浅埋市政隧道下穿快速路施工沉降探究

摘要 施工沉降是下穿隧道工程面临的主要风险，为提升隧道下穿安全性，加强施工沉降控制，文章结合某浅埋市政隧道工程，对隧道结构下穿城市快速路的施工沉降问题展开研究，以明确沉降原因，完善施工设计，严格应用各项施工技术要点，控制沉降风险，降低下穿施工的沉降概率，保障浅埋市政隧道的建设质量。

关键词 市政隧道；下穿；快速路；施工沉降

中图分类号 U455.4 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）16-0031-03

0 引言

城市化发展中，市政隧道连接城市内各区域，成为城市交通运输重要结构。在持续开发利用地下隧道时，浅埋隧道数量逐渐增加，与既有快速路、公路线路相交，隧道下穿时的沉降变形风险突出。对此，应加强隧道下穿快速路时的现场施工监测、沉降检测，预防、治理施工沉降病害，保障市政隧道下穿施工质量。

1 项目概况

某双线浅埋市政隧道，双线间距5.6 m，全长359 m，隧道设计纵坡的坡度为5%，线路高程为256.31～258.99 m。隧道沿线近距离下穿城市快速路，洞顶、快速路路面最小垂直距离为4 m，开挖空间最大高度为13.65 m，宽度为14.21 m，属于大断面浅埋隧道下穿工程。

（1）北侧线路管幕、主体结构暗挖里程为K1+920～k2+0.26，长度为101 m；隧道始发井、接收井分别布设在K1+907～k0+921和K2+026～k2+0.35；暗埋区段里程为K2+0.38～k2+035、K1+910～k1+917。

（2）南侧线路管幕、主体结构暗挖里程为K1+180～k1+285，长度为101 m；隧道始发井、接收井分别布设在K1+196～k1+220和K1+170～k1+182；暗埋区段里程为K1+160～k1+169、K1+300～k1+306。

（3）双线行车通道设计速度为50 km/h，双向四车道，宽度为18 m，高度为10 m。

2 浅埋市政隧道下穿快速路施工沉降问题

通过分析浅埋隧道下穿既有公路类似项目的最大沉降值，结果表明该类工程施工沉降风险大，需通过超前支护、工艺优化等方式预防路面沉降。同类隧道工程下穿既有公路路面沉降的统计数据，如表1所示。

在对超浅埋隧道施工过渡段处理不到位时，既有公路桥梁将会发生不均匀沉降，造成严重危害。（1）快速路路基结构受到扰动、稳定性降低，承载力无法满足预期要求；车辆长期碾压造成路面变形，出现“中间低、两侧高”的情况，影响通行安全[1]。（2）施工沉降问题同样会导致快速路基台下降，路面出现缝隙、积水、沉降不均匀等问题，车辆通行会有颠簸感，从而造成道路质量、安全性能下降。

3 浅埋市政隧道下穿快速路施工沉降原因

（1）地质湿陷性问题。地质湿陷性是造成沉降的主要原因，当浅埋市政隧道下穿区域地质条件复杂、地层表面土壤稳定性差时，在外力作用下既有快速路将会出现沉降问题。

（2）隧道埋深过浅。隧道掩埋较浅时，土层厚度不足，结构承载力减弱，路面施工沉降风险大。

（3）开挖面积过大。开挖隧道断层面时，隧道深度、跨度较大，开挖面积大，施工层结构不稳定，产生沉降问题[2]。

4 浅埋市政隧道下穿快速路施工沉降控制

4.1 结构设计

项目下穿区域地质条件复杂，包含粉土、细砂、紫红色黏土矿物。其中，粉土分布较多，局部区域缺失，层厚为0.5～3 m，包含淤泥质粉土、灰褐色粉粒；细砂中的局部为粉砂土，湿度大，松散，层厚为0.4～2.5 m；紫红色黏土矿物呈散状、块状结构，中风化岩石，厚度为10 m，RQD值为20%～70%。

（1）基于项目地质条件，结构抗渗等级设计为P8，设计荷载为城-A级道路标准，主线最大纵坡5%，横坡1.5%，匝道6%，抗震标准为7度设防，纵断面设计如表2所示。

（2）隧道结构采用全断面双箱框架结构，现浇C40混凝土。引道区域则根据结构埋设深度，设计U形槽、挡土墙，以优化隧道下穿受力结构[3]，其中U形槽为悬臂C40钢筋混凝土现浇结构，挡土墙为C30钢筋混凝土结构。

