淺埋砂質(zhì)新黃土隧道下穿公路施工關(guān)鍵技術(shù)研究

1、    淺埋砂質(zhì)新黃土隧道下穿公路施工關(guān)鍵技術(shù)研究    陳仁連摘 要：通過武家坡隧道淺埋段下穿公路施工，介紹了一種超前長管棚預(yù)加固下穿公路的隧道施工方法。在埋深僅有25m的砂質(zhì)新黃土軟弱圍巖隧道下穿公路時，通過雙層大管棚精確定位、導(dǎo)向，超前加固圍巖，提高圍巖自穩(wěn)能力，配合微臺階工法，及時封閉成環(huán)，控制圍巖變形和沉降，確保隧道安全施工、公路安全通行，是一種較合理的下穿方案。為類似淺埋軟弱圍巖隧道快速、安全下穿結(jié)構(gòu)物施工提供參考和借鑒。關(guān)鍵詞：下穿公路;砂質(zhì)新黃土;淺埋;超前長管棚;微臺階1、引言當(dāng)前在交通強國戰(zhàn)略的指引下，鐵路工程首當(dāng)其沖，建設(shè)規(guī)模不斷擴

2、大，路網(wǎng)越來越密，鐵路建設(shè)不可避免會出現(xiàn)一些隧道下穿公路、鐵路、油氣管線、市政管網(wǎng)、建筑物等現(xiàn)象。大部分隧道埋深較淺，施工過程中對地面構(gòu)筑物影響較大，如何安全下穿是保證隧道安全施工和上部構(gòu)筑物正常使用的關(guān)鍵。采用常規(guī)爆破施工、短管棚支護、分部開挖方法，效率低、風(fēng)險大，常常會出現(xiàn)塌方、大變形等危險。本文采用超前長管棚加微臺階工法施工方案，下穿砂質(zhì)新黃土淺埋段施工，隧道變形小、沉降可控，不影響公路正常通行，是一種安全可靠、快速有效的施工方法。2、工程概況武家坡隧道位于陜西省榆林市靖邊縣，起訖里程為dk256+643 -dk259+315，隧道全長2672m，為單洞雙線隧道。隧道進口承擔(dān)正洞施工任務(wù)

3、1436.75米，其中dk256+693dk256+707段下穿307國道，與線路方向約呈60°相交，最小埋深25m。下穿段距隧道進口50米。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報揭示，穿越段主要為砂質(zhì)新黃土，黃褐色，稍密，稍濕，垂直節(jié)理發(fā)育，自穩(wěn)性差。隧址區(qū)地表水主要為基巖裂隙水滲出形成地表徑流，地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，穿越段隧道洞內(nèi)基本無水。3、下穿公路施工關(guān)鍵技術(shù)3.1總體施工方案武家坡隧道dk256+693dk256+707下穿國道段主要遵循“強化監(jiān)控量測、實施超前加固與支護、做到工法與支護措施選擇到位、保證初支緊跟下臺階施工和快速封閉成環(huán)”的施工原則。因穿越段距洞口較近，且埋深較

4、淺。結(jié)合現(xiàn)場施工實際，決定在隧道洞口打入雙層直徑為159mm的長管棚對洞身進行超前預(yù)支護。隧道正洞采用微臺階法開挖工法進行。施工過程中地表和洞內(nèi)加密監(jiān)控量測斷面，增加監(jiān)測頻次，用量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。同時，保證仰拱和襯砌及時跟進。其中長管棚支護、微臺階開挖、實施監(jiān)控量測是控制圍巖變形、保證施工安全的關(guān)鍵所在。3.2超前長管棚施工控制要點超前長管棚施工在隧道洞口邊仰坡臨時防護工程施工完成后，開始進行導(dǎo)向墻和超前長管棚施工。超前長管棚采用長度為86.75m、直徑為159mm（t=7mm）熱軋無縫鋼管，在隧道拱部120°范圍施作。每層長管棚環(huán)向間距40cm，外插傾角為0°至3

