鐵路隧道下穿高速公路施工技術探究

導語：鐵路隧道下穿高速公路施工技術探究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：根據新奧法理論，隧道支護體系分為3個部分，即圍巖、初期支護、二次襯砌，各分部起到的具體作用各不相同。文章以下坂隧道下穿沈海高速公路淺埋段的設計支護參數為基礎，結合施工過程實踐經驗，探討分析了支護體系各部分作用，從而為后續類似工程的設計、施工提供借鑒。

關鍵詞：下穿淺埋段；支護體系；圍巖；初期支護；二次襯砌

1工程概況

1.1概況。下坂隧道位于福建省寧德市蕉城區漳灣鎮下坂村附近。設置為單線隧道，建筑長度2149m，隧道長度2144m，在SDK388+375～SDK388+413段下穿沈海復線高速公路共38m，交叉點高速公路設計樁號為DK10+273.442，道路寬度33.5m，隧道拱頂距離路面垂直距離約15m。交叉段采用地表注漿加固處理，作業平臺采用C30鋼筋混凝土厚60cm，頂面在高速公路路面以下77cm處。隧道通過為剝蝕丘陵區，地形呈波狀起伏，地勢平緩～較陡峭，自然坡度約為10～45°，相對高差最大約為30～100m，植被發育，局部極發育，多辟果樹、灌木、蕨類、高禾雜草等，交通不便。隧址區出露的地層巖性主要為第四系殘坡積土層（Qel+dl）、碎石土（Qel+dl）、燕山早期第二次侵入（ηrb5（2）3）中粗粒二長花崗巖。1.2下穿高速公路段情況簡述。隧道距在建沈海高速2*40米分離式橋橋臺距離29.8米。施工工法為三臺階臨時仰拱法，隧道洞身采用Ⅴc復合型襯砌,全段超前支護采用φ89mm長管棚，環向間距40cm；初期支護為單層噴射混凝土，厚25cm，采用I18工字鋼架加強支護，鋼架間距60cm/榀；二次襯砌采用C35鋼筋混凝土，厚度50cm。沈海高速計劃2016年10月1日通車，需確保通車前完成下穿段二次襯砌，時間緊、任務重。隧道下穿沈海高速公路的位置關系見圖1、圖2。另外，與其他隧道下穿高速公路實例不同的是，本隧道是與在建高速公路交叉，為確保施工過程順利進行，在下穿高速公路40m范圍內采用地表注漿，橫向加固范圍為隧道中線兩側各15m，豎向加固范圍為深入基巖弱風化層以下1m。采取φ42小導管進行注漿，間距1.0m×1.0m。注漿加固前，先于高速公路路面下開挖工作平臺，并施作60cm厚C30鋼筋混凝土板作為止漿盤。圖3為隧道與高速公路路面及地表注漿的關系立面圖。洞身開挖上部分為全風化花崗巖，中間部分為強風化花崗巖，下部為中風化花崗巖。隧道掘進至下穿段前應提前完成地表注漿，確保淺埋段洞頂圍巖的穩定。

2施工風險分析

隧道下穿高速公路處埋深較淺，隧道結構頂至高速公路路面的距離僅有15m，且地質條件較差，該處為第四系殘坡積粉質黏土及二長花崗巖，全風化，節理裂隙發育。而且根據施工時間要求，下穿在建高速公路時，重型施工車輛會產生不均勻荷載。另外，隧道下穿高速公路段平行既有溫福鐵路只有90m，爆破作業需采用微震控制爆破技術，爆破振動速度不得超過5cm/s，施工進度慢，隧道施工時不確定因素多，因此施工風險極大。