（3）隧道框架、底板铺装8 cm复合钢筋混凝土、10 cm沥青面层，复合钢筋混凝土性能指标应符合要求，如表3所示。

4.2 支护设计

（1）隧道基坑边坡超前支护。对于浅埋下穿隧道，最大挖深lt;6 m时，通过“放坡+挂网喷锚”的方式进行超前支护，放坡坡率为1：0.73。最大挖深gt;6 m时，设置锚杆索、喷射混凝土，支护隧道基坑结构，6 m以下的放坡坡率为1：0.73，6 m以上的放坡坡率为1：1。

（2）下穿土方沟槽喷锚支护。1）放坡坡率分为两级，与隧道基坑边坡支护坡率相同；施工前应准确计算沟槽底标高，确定锚杆支护深度，明确钢筋网片、锚杆、加强筋位置。2）锚杆布设前钻孔，孔径（直径）为80 mm，入射角15°；钻杆壁厚3 mm，为48 mm钢管，纵横距离为1 m，砂土层钻杆间距、长度可适当增加。3）支护锚杆呈矩形设置，端部3 m范围内钻眼灌浆，钻眼间距为0.5 m，水灰比0.43，灌浆压力为0.2～0.65 MPa。

4.3 明挖施工

（1）隧道明挖前，结合该项目工况，回填降水井，回填材料为碎石，封口处设2 cm厚的800 mm×800 mm矩形钢板，以预防路面、上方构造物沉降。

（2）明挖区域，暗埋段设钢筋混凝土内支撑、钻孔灌注桩支护。敞开区域支护结构为钢筋混凝土内支撑+SMW工法，主体支撑结构为钢筋混凝土结构[4]。1）钻孔灌注桩应用旋挖机钻孔，灌注浆为水下混凝土。2）SMW工法则是配合搅拌机，将42.5级水泥搅拌成桩，其主要技术参数如表4所示。

（3）隧道基坑上部土石方采用挖掘机，下部实施“行走式龙门吊提升+挖掘机”。明挖区域钻孔灌注桩支护结构为超前支护，钢管内支撑为“随挖随撑”支护，沿纵坡接力开挖，成形后浇筑顶板混凝土，压实处理。1）布设围护结构，浇筑基坑冠梁，结构强度符合要求后开挖沟槽，设置首道支撑。2）开挖沟槽，架设第二道支撑结构。3）开挖至基底，布设混凝土垫层，浇筑混凝土，混凝土强度等级gt;70%后，拆除第二道支撑结构。

（4）回填基坑土方，填料为级配砂砾石，以提升基坑强度、稳定性。人工+装载机摊铺30 cm后，回填两侧，夯实、静压。夯击设备为1～3 t打夯机，距顶板50 cm处使用压路机静压，其他区域则用自卸汽车上土，使用振动压路机碾压，压实度gt;80%。

4.4 船槽施工

该项目中隧道下穿过渡段为船槽结构，为预防施工沉降，船槽侧墙、顶板应采用一次性构筑工艺。

（1）测量放线，确认顶板、底板、侧墙高程、中线，以及框架、侧墙断面净宽。安装侧墙筋，侧墙筋与底板预埋件应错位焊接，设保护层，保护层厚度为40 mm～50 cm[5]。沉降缝安装止水带。

（2）采用满堂支架搭设顶板、侧墙模板，如图1所示。支架为碗扣式，下垫枕木，顶部、侧端设置可调顶托，施工期间随时调整标高。顶托槽内应设置方木，间距为20 cm。纵横撑杆与碗扣紧密连接，纵横向撑杆距离60 cm。最后设置剪刀撑，维持支架稳定性。

（3）安装施工。顶板、侧墙模板应分块安装，纵横向模板接缝应相互垂直，缝隙密实、表面平整。可用双面胶填塞，确保模板间密封密实度，预防漏浆。拼装过程中，应用可调顶托顶紧方木。侧墙模板为组合钢模板，可用对拉组水螺栓连接，扣件应锁紧纵横缝。

4.5 下穿工程

下穿工程实施“管幕工艺”，技术原理是顶埋大直径钢管，使隧道结构内部形成钢管圈，分区域切割钢管，浇筑混凝土衬砌隧道侧壁，提升隧道整体强度。开挖始发井、接收井后，实施顶管施工。始发井安装管节，使用顶推机顶入，顶出位置为接收井的预留区域，钢管直径2.3 m，两排设30 mm壁厚钢管，顶部、底部均预埋钢管，以确保结构稳定性。

