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

摘 要：文章结合以往的施工技术和施工经验进行了总结分析的基础上，综合分析导致施工中出现沉降现象的各类原因，同时介绍了具有针对性的能够控制施工中出现沉降问题的方法和对策，从而为本工程项目顺利施工及以后同类工程的设计、施工工作提供有益的经验。

关键词：大断面浅埋湿陷性黄土隧道；高速公路；沉降控制技术

中图分类号：U445 文献标识码：A

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（Q4ml）、上更新统风积（Q3eol）黄土、残积（Q3el）古土壤及中更新统风积（Q2eol）黄土、残积（Q2el）古土壤组成。

3 导致沉降问题出现的主要原因

3.1 地质条件的因素。洞身地层为残积（Q2el）古土壤夹卵砾砾层和石层以及新黄土夹卵砾石层，新黄土的发育方式为垂直节理型的，其岩体的稳定性是很差的，这就大大的降低了地基的整体承载能力，根据项目勘察对自然地面以下、水位以上的地基土取土样进行了湿陷性试验，试验结果表明场地内素填土、黄土及古土壤均具湿陷性，湿陷性土层分布深度为25.0m。因此，导致沉降问题出现的原因之一就是地质条件较差。

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。

参考文献

[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.endprint