淺埋軟弱隧道下穿公路的施工方法

1、淺埋軟弱隧道下穿公路的施工方法中鐵十一局集團第一工程 劉方雄 湖北 襄樊 441104摘要：根據(jù)某隧道在下穿既有二級公路段的地質情況，分析由于原設計臺階法施工而出現(xiàn)初期支護破壞及地表下沉開裂的原因，并提出新的施工方案雙下側導坑法，并研究其受力特性與施工工藝。研究結果可為類似的工程提供借鑒。關鍵詞：隧道工程；軟弱圍巖；淺埋；雙下側導坑 中圖分類號: U452.112 文獻標識碼: A 對于下穿或近臨既有建筑物的淺埋軟弱圍巖隧道，因施工方法不當常造成隧道坍方、地表坍陷等事故1-3，其不但影響工期，還增加本錢，造成不良的社會影響。因此，開展軟弱淺埋隧道的研究具有重要的工程實際意義。目前，國內外學者進

2、行了相關研究：Dalgic4依托Beykoz Tunnel工程，分析了軟弱圍巖對隧道開挖和支護的影響；Jeng, Fu-Shu5通過實驗研究了軟弱砂巖的變形特性及其對隧道變形的影響；6通過數(shù)值模擬，研究了既有建筑下軟弱圍巖隧道的破壞機理；萬俊峰7根據(jù)祁臨高速公路成王莊隧道，探討了淺埋、黃土質、富水段的施工方法、工藝及技術措施；謝紅山8分析了在淺埋、富水、圍巖軟弱等極其復雜條件下隧道施工過程中出現(xiàn)的多種病害及病害成因；章新生9分析了順層軟弱圍巖隧道洞口段的施工技術等。關于軟弱圍巖的開挖方法大多為短臺階、側壁導坑、CD和CRD法，而對于雙下側坑的施工工法報導甚少，為此，本文將依托某下穿公路的隧道工

3、程，研究軟弱圍巖地段雙下側導坑工法的施工性態(tài)，總結其中的規(guī)律，并提出其施工考前須知，研究成果將可為類似的工程提供借鑒。1 隧道工程概況豆子坪隧道是常德至吉首高速公路中唯一一座軟基淺埋隧道,位于湖南省沅陵縣,隧道設計為兩座獨立的別離式隧道,上下行線常德端根底均位于軟基上,洞身上方為坡積土區(qū),該段隧道埋深為2-17米不等。隧道建筑限界寬為,凈高為5米,正常隧道建筑內輪廓采用單心圓斷面,半徑為R=10-11。2 原臺階法施工出現(xiàn)的問題隧道進口淺埋軟弱圍巖段最初施工中，采取超前大管棚注漿支護加固地層后，按臺階法施工，該項方案起到了穩(wěn)定掌子面，加固拱部地層的作用，但因隧道位于堆積土中，且土層松軟、松散、

4、含水，地基承載力低，不能形成有效地基梁承載結構而出現(xiàn)隧道拱頂下沉、圍巖收斂量超出設計預留量，地表出現(xiàn)不同程度的下沉及開裂、拱腳局部有開裂的現(xiàn)象。從已支護成型的支護結構看，拱腳噴射混凝土開裂、脫落、拱腳鋼架扭曲，拱頂支護未見大的異常。這說明拱頂?shù)拇怪眽毫νㄟ^拱架整體下沉進行釋放，拱腳部位屬于開口結構未封閉成環(huán)，同時土體松軟無法提供足夠水平磨擦力，導致拱腳向內側變形，最終導致初期支護結構的噴射混凝土開裂，鋼架扭曲。臺階法拱架受力如圖1所示。 圖1 上部拱架受力分析示意圖3 雙下側導坑方案的提出為此，從產(chǎn)生問題的根本原因入手，修改施工方案，采用雙下側導坑施工方案，此方案同雙側壁導坑方案有相同之處，但

5、此方案更著重于根底的處理。導坑的施工先行，可超前探明地質情況，提前處理根底，為隧道支護提供足夠的地基承載力，從而為平安施工創(chuàng)造條件10-11。雙下側導坑的施工工序具體如下圖2a：開挖雙下側導坑，并施做條形根底；開挖拱部的環(huán)形土體，并施做初期支護；開挖核心土；開挖下部土體，回填左右側導坑，并施作下部初期支護；施作二次襯砌。雙下側導坑方案具體的傳力過程如下列圖2b10-12：隧道垂直壓力是通過拱架傳至整體的條形根底，從而大大減少拱架及地表下沉的可能性；隧道的側壓力通過條形根底底部傳至下部原狀土再傳至另一側的條形根底，形成了一個封閉的結構，圍巖變形也因此大大改善。下部中心土開挖時因設計有底部仰拱，所

