下穿高速公路浅埋段隧道施工技术研究

张玉辉 （中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 保定072750）

随着我国铁路、公路建设的快速发展，在建铁路隧道下穿高速公路的情况时有发生，尤其在建隧道距高速公路埋深较浅时施工难度极大［1］。三江至南川线扩能改造工程新峡口坝隧道位于重庆市万盛区境内，隧道全长2961.42m。隧道在LDK1＋782～LDK1＋845段下穿綦（江）万（州）高速公路，隧道拱顶最大埋深约为11m，相交下穿高速公路段63m。隧道上覆层为卵石土、粉质粘土、碎石土及块石土，下覆基岩为三叠系上统须家河组砂岩；中统雷口坡组页岩、灰岩夹岩溶角砾岩、泥质灰岩；下统嘉陵江组灰岩夹岩溶角砾岩、白云质灰岩。隧道围岩为单斜构造，节理裂隙发育，岩层破碎，地下水主要为基岩裂隙水，赋存于岩体裂隙内，隧道开挖时，以滴水、小股淋水为主，局部可成片状、股状涌出，在雨季浅埋段会有较严重渗流、淋水现象。因此，该工程存在以下施工难点：① 新峡口坝隧道穿越的高速公路地段重型车辆来往频繁，地面动载变化大，因而对隧道超前支护及初期支护的施工质量要求高；②隧道开挖进尺及爆破控制严格。由于隧道穿越高速公路最薄覆盖层为11m，且上部为全风化砂岩，节理、裂隙发育，岩体较破碎，地基承载力较差，爆破开挖对高速公路结构面及隧道掌子面破坏影响较大，在隧道开挖进尺及爆破时应严格控制。为此，笔者对新峡口坝隧道施工技术进行了研究，以便为铁路隧道施工安全及高速公路行车安全提供帮助。

1 超前支护施工

1.1 超前大管棚施工

1）测定孔位 用全站仪测定钻孔孔位，并用红油漆标注在掌子面上。

2）搭建施钻平台 施钻平台用15cm×15cm方木由下向上成“井”字形搭建，用扒钉连接固定。上面用木板铺平。要求钻机平台搭建必须牢固，钻机安放到平台上以后，要用钢丝绳紧固，防止钻进时钻机摆动或倾斜而影响钻孔质量。

3）钻孔 根据本隧道地质围岩情况，拟采用硬质合金管钻法，即用∅73mm钻杆配∅127mm×3m硬质合金钻具进行干式钻进成孔。钻进时可根据地层湿度适当加水，从而提高钻进效率。首先将钻机在注浆孔前就位，钻杆正对空心以保证钻孔平直。为了能顺利下管，成孔后用岩心管扫孔以便使孔道顺畅。

4）安装钢管 管棚节间用丝扣连接。管棚设计长58m，管棚单序孔第一节长6m、最后一节长4m，双序孔第一节长4m、最后一节长6m，其余管节长度均为6m。管壁钻∅8mm梅花形孔，以利于浆液通过管壁扩散到地层中。管棚安装后，管口用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔壁间空隙，连接压浆管及三通接头。

5）注浆 管棚注浆前，应向开挖工作面、拱圈及孔口管周围岩面喷射10cm厚的C25混凝土，以防钢管注浆时岩面缝隙跑浆。此外，应进行压水试验，以测定岩层的吸水性，核实岩层的渗透性，为注浆时选取泵量、泵压及浆液配方等提供参考依据，同时冲洗钻孔，检查止浆塞效果和注浆管路是否有跑水、漏水现象。注浆采用1∶1水泥砂浆，注浆压力为0.5～1.0MPa，具体参数根据现场试验按实际情况而定。注浆次序为由下向上间隔注入，出现串管现象时，间隔应适当加大。注浆达到设计压力时或达到设计注浆量时，稳压10min即可结束注浆。

1.2 超前小导管施工

超前小导管注浆施工前先对开挖面及5m范围内的坑道喷射厚为5～10cm的混凝土，以阻止浆液的外渗。具体内容如下：①钻孔时，外插角一般为5～7°，孔眼较钢管管径大2.0cm以上，钻孔应做到孔壁圆、角度准、孔身直、深度够、岩粉清洗干净，且沿隧道纵向2组小导管间保证有1.0m以上的水平搭接长度。②小导管插入孔后应外露一定长度，以便于连接注浆管，并用塑胶泥将导管周围孔隙封堵密实。③注浆材料一般采用水泥砂浆（水灰比0.5～1.0），并随施工情况随时调整技术参数和技术措施，以便确保施工的顺利进行。

