浅埋大跨隧道下穿既有公路变形控制技术研究

■许友德（泉州市公路局晋江分局，晋江362000）



浅埋大跨隧道下穿既有公路变形控制技术研究

■许友德
（泉州市公路局晋江分局，晋江362000）

随着我国经济的持续迅猛发展，高速公路的修建规模和数量都在逐年呈现增长趋势，新建隧道近距离穿越既有隧道或其他建筑物的现象在所难免，使得施工难度增大。本文依托大鼓山隧道洞口工程，展开了对浅埋大跨隧道下穿既有公路变形一系列的控制技术研究，按预定计划完成了各项任务和目标，所取得的成果对确保工程顺利展开发挥了积极的作用，为类似工程提供经验和借鉴。

浅埋大跨隧道下穿既有公路施工技术

0引言

近年来，随着我国公路交通事业的飞速发展，公路的等级不断提高，通车里程逐年攀升。高速公路已成为拉动国民经济增长的支柱产业和带动地方经济发展的龙头。在山岭地区和跨江过河的公路建设中，隧道方案以缩短行车里程，保护生态环境，提高线型标准等优势，得到普遍应用。

大鼓山隧道进洞初期往往会遇到覆盖层较薄弱的浅埋段，由于浅埋段围岩稳定性较差，施工过程中稍有不慎则容易出现垮塌。加之浅埋段下穿既有县道和居民区，施工容易引起地表开裂甚至破坏、倒塌。因此浅埋段施工方法的选择直接关系到前期进洞和下穿施工的成败，关系到工程的进度和安全。

1工程概况

大鼓山隧道左、右线行车道分别在（ZK41+096～ZK41+126）和（YK41+106～YK41+136）段下穿X339县道和尾园村。此处围岩为全风化花岗岩，局部夹杂强风化花岗岩，隧道埋深18～31m。通过走访调查，了解到县道路基在该段落原为山体冲沟，在坡脚处干砌片石坡度1：0.1挡墙防护（图1），并经开挖山体土方倾倒至路基本体内进行人工夯实。为保证县道安全运营和地面建筑物不开裂，不沉降，洞身穿越既有县道和地面建筑物时。采取洞外地表加固和洞内超前管棚支护技术辅助施工。

隧道开挖施工方法主要采用台阶法、中隔壁以及双侧壁法及环形预留核心土开挖法，而对于在复杂地质条件下，采用环形预留核心土开挖施工，并在浅埋地质条件下成功下穿既有县道（埋深18m）、和建筑构造物的尚无先例。本文结合现场施工和沉降观测数据分析，采用环形预

图1　洞顶县道情况

留核心土开挖技术及辅助措施减小对地表建筑物的影响。

2洞外地表加固技术

由于隧道仰坡距离县道较近，根据原县道施工情况，为确保县道运营安全和防止县道坡面受季节性降水影响失稳、滑移，需对县道本体及县道下坡面进行加固处理（见图2）。

图2　洞顶地表加固施工图

具体方案如下：

（1）清理县道路床坡面植被，修整坡面。

（2）在县道路床坡脚增设Φ108mm钢管抗滑桩，长度15m，沿县道坡脚线方向增设两排，施工间距按1×2m布置，钢管抗滑桩采用超前长管制作工艺。钢管桩施工完毕后在桩顶施作C15模筑混凝土护桩，护桩厚度1m，宽度3m。钢管桩施工至洞身开挖范围内时，根据测量数据调整桩长，以保证桩体加固在洞身开挖范围以外。

（3）县道干砌片石挡墙处钻设φ42mm小导管注浆加固，L=5m，按1.2m×1.2m呈梅花形布置，并在原有干砌片石挡墙外侧增设C15混凝土挡墙，对县道路床进行注浆加固。

3洞内超前大管棚和小导管联合支护

大管棚作为一种超前支护措施，较多地应用于隧道洞口进洞前超前加固施工，在洞内施作的工程较少。洞内施作相对于洞外的区别在于洞内作业空间狭小，且大管棚要在洞身开挖轮廓线外进行支护，所以在洞内施工大管棚必须对洞身开挖拱部进行扩挖，形成大管棚施工工作室。

大鼓山隧道洞内大管棚施工采用CM351履带式高风压潜孔钻（见图3）。施工作业时，距离拱顶最小工作距离为50cm。所以在管棚施工前，需在开挖断面前5m范围内将断面逐渐加大，以保证钻机有足够的操作空间。