3參數的擬定

3.1影響因素。本隧道在SDK388+375～+413處下穿沈海高速公路，隧道距在建沈海高速2*40米分離式橋橋臺距離29.8米，且平行既有溫福鐵路下坂隧道，施工環境極為復雜。隧道爆破施工考慮到既有溫福鐵路下坂隧道已通車，且既有鐵路年代久遠、距離又近，屬于臨近既有線施工。根據《爆破安全規程》（GB6722-2011），為避免爆破施工對既有溫福鐵路下坂隧道結構及行車造成影響，以及沈海高速路面施工的影響，必須執行“短進尺、弱爆破、強支護、襯砌緊跟”的施工原則，加強超前支護及初期支護，其中弱爆破是指采用微振控制爆破。3.2設計參數。下坂隧道SDK388+375～SDK388+413段主要設計參數如表1。下穿沈海復線高速公路，長度38米。該段為Ⅴc復合型襯砌。全段超前支護采用φ89mm長管棚，環向間距40cm。初期支護采用25cm厚C25噴射混凝土，使用I18工字鋼架加強支護，鋼架每榀間距為60cm。二次襯砌采用50cm厚C35鋼筋混凝土。

4支護體系受力分析

4.1施工概述。根據支護體系不同作用，施工順序安排為：高速公路路基基層地表注漿→高速公路路面下設置60cm厚的鋼筋砼板進行加強→長管棚施工→洞身開挖→施工初支→拆除臨時仰拱→二次襯砌。初期支護在實際施工過程中存在一些不可控的情況，例如，由于二襯砌臺車或材料沒有及時施工到位，導致二次襯砌澆注滯后；由于春節放假、勞資矛盾、村民阻工導致工地停工等，實際施工過程中，初期支護在一些情況下需要長時間承擔所有荷載。4.2支護體系的作用分析。4.2.1圍巖加強分析。（1）設計地質為丘坡表層為第四系殘坡積Qel+dl粉質黏土，黃褐色，硬塑，厚約2～6m；下面為花崗巖，黃褐色～灰褐色，淺肉紅色，全～弱風化，其中全風化揭示層厚13～35m不等，局部球狀風化顯著，弱風化巖體巖質堅硬，地下水較發育，主要為賦存于全～弱風化花崗巖中孔隙潛水，基巖裂隙水。根據設計及地質預報結果顯示，該段圍巖較破碎，穩定性差。為確保下穿時隧道上方圍巖的穩定，采用地表注漿，并施做30m×40m（橫向×縱向）60cm厚鋼筋砼板進行加強。（2）通過實踐證明，圍巖作為支護體系的客觀存在部分，是可以通過人工干預改變的，能夠使得地表車載附加力由原先的局部荷載轉變為均勻荷載，有效改善隧道受力環境，降低安全風險，如圖4。4.2.2隧道支護分析。（1）隧道超前長管棚支護a.超前長管棚支護對于地質條件較差、淺埋偏壓、地表附加荷載段施工，工藝技術成熟可靠，且技術經濟性能非常好。b.隧道超前長管棚作用包括四個方面：第一，在隧道內部形成圍繞隧洞輪廓的殼狀結構，稱之為梁拱效應；第二，施工管棚后會進行注漿作業，漿液能夠改善軟弱圍巖的力學性能，提高隧道圍巖的承受能力；第三，管棚的孔槽能夠吸收爆破造成的沖擊波及氣體，緩解爆破作業對圍巖造成的破壞；第四，大管棚的支護剛度較大，因此如果發生塌方時，管棚能夠對塌渣起到緩沖支撐作用。c.隧道原設計采用10mφ89管棚，環向間距40cm，每環長度6m，且環與環之間的搭接不能小于3m。為充分發揮上述第一、第四項作用，經設計變更為φ108洞身長管棚，鋼管長度45m橫跨整個38m下穿高速公路段。變更后增加洞內管棚洞室，調整管棚外插角，并調整了注漿量，一次性完成管棚施工，節約了施工時間。管棚超前支護作用也發揮的更加充分，施工掘進過程也更加安全。（2）初期支護初期支護是隧道進洞后的一道最關鍵的工序，初期支護對隧道的后期施工作業安全質量起到決定性的作用，也是決定隧道施工進度快慢的關鍵因素。在施工過程中，初期支護的工序往往都占有較大的時間比重，從而有效的提高掘進的工作效率，提高隧道整體施工進度。a.下坂隧道SDK388+375～SDK388+413段襯砌為Ⅴc復合型襯砌類型，初期支護為單層噴射混凝土，厚25cm，采用I18工字鋼架加強支護，鋼架間距60cm/榀。臨時仰拱采用I18工字鋼進行支護，噴射混凝土厚度為18cm。支護斷面如圖5所示。根據洞內以及地表監控量測沉降數據分析，進入下穿段初期沉降速率較大，為確保掘進安全，φ50鎖腳鋼管由原設計每處2根，增加為每處4根（雙排鎖腳），鋼管長度及直徑不變。鎖腳鋼管增加后量測數據，特別是拱頂沉降速率顯著變緩，并趨于穩定，累計沉降值明顯減小。b.根據工程設計及實踐得出以下幾點結論：第一，原設計支護參數及施工工法是可行的，為充分發揮各支護體系作用，對超前支護、鎖腳鋼管進行了調整。調整后更能使用于工程實例中的全風化淺埋下穿段，是成功的。第二，從實踐中監控量測數據分析，設計無系統錨桿是可行的，增加了鎖腳鋼管，初期支護的結構變形在允許范圍內。實踐證明用鋼架+噴射混凝土+鋼筋網+鎖腳鋼管+縱向連接筋組成的初期支護結構是合理可行的。第三，隧道在全風化層掘進鎖腳鋼管受力較大，鎖腳鋼管+鋼架受力效果明顯。（3）二襯襯砌二次襯砌作為安全儲備。在施工過程中未承擔來自圍巖的壓力，也未承擔來自高速公路路面的動荷載。而確定二次襯砌的荷載分擔量，可以假定年長日久初期支護失效或變相增加部分荷載，那么二次襯砌的設計應不小于100%的外荷載。所以設計采用50cm厚C35鋼筋混凝土，是安全可靠的。