2 开挖与支护

根据新峡口坝隧道下穿高速公路的围岩情况，按照“管超前、短进尺、强支护、勤量测、快衬砌、早封闭”的方法组织施工。隧道下穿高速公路段采用双层 ∅108大管棚超前支护，采用“三台阶七步法”开挖，双层初期支护，隧道开挖后及时施作钢拱架、锚喷支护、混凝土衬砌紧跟开挖面（见图1），并根据量测结果及时指导施工。

图1 三台阶七步开挖示意图

2.1 上部弧形导坑开挖

在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度为2～3m，宽度为隧道开挖宽度的1／3。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.0m，开挖后立即初喷4cm混凝土。上台阶开挖矢跨比应大于0.3高度，为3.49m（按Ⅴ级特殊支护断面计算，其他断面作调整），开挖后及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处紧贴其两侧边沿按下倾角20、40°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

2.2 左、右侧中台阶开挖

开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.0m，开挖高度一般为2～3m，左、右侧台阶错开2m，开挖后立即初喷4cm混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角20、40°打设锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

2.3 隧道底部开挖

每循环开挖长度为2m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成2个隧道底部开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度为2m。

3 施工效果

3.1 隧道洞内监测结果分析

隧道洞内沉降、水平收敛量测布置图如图2所示。拱顶位移主要通过精密水准仪、钢尺、标尺等仪器监测拱顶C点绝对位移，周边位移收敛主要通过周边收敛计量测AE、BD、CE的相对位移变化，收敛数据体现的是3个值中的最大值［2］。虹桥隧道浅埋段Ⅴ级围岩每10m设置一个测量断面。表1所示为隧道浅埋段相关桩号的监控量测数据。由表1可知，LDK1＋790～810周边位移收敛，拱顶位移累计值和开挖当天变化值都较小。此外，LDK1＋820～840变化值较左洞大，但对于Ⅴ级围岩浅埋段来说在许可范围之内。

图2 洞内沉降、水平收敛量测布置图

表1 隧道周边位移及拱顶下沉数据采集表

3.2 地表沉降监测结果分析

地表变形测点的位置的选择既要能够反映监测对象的变形特征，又要便于应用仪器进行观测，还要有利于测点的保护［3］。埋测点不能影响和妨碍结构的正常受力，不能削弱结构的刚度和强度。根据设计预先布置好各监测点，以便监测工作开始时监测元件能够进入稳定的工作状态。如果测点在施工过程中遭到破坏，应尽快在原来位置或尽量靠近原来位置补设测点，保证该测点观测数据的连续性［4］。

沿线路纵向布设9个观测断面（断面与高速公路平行），其中高速公路中间断面、靠近高速公路两边断面为A类断面，其余断面为B类断面。A类断面隧道中心线两侧15m范围内每3m布一个测点，15m之外布6个测点（间距5m）。B类断面隧道中线两侧50m内布点间距5m。用冲击钻在地表钻孔，然后放入长200～300mm、∅20～30mm的圆头钢筋，四周用水泥砂浆填实。洞内水平收敛、拱顶下沉点布置在同一里程上（布置位置见图3和图4）。

图4 A类断面地表下沉量测断面布置图

图5 B类断面地表下沉量测断面布置图

从监测的数据来看，在开挖及初期支护完成后的一段时间内地表沉降较大，特别是距离隧道中心线越近沉降越大，其中最大沉降累计值为6mm（最大沉降累计值8mm以下为安全值），距离隧道中心线越远沉降越小，其中距离20m的时候最大沉降累计值0.9mm（最大沉降累计值1mm以下为安全值）。由此可见，采用上述施工方案是十分可行的。

［1］ 杨严 .浅埋黄土隧道下穿公路施工技术 ［J］.中国西部科技，2014，12（7）：23－25.

［2］ 余晓琳，罗霞 .隧道下穿高速公路施工方案可行性数值分析 ［J］.公路与汽运，2010，25（5）：79－82.

［3］ 午向阳，蒋宗全，李鹏飞，等 .大断面隧道下穿高速公路施工方案优化研究 ［J］.铁道建筑，2010，49（11）：40－42.

［4］ 杨益合 .浅埋黄土隧道下穿高速公路大管幕施工技术 ［J］.企业技术开发，2010，28（3）：61－63.