浅埋暗挖大断面隧道下穿高速公路的施工技术

崔广振

中铁十八局集团第三工程有限公司 河北 涿州 072750

浅埋暗挖隧道施工中，除去地层本身的物理力学性质，隧道到地表距离H、隧道与既有建筑物夹角θ等因素是引起既有建（构）筑物和地层变形的重要影响因素[1]。浅埋暗挖施工前，有效的地层加固和隔离措施是保证施工安全和既有建（构）筑物稳定的必要措施。超前帷幕注浆、大管棚双重预加固、超前小导管等预加固措施有利于开挖变形的控制[2]。同时，浅埋暗挖施工时，单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、三台阶加临时仰拱法、上下台阶加临时仰拱法、上下台阶留核心土法等的比选十分重要[3]。施工中，需以控制地层变形为核心，选择适宜的掘进参数，并配合隧道初支背后回填注浆、建筑物变形补偿注浆、隧道堵水注浆等控制地层变形的措施[4]。

大断面浅埋隧道下穿高速公路路基时，需严格控制隧道开挖导致的既有路基变形[5]。本文结合依托工程的地层特征，详细分析了双侧壁导坑法在大断面浅埋隧道下穿既有高速公路路基中的施工应用，可为类似工程提供参考。

1 工程背景

1.1 项目概况

长春地铁1号线出入段线暗挖区间下穿绕城高速公路，出入段线隧道结构顶距离高速路面最近处仅4.3 m，暗挖区间与公路夹角约为100°，绕城高速公路路面宽约24 m，中央分隔带宽约1.9 m，两侧边坡长约11 m。区间隧道为椭圆形，高9.36 m，宽12.2 m。暗挖区间采用双侧壁导坑法施工，衬砌形式是复合式衬砌，采用φ400 mm管棚和DN32小导管注浆进行超前加固，初期支护的形式是C20网喷混凝土和格栅钢架，二次衬砌采用C40模筑钢筋混凝土。暗挖区间与高速公路平面位置关系如图1所示。

图1 绕城高速公路与出入段线隧道平面位置关系

1.2 工程地质

场区地层由第四系全新统人工填土层、第四系中更新统冲洪积黏性土和砂土、白垩纪泥岩组成，其地层物理力学参数如表1所示。

表1 出入段线隧道地层物理力学参数

1.3 工程重难点

结合本项目的特点发现：出入段线隧道埋深浅，隧道顶部覆土仅4.3 m，双线隧道断面跨度大，施工中容易造成顶部坍塌等施工风险。轨道交通隧道施工下穿正常运营的绕城高速公路路基，由于高速公路运行车速快，故对隧道施工引起的沉降控制要求高。隧道采用双侧壁导坑法施工，工序烦杂，工艺要求高，且存在群洞效应。施工时需做好地面及洞内地层和结构变形的监测工作，根据监测数据，实时调整优化支护和开挖参数。

2 大断面浅埋暗挖隧道下穿高速公路施工技术

2.1 超前大管棚及其加强措施

出入段线隧道下穿绕城高速公路前，先进行超前大管棚施工，管棚采用φ400 mm钢管，间距500 mm。其形成的管幕对暗挖区间下穿绕城高速公路段土体进行加固处理，管幕布置在拱部150°范围内，钢管长100 m，如图2所示。

图2 隧道钢管幕与初支结构示意

管内注浆采用M25水泥砂浆，当出浆口流出浆液后，关上阀门加压至0.8 MPa。静待浆液固结，然后进行二次注浆，即将一端钢管端头部位割开，使管内水流出，自行流出不便时采用抽出的方式。然后进行填充注浆，可加入适量的膨胀剂，注意对注浆效果的检验。检验时推荐采用割开管头部位的方式进行。

2.2 双排导管注浆加固

管棚采用φ400 mm的热轧钢管，壁厚10 mm，环向间距500 mm，钢管内灌注水泥砂浆，管棚间采用双排小导管进行注浆，每榀格栅打设1排，导管选用DN32水煤气管，壁厚3.25 mm，第1排长度2.5 m，角度向上10°～15°，第2排长度3.0 m，角度向上30°～45°。注浆浆液采用水泥浆＋水玻璃双液浆，浆液配比1∶1，水泥浆配合比为1∶0.5，水玻璃稀释至25～35°Bé。

2.3 双侧壁导坑法开挖支护

为解决浅埋、偏压隧道开挖的安全性问题，采用双侧壁导坑法。采用双侧壁导坑法将大断面分割为多个小洞室，与其他施工方法相比，该法减小了每次开挖后土体的临空面，导洞单独成环，控制各个局部封闭成环时间，控制早期沉降，使每道工序受力体系完整，最终达到结构受力均匀、变形小的效果。