图3　洞内管棚钻机

3.1超前大管棚

超前大管棚采用φ89×5mm热轧无缝钢管及钢花管，长度L=10m，节长为2～3m，每节钢管两端均预加工成外丝扣。管棚布设在拱腰以上2m处，沿开挖轮廓线布设，管棚环向间距30cm，140°钻设，外插角15°，钢花管上间隔30cm钻设φ8mm溢浆孔，梅花形布置，每孔第一节管棚前端做成尖锥状，方便下管。详见图4和图5。

（1）导向墙施工：导向墙采用两榀格栅钢架做支撑，焊接导向管，喷射C20混凝土形成导向墙。

（2）管棚安装：钻孔达到设计深度后退出钻杆，将Φ89mm管棚顶进孔内，在所有管棚施工完毕后，对管棚进行全孔一次性注浆。

（3）注浆材料。

①PO42.5普通硅酸盐水泥；

②水泥水灰比：（0.75～1.5）：1；

③水玻璃：35波美度，模数2.4，添加水泥重量5%的水玻璃；

④注浆压力：0.5～1.0MPa。 3.2超前小导管支护

图4　洞内大管棚布置图

图5　管棚加工图

管棚长度10m一环，两环之间采用超前小导管支护，且搭接长度不小于3m。超前小导管采用Φ42mm× 3.5mm热轧无缝钢管，长度L=5m，钢管前端呈尖锥状，尾部焊接Φ8mm加劲箍，管壁四周钻8mm压浆孔，但尾部100cm布设压浆孔，超前小导管施工时，与隧道衬砌中线平行以10～15°仰角打入拱部围岩，钢管环向间距30cm，每打完一排钢管后及时封闭掌子面，并注浆。详见图6和图7。

超前小导管纵向间距320cm，每排搭接长度保持1.0m以上。

超前小导管可以从型钢拱架腹部穿过或采用一榀格栅钢架替代需开孔的型钢钢架，钢管尾部应与钢架焊接牢固。

3.3洞身开挖施工技术

图6　小导管超前支护布置图

图7　小导管超前支护断面图

洞身开挖采用环形预留核心土三台阶开挖技术，按照该开挖工法，拱部环向一次开挖成型，预留核心土，每循环进尺0.8m。在掘进5m后，中台阶分左右侧错开掘进，单侧每次掘进0.4m，为了保证拱部的稳定，防止两侧拱脚同时悬空，中台阶两侧边腿必须错开3m。同理，下台阶掘进分左右侧错开施工，各部掘进间距控制以5m为宜。由于现场地质条件较复杂，考虑在沉降变化较大时，通过增加中台阶临时仰拱减缓变形，在中台阶初支钢架连接钢板以上20cm处，焊接临时仰拱支撑接头。

初期支护参数采用拱、锚、网、喷联合支护结构（图8），拱架支撑采用I20b，间距40cm，Φ22mm连接钢筋；设双层Φ6.5mm钢筋网片，网格间距200mm×200mm，环向间距100cm；系统锚杆采用Φ42×3.5mm注浆小导管，纵环向间距40cm（纵）×120cm（环向），梅花形布置；锁脚采用Φ42×3.5mm厚350cm长注浆小导管；C20喷射混凝土厚度26cm。

三台阶支护施工完成后，对系统锚杆和锁脚钢管进行注浆，加固土体。

图8　三台阶法初期支护参数图

4小结及建议

综上所述，大鼓山隧道工程通过地表加固和洞内超前管棚支护，实现了隧道洞身开挖支护成功下穿既有县道，并形成一套实用性强的下穿既有公路和建筑物的隧道施工技术，确保了工程施工安全，并为以后类似工程提供借鉴。

（1）理论分析表明，通过对隧道施工期间洞内与洞外变形的综合控制与路基保护，能够确保既有道路的安全稳定，为施工方案的制定与优化提供科学依据。

（2）根据现场地形和地质情况，预见性地采用钢管抗滑桩和坡面小导管注浆加固技术加固地表结构物，有效地减小地表变形，确保县道运营安全。

（3）通过增加洞内超前大管棚和小导管组合的超前支护结构，结合环形预留核心土三台阶开挖技术，成功实现隧道洞身开挖下穿既有县道和地表建筑物。

［1］许亚军.超浅埋暗挖隧道下穿高速公路的施工技术［J］.隧道建设，2009（01）.

［2］顾问宇，李伟，冯金英.管棚超前支护在平顶直墙隧道中的优化设计［J］.现代隧道技术，2009（03）.

［3］韩磊，张永刚.浅埋大跨隧道下穿洞穴施工［J］.公路交通科技（应用技术版），2012（11）.