浅埋软弱隧道下穿公路的施工方法

1、浅埋软弱隧道下穿公路的施工方法中铁十一局集团第一工程 刘方雄 湖北 襄樊 441104摘要：根据某隧道在下穿既有二级公路段的地质情况，分析由于原设计台阶法施工而出现初期支护破坏及地表下沉开裂的原因，并提出新的施工方案双下侧导坑法，并研究其受力特性与施工工艺。研究结果可为类似的工程提供借鉴。关键词：隧道工程；软弱围岩；浅埋；双下侧导坑 中图分类号: U452.112 文献标识码: A 对于下穿或近临既有建筑物的浅埋软弱围岩隧道，因施工方法不当常造成隧道坍方、地表坍陷等事故1-3，其不但影响工期，还增加本钱，造成不良的社会影响。因此，开展软弱浅埋隧道的研究具有重要的工程实际意义。目前，国内外学者进

2、行了相关研究：Dalgic4依托Beykoz Tunnel工程，分析了软弱围岩对隧道开挖和支护的影响；Jeng, Fu-Shu5通过实验研究了软弱砂岩的变形特性及其对隧道变形的影响；6通过数值模拟，研究了既有建筑下软弱围岩隧道的破坏机理；万俊峰7根据祁临高速公路成王庄隧道，探讨了浅埋、黄土质、富水段的施工方法、工艺及技术措施；谢红山8分析了在浅埋、富水、围岩软弱等极其复杂条件下隧道施工过程中出现的多种病害及病害成因；章新生9分析了顺层软弱围岩隧道洞口段的施工技术等。关于软弱围岩的开挖方法大多为短台阶、侧壁导坑、CD和CRD法，而对于双下侧坑的施工工法报导甚少，为此，本文将依托某下穿公路的隧道工

3、程，研究软弱围岩地段双下侧导坑工法的施工性态，总结其中的规律，并提出其施工考前须知，研究成果将可为类似的工程提供借鉴。1 隧道工程概况豆子坪隧道是常德至吉首高速公路中唯一一座软基浅埋隧道,位于湖南省沅陵县,隧道设计为两座独立的别离式隧道,上下行线常德端根底均位于软基上,洞身上方为坡积土区,该段隧道埋深为2-17米不等。隧道建筑限界宽为,净高为5米,正常隧道建筑内轮廓采用单心圆断面,半径为R=10-11。2 原台阶法施工出现的问题隧道进口浅埋软弱围岩段最初施工中，采取超前大管棚注浆支护加固地层后，按台阶法施工，该项方案起到了稳定掌子面，加固拱部地层的作用，但因隧道位于堆积土中，且土层松软、松散、

4、含水，地基承载力低，不能形成有效地基梁承载结构而出现隧道拱顶下沉、围岩收敛量超出设计预留量，地表出现不同程度的下沉及开裂、拱脚局部有开裂的现象。从已支护成型的支护结构看，拱脚喷射混凝土开裂、脱落、拱脚钢架扭曲，拱顶支护未见大的异常。这说明拱顶的垂直压力通过拱架整体下沉进行释放，拱脚部位属于开口结构未封闭成环，同时土体松软无法提供足够水平磨擦力，导致拱脚向内侧变形，最终导致初期支护结构的喷射混凝土开裂，钢架扭曲。台阶法拱架受力如图1所示。 图1 上部拱架受力分析示意图3 双下侧导坑方案的提出为此，从产生问题的根本原因入手，修改施工方案，采用双下侧导坑施工方案，此方案同双侧壁导坑方案有相同之处，但

5、此方案更着重于根底的处理。导坑的施工先行，可超前探明地质情况，提前处理根底，为隧道支护提供足够的地基承载力，从而为平安施工创造条件10-11。双下侧导坑的施工工序具体如下图2a：开挖双下侧导坑，并施做条形根底；开挖拱部的环形土体，并施做初期支护；开挖核心土；开挖下部土体，回填左右侧导坑，并施作下部初期支护；施作二次衬砌。双下侧导坑方案具体的传力过程如下列图2b10-12：隧道垂直压力是通过拱架传至整体的条形根底，从而大大减少拱架及地表下沉的可能性；隧道的侧压力通过条形根底底部传至下部原状土再传至另一侧的条形根底，形成了一个封闭的结构，围岩变形也因此大大改善。下部中心土开挖时因设计有底部仰拱，所