2.4 施工工序

双侧壁导坑法的具体步骤是：在断面施做拱部超前小导管注浆→施做上导坑超前小导管注浆→按顺序开挖1、2号洞室，同时完成初支，锁脚锚杆，其中的纵向开挖步距不小于15 m→采用台阶法开挖5号洞室→开挖6号洞室，施做初期支护→分段割除下部部分临时中隔壁→每榀进行换撑找平，施作防水层，最后施作A部底板以及部分边墙二衬，将临时中隔壁回撑至结构底板→施作B部边墙二次衬砌→架设临时支撑，分段破除中部临时中隔壁，施作C部二次衬砌。

2.5 施工要点总结

对进洞第1榀格栅和竖井井壁初支的连接质量进行严格管控，关注竖井的加强格栅和隧道的第1榀格栅形成的受力体系。每个导洞掌子面预留核心土，消除掌子面的应力松弛现象。采用人工辅以小型工具开挖，循环进尺0.5 m，每个导洞间均错开一定的安全步距，上下导洞开挖步距不宜小于15 m，左右导洞步距不宜小于30 m。在整洞贯通、初期支护封闭成环后，结合监测数据拆除临时支撑，尽快施作二次衬砌。工序转换阶段是最危险的时间段，增大初期支护的强度是确保施工安全的关键。

2.6 地层变形控制措施

1）掌子面注浆加固。为确保掌子面开挖时的稳定，开挖前，在掌子面拱部打设超前小导管。注浆管采用DN32水煤气管，壁厚3.25 mm，长2.0 m，间距400 mm，梅花形布设，注浆浆液选用水泥浆。

2）锁脚锚管加固。导洞施工时，在每榀格栅的节点处打设2根注浆锚管。锚管选用DN32水煤气管，壁厚3.25 mm，长3.0 m，外插角向下40°～45°，注浆浆液选用水泥浆。

3）背后回填注浆。初期支护时，拱顶及侧壁预埋DN32水煤气管，壁厚3.25 mm，长1.0 m，环向间距3.0 m，纵向间距3.0 m，呈梅花形布设，必要时间距加密。初期支护闭合成环一定长度后，即对初支背后进行回填注浆，注浆浆液选用水泥浆。

4）换撑加密。工序转换阶段是沉降最明显且风险最大的阶段，双侧壁导坑在施作仰拱衬砌时，换撑的频率需加密，层间的空隙用砂浆填充密实。

3 洞内及既有高速公路变形监测方案

3.1 洞内监测

收敛点布设：每导洞设置区间水平收敛点1排，每隔5 m布设1个监测断面，剖面布置如图3所示。在测点埋设完成后对初始数据进行监测验收，每条测线重复测量3次取平均值作为初始值。

图3 断面监控量测示意

3.2 高速路面监测

高速路地表沉降监测采用水准仪配钢尺测量和全站仪配棱镜测量。一般监测频率为1次/d，当沉降速率过大时，加强监测，并根据实际变形情况及时调整施工方案。

绕城高速路北侧监测点为φ22 mm螺纹钢，长2 m，埋深1.9 m，外露0.1 m，共计7根。利用天宝DINI03电子水准仪进行测量。

绕城高速路绿化带及南侧监测点为监测棱镜，用直流冲击钻在路缘石上打设深0.05 m孔，放入膨胀螺栓固定好监测棱镜，共13个监测棱镜。

监测的数据及时进行分析处理和信息反馈，确保环城高速公路的稳定和安全。若发现异常现象，立即复测核实，明确无误后及时报送监理、第三方监测及建设单位，发出警戒报告，分析原因，并立即采取相应措施。绕城高速的路面累计沉降如图4所示。

图4 绕城高速路面累计沉降曲线

通过沉降曲线可以发现，隧道开挖引起掘进方向近侧高速公路路面沉降最大（监测断面2），其最大沉降值为37 mm。随着隧道开挖，大断面暗挖隧道引起了高速公路路面的局部隆起现象，在监测断面3，其隆起的最大值为1.2 mm。在监测断面4，最大累计隆起值达到了7 mm。

4 结语

浅埋暗挖法越来越成熟。长春地铁1号线出入段线暗挖区间下穿绕城高速，隧道跨度大、埋深浅，施工难度大，地层变形控制要求高。本文重点分析总结了地层变形控制措施，并介绍了开挖引起地层变形的实时监测方案。通过沉降曲线可以发现，隧道开挖引起掘进方向近侧高速公路路面沉降最大（监测断面2），其最大沉降值为37 mm。随着隧道开挖，大断面暗挖隧道引起了高速公路路面的局部隆起现象，最大累计隆起值达到了7 mm。