量1次。

4.2 分析检测结果

针对京沪高速铁路工程金牛山隧道地表沉降监测：

1)隧道开挖，地表沉降不超过5 mm的测点居多，低于规范所规定的地表沉降控制标准。2)下穿断面地表沉降总体变化规律:快速上升—略下降—缓上升—平稳，与围岩、初支护及二衬内力变化一致。3)从断面沉降槽角度看，横断面地表沉降槽标准趋势，最大降低10.5 cm，与预期设计基本吻合。

洞内监测结果：

1)洞内净空收敛变形、拱顶下沉的平均值和最大值，吻合于地表检测结果，地表沉降与洞体内部地质条件有密不可分关系。2)拱顶下降最高值为2.8 mm，收敛最高值为3 mm。3)从检测结果可以看出，CRD施工法较好的抑制了结构侧向变形。

结构应力检测结果：

1)围岩压力分布有一定规律，拱脚和拱腰压力最大。2)下穿京福高速公路采用锚喷支护体系，围岩、初支护间应力随时间发展有这样的变化规律：快速增长—缓慢增长—平稳，与混凝土支护特性曲线规律相一致。3)洞室受压情况表明，地面活荷载以及地层注浆等因素影响了地层受压不均，没有连续性和预见性。4)拱部压力随时间不断变化，是受混凝土强度和支护压力的强弱影响。5)可将拱部压力分为压力增长、调整、稳定三个时期。

5 结语

此案例采用了暗挖和监测相结合的方法施工，通过超前支护、钢筋混凝土浇筑护拱等技术手段，成功浅埋穿越了京福高速公路，并且保证了路面通行的安全和畅通，将地表沉降控制在标准之内，公路结构稳定，无明显变形、沉降。监测工作指导施工，成功穿越京福高速公路，丰富了隧道施工法，为今后隧道施工提供了成功案例的经验。

[1] 张 渊.浅埋暗挖法施工工艺在铁路隧道穿越高速公路中的应用[J].铁道标准设计,2010(2):87-91.

[2] 李 健.大断面黄土隧道初支作用机理及变形控制技术研究[D].北京：北京交通大学,2012.

[3] 罗富荣.北京地铁工程建设安全风险控制体系及监控系统研究[D].北京：北京交通大学,2011.

[4] 岳 健.浅埋暗挖法修建水下小净距软岩隧道的力学行为和关键技术研究[D].长沙：中南大学,2012.

[5] 王 抒.京沪高速铁路浅埋大跨隧道下穿高速公路的安全风险管理及监测研究[D].成都：西南交通大学,2013.

[6] 石钰锋.浅覆软弱围岩隧道超前预支护作用机理及工程应用研究[D].长沙：中南大学,2014.

The application research on road crossing shallow depth excavation construction technology

Li Xiaopeng

(TheFifthEngineeringLimitedCompany,ChinaRailway15thBureauGroup,Luoyang471002,China)

Combining with the engineering example, this paper researched the shallow depth excavation method construction technology of railroad crossing highway, through the calculation on soil realization, stress, support force and other situation in tunnel construction, analyzed the control ground subsidence measures, and monitored the construction technology, achieved expected construction effect.

tunnel, shallow depth excavation, construction technology, surrounding rock, subsidence

1009-6825(2015)32-0165-02

2015-09-06

李晓鹏(1983- )，男，工程师

U455

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