5、6;。為保證管棚入巖角度，防止管棚侵限，采用精準(zhǔn)導(dǎo)向鉆孔工藝進行鉆孔。利用加固好的可移動鉆機平臺調(diào)整施鉆位置和鉆桿角度。施鉆過程中采用定位導(dǎo)向儀進行跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)鉆孔軌跡偏離時，及時進行調(diào)整?，F(xiàn)場鉆孔時，采用間隔鉆孔的方式進行，每完成一個鉆孔，立即頂進鋼管。鋼管每節(jié)長4m至6m，每節(jié)鋼管兩端預(yù)加工成外絲扣，以便連接下一節(jié)鋼管。為保證連接質(zhì)量，相同斷面鋼管接頭數(shù)量不得超過鋼管總數(shù)的50%。鋼管上鉆設(shè)溢漿孔，直徑10mm，間距150mm，按梅花形進行布置。鋼管中增設(shè)鋼筋籠，以提高鋼管的抗彎能力，鋼筋籠由四根22主筋和固定環(huán)焊接而成。注漿施工長管棚注入水泥漿，水泥漿液水灰比為0.5：12：1。施工過

6、程中要保證注漿壓力和注漿量，注漿壓力控制在0.5 mpa 至2.0mpa，注漿量達到設(shè)計注漿量的95%以上。注漿施工前要根據(jù)現(xiàn)場實驗情況來調(diào)整注漿參數(shù)。現(xiàn)場注漿時如果出現(xiàn)進漿量很大，但注漿壓力不變時，應(yīng)立即暫停施工，調(diào)整漿液配合比，縮短凝膠時間。長管棚注漿順序為從下到上，壓力由小到大，漿液先稀后濃。當(dāng)壓力達到設(shè)計注漿終壓并穩(wěn)定不少于15min，且管棚周圍巖體和孔隙被漿液填充滿時，結(jié)束該孔注漿。3.3微臺階開挖工法控制要點隧道穿越國道段洞身采用微臺階法開挖，人工配合機械施工。上臺階長度控制在3-5m，高度控制在3m，同時預(yù)留核心土，開挖循環(huán)進尺控制在 0.6m。中臺階長度控制在5-7m，高度控制

7、在3.5m，左右對稱開挖。下臺階與仰拱開挖高度控制在5m，左右對稱開挖。中下臺階開挖循環(huán)進尺控制在1.2m。洞身開挖預(yù)留變形量為20cm，根據(jù)圍巖監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及時調(diào)整預(yù)留變形量的大小，保證斷面凈空尺寸不侵限。開挖過程中，嚴(yán)格控制超欠挖，開挖結(jié)束后應(yīng)立即進行初噴砼封閉開挖面，緊跟進行初期支護，盡快封閉成環(huán)。初期支護格柵鋼架拱腳采用泡沫鋁墊板進行墊實，防止鋼架懸空。為了保證安全，開挖應(yīng)在上循環(huán)支護結(jié)束后進行。三臺階開挖時必須保證掌子面至仰拱初支封閉成環(huán)距離小于2倍洞徑，即小于22m。開挖過程要遵循“兩緊跟”的原則，即鋼架緊貼掌子面安裝和初支仰拱緊跟下臺階施工。微臺階法開挖重點強調(diào)一個“快”字，必須

8、保證“快挖、快支、快成環(huán)”才能把優(yōu)勢顯現(xiàn)出來。3.4監(jiān)控量測控制要點充分利用好監(jiān)控量測技術(shù)是控制隧道施工安全，指導(dǎo)科學(xué)施工的重要手段。監(jiān)控量測能從不同的角度反應(yīng)出圍巖變形情況。下穿公路段采取現(xiàn)場觀察、地表沉降量測和洞內(nèi)監(jiān)控量測等多種手段綜合進行監(jiān)控。現(xiàn)場觀察采用目視和羅盤儀進行，地表沉降和洞內(nèi)量測采用全站儀進行?，F(xiàn)場采集的量測數(shù)據(jù)通過隧道監(jiān)測信息系統(tǒng)傳遞給相關(guān)人員，使大家及時了解和掌握監(jiān)控量測信息。現(xiàn)場觀察通過現(xiàn)場觀察能夠直觀的了解到地表和洞內(nèi)初支變化情況?，F(xiàn)場觀察工作可以分為洞內(nèi)觀察和洞外周邊環(huán)境的觀察。一般要選擇具有一定施工經(jīng)驗或者具備監(jiān)測業(yè)務(wù)能力的人員進行觀察工作。重點觀察初期支護是否發(fā)

