隧道下穿高速公路台阶法施工

杨义轩

(中铁一局三公司，陕西宝鸡 721006)

1 工程概况

某浅埋隧道下穿高速公路和跨线拱桥基础，主要通过侏罗系中统沙溪庙组泥岩，泥岩夹砂岩，并以Ⅳ，Ⅴ级围岩为主。下穿段长105 m，最小埋深21.56 m。

不中断交通施工过程中，必须严格控制地表沉降量和附近工程结构的位移。

2 施工方案和施工方法的选择

2.1 确定原则

在确保施工安全的条件下，严格控制隧道上方高速公路及跨线桥基础的沉降和基础位移，保证公路的安全正常运营，尽量减少对公路运营的干扰。

2.2 开挖施工方案的论证及比选

对比分析全断面法、台阶法、分步法三种开挖方式的施工特点及支护方式，采用Midas计算软件建立三种开挖方式在不同进尺(0.8 m，1.6 m，2.4 m)工况下的有限元模型，对隧道施工过程中地表沉降情况进行仿真计算，对比分析开挖后高速公路路面及拱桥基础的沉降值、位移值，最终确定开挖方法、开挖进尺及支护方法。有限元模型及计算结果见图1，图2和表1。

表1 三种开挖方式地表沉降计算结果

通过计算结果，在满足安全和进度要求的前提下，采用台阶法，按1.6 m/循环进行施工(见图3)。

3 施工工艺及技术措施

3.1 施工方法及步骤

1)首先在围岩拱部设置超前小导管注浆加固围岩。

2)开挖中，采用楔形减震掏槽的弱爆破，降低爆破震动，减少爆破开挖对围岩的扰动，保证围岩稳定。

3)出碴前，先喷射混凝土封闭围岩，以防止局部掉塌。出完碴后，立即先喷射一层5 cm厚混凝土，然后立拱架、锁脚、挂网喷射混凝土至设计厚度。

4)在施工中应坚持连续不间断的监控位移的变化情况，尤其是对路面、拱桥基础沉降，洞内拱顶下沉和周边位移收敛等主要项目，及时对量测的数据进行分析，动态掌握沉降及位移的变化，及时反馈信息，根据其信息来调整、指导施工，确保路面、桥基础的沉降、洞内拱顶下沉和周边位移等在允许范围内，确保施工及上部构筑物的安全。

5)利用Midas有限元计算软件对隧道开挖、支护的施工过程进行模拟计算，围岩的稳定性、锚杆的轴力、钢架变形、喷射混凝土的压力等计算，确定了施工过程中围岩内部应力释放的形式及产生的结果，针对应力集中处，施工中采取相应的加固、加强措施，避免施工中应力集中对初期支护造成严重的变形或破坏，以此确保施工质量及施工安全。

3.2 施工量测、监控

1)施工中对高速公路路面及拱桥基础布置了全范围的沉降观测网，对施工过程中产生的沉降进行及时掌控。

2)在施工下穿段之前对初始值进行测量并记录在案，在每次开挖爆破30 min后进行观测，并且每天观测不少于12次。

3)对观测资料进行汇总分析后，采用台阶法每循环进尺1.6 m的施工方法，开挖施工半个小时后地表及拱桥基础未观测到变形，沉降值及位移值均为零，远远小于理论计算值，满足设计及施工安全要求。

4)爆破震动的监控。为了监测爆破震动，每次爆破都在附近100 m范围内地表处设置6个～8个监测点。地表的监测点用便携式测振仪，该段隧道内设置固定的三维振动传感器。

5)监控量测点的布置。高速公路路面及拱桥基础沉降监控点34个，高速公路路面及边坡采用反光贴片，中央隔离带及路肩处埋设固定沉降观测桩。

下穿段洞内位移监控量测点每5 m设置一个断面，每个断面5个测点，拱顶下沉布设一条测线，水平收敛布设两条基线。

4 结语

1)采用台阶法施工下穿公路隧道，在开挖进尺较大(每循环1.6 m)的情况下，施工安全可靠且工效较高;采用楔形减震掏槽，可以减少对围岩的扰动和爆破震动的危害。

2)通过隧道洞内外的监控量测，对施工过程中地质情况及围岩稳定性进行综合评价，优化了施工方案，保证了隧道施工的安全。

3)根据持续观测可以发现，地表下沉在开挖3 d后沉降值增大，表明开挖后3 d围岩应力逐步释放，对隧道洞内及地表开始产生较大的影响;开挖后20 d，地表沉降趋于稳定，表明隧道围岩应力释放完成，与初期支护形成相对稳定结构，可以进行衬砌施工。

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［2］何伟奇.新建隧道质量缺陷整治与防治［J］.铁道工程学报，2002(1):56-58.

［3］顾 刚，邵月莉.头岭隧道穿越公路松软路基的施工技术［J］.西部探矿工程，2002(sup):192-194.

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