6、以结构仍是封闭成环的。 a.双下侧导坑的开挖工序 b. 施工受力图2 双下侧导坑的施工工序及受力分析4 施工工法4.1 地层注浆加固进洞开挖前沿隧道上方公路路肩外1m约20m长范围打长度为13m的两排89×8mm有孔钢花管注浆，梅花型布置，间距1m，外露1m，钢管要求深入强风化砂岩。有孔钢花管应从两侧向中间施工，必须保证注浆完成后才能施作下一根。注浆采用水泥-水玻璃浆液：水泥与水玻璃体积比1：0.5，水泥浆水灰比1：1，水玻璃浓度为35玻镁度，水玻璃模数为2.4，注浆压力保证初压0.51.0MPa，终压2.0MPa。注浆结束后应及时去除管内浆液，并用30号水泥砂浆紧密填充，增加钢管的

7、刚度和强度。注浆参数应在施工中不断调整，以尽量保证钢管之间浆液充填饱满，形成稳定壳体。4.2 双下侧导坑施工施工时先进行双下侧小导坑开挖，小导坑明挖段和过渡段采用全断面I20a工字钢和挂网喷射砼支护，暗挖断采用钢格栅、挂网喷射砼支护。小导坑开挖穿过二级公路后，进行小导坑内部混凝土条形根底施工，混凝土条形根底施工时从洞内向洞外施工，采用混凝土输送泵进行模筑。根据工地条件, 导坑条形根底施工，钢筋在导坑内绑扎关模后，采用泵送C25混凝土进行施工，先施工水平条形根底后，安装拱脚，再施工竖直条形根底。根底施工完成后进行正洞上半断面开挖，上半断面与下半断面间距不大于15m。当然两条隧道的双下侧小导坑开挖

8、和支护方法根本相同。4.3 洞身施工在导坑整体条形边墙根底施作完毕后，进行洞身开挖；首先对隧道周边围岩按施工设计进行超前预加固后进行分步平行开挖。开挖按照“短进尺、强支护、早成环、勤量测的施工原那么进行施工作业管理。4.4 隧道施工工艺流程隧道施工工艺流程如图3所示。图3 隧道施工工艺流程5 结论针对下穿公路的软基浅埋隧道，提出以处理根底为主的双下侧导坑工法，并给出此段隧道的辅助施工措施与工序。目前该隧道工程已经竣工通车，说明本文提出的施工方法及工艺是合理的，双下侧导坑的施工先行，不仅可提前处理根底，为隧道支护提供足够的地基承载力，还能超前探明地质情况，从而为平安施工创造条件，取得了显著的经济

9、价值和社会效应，具有重大的工程意义，可为其它类似的工程提供重要的参考价值。参考文献1 彭立敏, 刘小兵. 交通隧道工程M. 湖南长沙:中南大学出版社, 2003. 2 张宏博, 黄茂松, 庄纪栋, 等. 浅埋隧道穿越建筑物桩基的三维有限元分析J. 同济大学学报(自然科学版), 2006, 34(12): 1587-1591.3 傅鹤林, 韩汝才, 朱汉华. 破碎围岩中单拱隧道荷载计算的理论解J. 中南大学学报(自然科学版), 2004, 35(3), 478-483.4 Dalgic, Suleyman. Influence of weak rocks on excavation and su

10、pport of the Beykoz Tunnel, TurkeyJ. Engineering Geology,2000，58(2):137-148.5 Jeng Fu-Shu，Weng Meng-Chai，Huang Tsan-Hwei，et al. Deformational characteristics of weak sandstone and impact to tunnel deformationJ. Tunnelling and Underground Space Technology,2002,17(3):263-274.6 Hsu, S.C.，Chiang, S.S. Failure mechanisms of tunnels in weak rock with interbedded structuresJ. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2004，41(sup): 2B 34 1-6.7 万俊峰. 黄土质软弱围岩大跨隧道施工技术J. 西部探矿工程,2002(增刊)：216-217.8 谢红山. 软弱围岩、富水、浅埋隧道病害分析及整治J. 铁道建筑技术，2002(3)：33-35.9 章新生. 顺层软弱围岩隧道洞口段施工技术初探J. 铁道标准设计，200