浅析大断面浅埋湿陷性黄土隧道下穿高速公路的沉降控制施工技术

谢前波

（西安市地下铁道工程有限责任公司，陕西 西安 710018）

1 工程概况

西安市地铁四号线航天新城站航天东路站区间，自航天新城站起，沿规划航天南路地下敷设，到达航天东路站。区间下穿西康高速公路，高速公路宽30m，下穿段的轨顶埋深约18m，采用矿山法下穿，下穿公路时加强超前支护，加强支护结构，遵循管超前、短开挖、强支护、早封闭、勤量测的原则，严格控制沉降，保证公路的正常运营。

2 地质概况

根据钻孔和探井揭露，拟建工程场地在勘探深度40.0m范围内的地层主要为第四系堆积物，即由全新统人工填土（）、上更新统风积（）黄土、残积（）古土壤及中更新统风积（）黄土、残积（）古土壤组成。

3 导致沉降问题出现的主要原因

3.2 埋深的因素。由于是浅埋隧道，所以拱顶部的最小覆盖厚度仅为18m，而正是由于较浅的埋深也很容易导致沉降问题的出现。

3.3 开挖面积大。在开挖隧道的过程中，其高度为11.44m，宽度为9.25m，断面的面积约为90m2，在对过往的施工经验进行研究和分析时，我们发现如果隧道的埋深是小于20m的，并且其跨度不超过8m时，在其上部所覆盖的土体是具备较好的稳定性的，而如果超过了此范围，那么土体的稳定性就会大大的下降。

3.4 路面通车的影响。由于西康高速公路是显西安与安康及周边地区的主要通道，高速公路上车流量大而且大多为载重量大的大型车辆，施工过程中高速公路是正常通车的，车辆的荷载也可能导致沉降问题的出现。

4 沉降控制工作的施工技术

4.1 大管棚超前支护。大管棚的材料应选择钢管，其厚度为3.5mm，外直径约为108mm，其在隧道拱部150度的范围内应采用环形的布置方式，外插角为10度。环向间距0.4m，纵向间距2.0m，钢管内部应采用水泥浆作为注填材料。在隧道开挖的过程中，如果挖到了可能影响高速公路正常运行的路段，那么应停止掘进，同时搭建管棚工作室并且喷射一个封闭的混凝土喷射面。之后应对管棚测量定位，然后将大管棚钢管旋转并顶进就位，设备选择的是小型的导向钻机。施工的过程中应准确的掌握大管棚的外插角，其不能偏高0.5m，更不能进入到开挖线内，从而更好的发挥大管棚的支护作用。之后应进行对钢管的注浆填充的作业，为提高大管棚的整体支护能力，应采用型钢钢价来支撑每一环管棚的端部。

4.2 初期的支护。（1）初喷砼。在完成了隧道工程的开挖作业后，应将开挖面封闭起来，此过程应选择C25早强砼作为喷射的材料，建议喷射的厚度为30mm，全断面支护，从而充分的提高围岩的稳定性；（2）安装拱脚托梁。在初喷砼的施工作业完成后，应安装拱脚托梁，材料选择的为118工字钢，长度为60cm，并且拱脚托梁与上环托梁应焊接对接的。托梁能够大幅度的提升拱脚的支承力，同时也扩大了拱脚的承压面积；（3）支立钢拱架。同样材料也采用118型钢，在各部分的开挖作业完成后应立即进行支立钢拱架的施工作业，在施工现场应分两段制作拱部的钢拱架并将它们合理的联结，同时用螺栓将托梁和拱脚紧紧的固定住。上钢拱架的底板应与边墙钢拱架的顶端连接，用混凝土将底脚垫实，而边墙钢拱架的两端还应与仰拱连接；（4）设置临时的竖向支承和仰拱。在核心土开挖的施工作业完成后，应立即设置临时的竖向支承和仰拱，这样才能尽快的形成闭合并支护拱部，从而有效的防止沉降变形的问题出现。临时竖向支承可采用I20工字钢，其位置应在支护的中部，而仰拱则采用I18工字钢，钢拱架应与其两端连接。在临时竖向支承和仰拱之间应采用钢筋焊接连接，间距为1m，直径为20mm，之后应用喷射砼填满；（5）打设锚杆。在边墙和拱部打设锚杆建议选择药卷锚杆作为材料，其长度为3.5m，直径为22m，布设时纵向间距为0.8m，环向间距为1.0m，之后应进行钻孔的施工作业，之后在孔内放入浸水锚固卷并将其锤击就位；（6）喷射混凝土。在以上工序都完成后，应立即喷射混凝土，材料为C20，厚度为35cm。进行初期的支护工作时，应有机的结合钢拱架、托梁、临时仰拱等各类支护结构，从而形成一个完善的刚性支护体系，最大限度的避免沉降变形的问题出现。

4.3 二次衬砌。二次衬砌采用的为模筑钢筋混凝，在初期的支护作业完成后应立即进行，进一步的提升了路基路面的整体承载能力。（1）施工方法。二次衬砌主要分为仰拱衬砌和拱墙衬砌两部分的施工作业，前者能够进一步的提高初期支护的稳定性，同时还能为之后的拱墙衬砌提供作业平台，而在进行拱墙衬砌的施工作业时，其分段的长度应是小于6m的；（2）砼灌注。通常应采用就地灌注的方法来灌注仰拱砼，以衬砌台车作为支承模板来关灌注拱部和边墙衬砌，并且确保一次浇筑成型；（3）注浆充填。在二次衬砌的拱顶都是会留有注浆孔的，并且在初期支护和二次衬砌之间应填充水泥-水玻璃双液浆，从而有效避免初期支护后沉降变形现象的出现。

结语

在湿陷性黄土地区进行大断面浅埋隧道下穿高速公路的施工作业时，我们应遵循“管超前、强支护、短开挖、勤量测、早封闭”的施工原则，在保证车辆安全通行的前提下，不断的完善加强初期支护、大管棚超前支护、二次衬砌以及监控量测等施工技术，有效的控制施工中沉降现象，大大的降低了施工过程中的交通配合和疏导的费用，同时也能取得了较高的经济效益和社会效益。

[1]倪鲁肃.浅埋黄土隧道下穿高速公路沉降控制研究[J].北京交通大学，2011.