（1）地面一次性注浆，注浆工艺为渗透注浆，浆液为超细水泥浆，水灰比1：1，注浆孔为梅花形，孔距1.5 m，扩散半径为1 m，注浆压力控制为0.35 MPa。

（2）修筑下穿工作井主体结构，搭设管棚，管棚规格为180@300 mm，直径为2 m，管间焊接，形成管排后，设支撑柱。顶管压力计算公式为F0=π×D×f×k+N×F=π×2×106×7+π×1×1×18×13.2=5 408 kN，其中，f为管道外壁和土层平均摩阻力（kN/m2）[6]。最后，绑扎钢筋，浇筑混凝土，每次浇筑长度为4～8 m，减少施工循环。

（3）首次循环施工结束后进行帷幕注浆。注浆前挂网喷浆封闭掌子面，全断面帷幕注浆。注浆长度为15 m，开挖12 m，注浆搭接3 m，扩散半径为0.7 m，孔间距为0.8 m。注浆孔设有201个，孔径为108 mm，终孔直径为90 mm，孔口管为无缝钢管，钢管规格为100×5 mm，长度为2.5 m。采用锚固剂埋设孔口管，管间焊接止浆阀。

注浆材料为1：1水泥浆、1：0.8超细水泥+水玻璃浆液，注浆压力为1.8～2 MPa。帷幕注浆加固范围较大，可覆盖隧道开挖轮廓线外3 m，以形成止水帷幕，起到加固土层、岩体的作用。注浆工艺为后退式注浆，一体化注浆；岩层较为分散的区域，为预防塌孔，可实施前进式注浆工艺。钻孔、注浆时应自外向内、先下后上进行钻注，沿孔边注浆，注浆过程中应缩短间歇时间，钻孔、注浆作业应前后进行，空孔暴露时间不宜过长。

4.6 沉降监测

施工过程中，应结合隧道下穿既有快速路的特殊性，记录浅埋段地表、隧道拱顶、周围构筑物的沉降数据，观测施工沉降值，最大沉降量应lt;30 mm，沉降速率为1 mm/d。

（1）浅埋段。下穿区域设18个监测测点，记录各时段隧道浅埋段下沉数据。项目开挖环节，地表施工沉降速度快，约5 mm/d；15 d后，地表沉降变形数据稳定，沉降速率为0.89 mm/d，符合要求值，最大沉降量lt;18 mm，后期沉降量lt;10 mm。

（2）隧道拱顶。设16个测点，观察拱顶下沉情况，记录沉降数据。隧道开挖后，两侧土压力增加，城市快速路车辆荷载较大，隧道拱顶监测数据显示，1#、2#、7#测点处沉降数据出现变化，沉降变形较大，最大沉降值为25 mm；隧道拱顶支护、浇筑、顶管经施工处理后，最大沉降量为12 mm，符合标准控制值30 mm，满足拱顶下沉要求。

（3）周边构筑物位移、沉降变形。隧道开挖后，周边构筑物位移、沉降变形的风险大，后期趋于稳定，向内收敛，最大变形为16 mm，最大位移为21 mm，均符合标准要求。

5 结语

综上所述，浅埋隧道下穿快速路的施工沉降问题会影响快速路、隧道结构的稳定性，导致通行安全风险大。因此，应加强浅埋隧道下穿施工的沉降控制，针对沉降风险诱因，采取相应的预防措施，规范浅埋隧道下穿工艺流程，使隧道下穿整体效果符合城市交通设施建设要求，安全性能完善，为我国城市经济发展提供助力。

参考文献

[1]施柳盛，程子聪，谢小创.大直径盾构隧道下穿既有地铁隧道影响分析及控制[J].建筑施工，2023（12）：2386-2388+2392.

[2]范文昊，谢盛昊，周飞聪，等.新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究[J].现代隧道技术，2023（4）：43-57.

[3]陈刚.盾构隧道下穿机场的结构设计与施工沉降控制研究[J].城市道桥与防洪，2023（4）：246-249+27-28.

[4]贺国龙.软弱地层新建铁路隧道下穿高速公路施工沉降控制技术研究[J].市政技术，2021（S1）：67-71+106.

[5]王美霞，赵凤凯.新建隧道超小净距下穿既有隧道施工沉降规律研究[J].黑龙江交通科技，2020（8）：169-170.

[6]谭玉琪.浅埋铁路隧道下穿高速公路施工沉降分析[J].工程建设与设计，2020（2）：198-199.