6、以結構仍是封閉成環(huán)的。 a.雙下側導坑的開挖工序 b. 施工受力圖2 雙下側導坑的施工工序及受力分析4 施工工法4.1 地層注漿加固進洞開挖前沿隧道上方公路路肩外1m約20m長范圍打長度為13m的兩排89×8mm有孔鋼花管注漿，梅花型布置，間距1m，外露1m，鋼管要求深入強風化砂巖。有孔鋼花管應從兩側向中間施工，必須保證注漿完成后才能施作下一根。注漿采用水泥-水玻璃漿液：水泥與水玻璃體積比1：0.5，水泥漿水灰比1：1，水玻璃濃度為35玻鎂度，水玻璃模數(shù)為2.4，注漿壓力保證初壓0.51.0MPa，終壓2.0MPa。注漿結束后應及時去除管內漿液，并用30號水泥砂漿緊密填充，增加鋼管的

7、剛度和強度。注漿參數(shù)應在施工中不斷調整，以盡量保證鋼管之間漿液充填飽滿，形成穩(wěn)定殼體。4.2 雙下側導坑施工施工時先進行雙下側小導坑開挖，小導坑明挖段和過渡段采用全斷面I20a工字鋼和掛網(wǎng)噴射砼支護，暗挖斷采用鋼格柵、掛網(wǎng)噴射砼支護。小導坑開挖穿過二級公路后，進行小導坑內部混凝土條形根底施工，混凝土條形根底施工時從洞內向洞外施工，采用混凝土輸送泵進行模筑。根據(jù)工地條件, 導坑條形根底施工，鋼筋在導坑內綁扎關模后，采用泵送C25混凝土進行施工，先施工水平條形根底后，安裝拱腳，再施工豎直條形根底。根底施工完成后進行正洞上半斷面開挖，上半斷面與下半斷面間距不大于15m。當然兩條隧道的雙下側小導坑開挖

8、和支護方法根本相同。4.3 洞身施工在導坑整體條形邊墻根底施作完畢后，進行洞身開挖；首先對隧道周邊圍巖按施工設計進行超前預加固后進行分步平行開挖。開挖按照“短進尺、強支護、早成環(huán)、勤量測的施工原那么進行施工作業(yè)管理。4.4 隧道施工工藝流程隧道施工工藝流程如圖3所示。圖3 隧道施工工藝流程5 結論針對下穿公路的軟基淺埋隧道，提出以處理根底為主的雙下側導坑工法，并給出此段隧道的輔助施工措施與工序。目前該隧道工程已經(jīng)竣工通車，說明本文提出的施工方法及工藝是合理的，雙下側導坑的施工先行，不僅可提前處理根底，為隧道支護提供足夠的地基承載力，還能超前探明地質情況，從而為平安施工創(chuàng)造條件，取得了顯著的經(jīng)濟

9、價值和社會效應，具有重大的工程意義，可為其它類似的工程提供重要的參考價值。參考文獻1 彭立敏, 劉小兵. 交通隧道工程M. 湖南長沙:中南大學出版社, 2003. 2 張宏博, 黃茂松, 莊紀棟, 等. 淺埋隧道穿越建筑物樁基的三維有限元分析J. 同濟大學學報(自然科學版), 2006, 34(12): 1587-1591.3 傅鶴林, 韓汝才, 朱漢華. 破碎圍巖中單拱隧道荷載計算的理論解J. 中南大學學報(自然科學版), 2004, 35(3), 478-483.4 Dalgic, Suleyman. Influence of weak rocks on excavation and su

10、pport of the Beykoz Tunnel, TurkeyJ. Engineering Geology,2000，58(2):137-148.5 Jeng Fu-Shu，Weng Meng-Chai，Huang Tsan-Hwei，et al. Deformational characteristics of weak sandstone and impact to tunnel deformationJ. Tunnelling and Underground Space Technology,2002,17(3):263-274.6 Hsu, S.C.，Chiang, S.S. Failure mechanisms of tunnels in weak rock with interbedded structuresJ. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2004，41(sup): 2B 34 1-6.7 萬俊峰. 黃土質軟弱圍巖大跨隧道施工技術J. 西部探礦工程,2002(增刊)：216-217.8 謝紅山. 軟弱圍巖、富水、淺埋隧道病害分析及整治J. 鐵道建筑技術，2002(3)：33-35.9 章新生. 順層軟弱圍巖隧道洞口段施工技術初探J. 鐵道標準設計，200