9、生開裂，地表和公路路面是否發(fā)生沉降裂縫，邊坡是否擾動。現(xiàn)場觀察要做好記錄，一般每施工循環(huán)記錄一次，同時要保證觀察的連續(xù)性。地表沉降量測對于隧道下穿公路施工來說，重點就是要做好公路的地表沉降監(jiān)測工作。地表沉降觀測點在公路兩測沿路邊各設(shè)一個斷面。監(jiān)測點在隧道開挖線以內(nèi)按2m間距進行布設(shè)，開挖線以外按5m間距進行布設(shè)，監(jiān)測范圍不應(yīng)小于 h0+b 米（h0為隧道埋深，b為隧道洞身寬度）。在開挖掌子面接近下穿公路垂直斷面20米時，按2次/d進行監(jiān)測。當(dāng)沉降速率小于10mm/d，繼續(xù)施工。沉降速率大于10mm/d小于20mm/d時，應(yīng)加強觀察，適當(dāng)調(diào)整開挖進度，加快封閉成環(huán)速度。沉降速率大于20mm/d時

10、，要暫停掌子面施工，制定加固措施，保證量測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再進行施工。洞內(nèi)監(jiān)控量測隧道開挖初期圍巖會存在較大的拱頂沉降值和水平收斂值。隨著支護結(jié)構(gòu)施工并且具備了一定的支撐強度之后，其變化值逐漸降低。施工中沿隧道開挖方向布設(shè)拱頂監(jiān)測點，在同一斷面的拱腰和邊墻處布設(shè)2對水平收斂觀測點，斷面間距5m。在公路正下方段落間距加密為3m。監(jiān)測頻率為2次/d，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，根據(jù)現(xiàn)場管理要求，加大監(jiān)測頻率，監(jiān)測初始值讀數(shù)應(yīng)在隧道開挖后6h內(nèi)完成。拱頂沉降速率小于10mm/d且水平收斂速率小于5mm/d時，繼續(xù)施工。拱頂沉降速率大于10mm/d小于20mm/d或水平收斂速率大于5mm/d小于10mm/d，應(yīng)加強觀

11、察，適當(dāng)調(diào)整開挖進度，加快封閉成環(huán)速度。沉降速率大于20mm/d或水平收斂速率大于10mm/d時，要暫停掌子面施工，制定加固措施，保證量測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再進行施工。4、實施效果分析通過超前長管棚預(yù)支護措施、微臺階開挖工法和監(jiān)控量測這些關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，武家坡隧道下穿國道施工期間洞內(nèi)未發(fā)生塌方、掉塊，國道路面未出現(xiàn)沉降開裂現(xiàn)象。施工總體安全可控，質(zhì)量顯著提升。更為重要的是提前15天完成下穿國道施工任務(wù)。5、結(jié)論與建議武家坡隧道采用超前長管棚加微臺階開挖綜合方案，成功完成了下穿公路施工，安全可靠，進度較快，沉降變形可控，是一種有效下穿公路施工方法，以下幾點可為類似工程做為借鑒或參考。超前長管棚預(yù)支護其支

12、護強度高、支護范圍大，大大提高了圍巖自身穩(wěn)定性，為隧道后續(xù)工序安全施工提供了保障。微臺階開挖工法能及時封閉成環(huán)，其兩緊跟和拱腳支墊措施，能有效控制變形、控制沉降，對保證地面公路安全起決定性作用。采用綜合、立體的監(jiān)控量測措施，及時發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)、地面變化情況，作為施工控制的一個指揮棒，在下穿施工過程中起著重要作用。同時在施工過程中也發(fā)現(xiàn)一些需要繼續(xù)改進的地方，如長管棚施工控制較難，尤其是長度超過40m以后，其方向、成孔、注漿等均存在一定的難度。微臺階施工作業(yè)面多、交叉施工作業(yè)頻繁，施工組織難度較大，一個工序發(fā)生問題，將影響整個施工組織，效率大大降低。同時隧道下穿工況復(fù)雜，方案也應(yīng)一洞一方案，諸如此類問題還待在以后的施工過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗。參考文獻1 王航，韓磊.淺埋大跨隧道下穿既有公路施工技術(shù)j.公路，2012（8）：267-272.2 劉家全.大管棚預(yù)注漿超前支護技術(shù)在軟巖隧道施工中的應(yīng)用j.建筑機械，2018（6）：84-86.3 楊世武，皮圣，蘇輝.淺覆新黃土隧道微臺階法修建技術(shù)j.隧道建設(shè)（中英文），2017（12）：1571-1577.4 蘇江.鐵路隧道下穿既有公路地層變形特性研究j.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012（1）：89