5結束語

鐵路下穿高速公路的工程實例較多，但像下坂隧道這種公路未開通，地表周圍有結構物的情況較少，根據現場施工情況來看，高速公路的地表沉降控制較好，洞內未出現塌方、掉塊；微振控制爆破時不影響高速路面施工，且臨近既有線隧道內爆破振動速度控制在5cm/s以內。目前高速公路已開通兩年，未出現地表沉降、開裂等，說明變更設計后的施工方案及設計參數是成功的。體會及經驗歸納如下：（1）新奧法施工理論中，把隧道支護體系分為圍巖、初期支護、二次襯砌三部分，是合理的，也符合各部分受力結構、受力體系的安全計算需要。（2）圍巖作為第一道防衛支護體系，應根據地質情況，進行加強，把松散的圍巖通過注漿，固結形成整體結構，可起到支撐荷載的作用。（3）初期支護作為進洞后最重要的一道工序，應根據不同的圍巖地質特性進行調整，以便更有效的與圍巖形成整體防衛體系。

參考文獻：

[1]TZ204-2008.鐵路隧道工程施工技術指南[S].[2]陳志廣.鐵路隧道下穿高速公路設計方案分析[J].山西建筑，2012，38（18）：161-163.

[3]王志，杜守繼，張文波，等.淺埋鐵路隧道下穿高速公路施工沉降分析[J].地下空間與工程學報，2009，5（03）：531-535+572.

[4]李之達，吳延貞，趙剛，等.隧道圍巖與支護結構間的相互作用[J].湘潭大學自然科學學報，2010，32（04）：40-45.

[5]楊昌賢，崔光耀，王樂明.基于監控量測的公路隧道二次襯砌受力分擔比例[J].世界地質，2012，31（01）：193-198.

作者:朱胥仁 單位:中鐵五局集團第一工程有限責任公司