導(dǎo)語(yǔ)：鐵路隧道下穿高速公路施工技術(shù)探究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：根據(jù)新奧法理論，隧道支護(hù)體系分為3個(gè)部分，即圍巖、初期支護(hù)、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(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合施工過(guò)程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探討分析了支護(hù)體系各部分作用，從而為后續(xù)類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)、施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：下穿淺埋段；支護(hù)體系；圍巖；初期支護(hù)；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(qū)漳灣鎮(zhèn)下坂村附近。設(shè)置為單線隧道，建筑長(zhǎng)度2149m，隧道長(zhǎng)度2144m，在SDK388+375～SDK388+413段下穿沈海復(fù)線高速公路共38m，交叉點(diǎn)高速公路設(shè)計(jì)樁號(hào)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(yè)平臺(tái)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(guò)為剝蝕丘陵區(qū)，地形呈波狀起伏，地勢(shì)平緩～較陡峭，自然坡度約為10～45°，相對(duì)高差最大約為30～100m，植被發(fā)育，局部極發(fā)育，多辟果樹(shù)、灌木、蕨類(lèi)、高禾雜草等，交通不便。隧址區(qū)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(zhǎng)花崗巖。1.2下穿高速公路段情況簡(jiǎn)述。隧道距在建沈海高速2*40米分離式橋橋臺(tái)距離29.8米。施工工法為三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，隧道洞身采用Ⅴc復(fù)合型襯砌,全段超前支護(hù)采用φ89mm長(zhǎng)管棚，環(huán)向間距40cm；初期支護(hù)為單層噴射混凝土，厚25cm，采用I18工字鋼架加強(qiáng)支護(hù)，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(jì)劃2016年10月1日通車(chē)，需確保通車(chē)前完成下穿段二次襯砌，時(shí)間緊、任務(wù)重。隧道下穿沈海高速公路的位置關(guān)系見(jiàn)圖1、圖2。另外，與其他隧道下穿高速公路實(shí)例不同的是，本隧道是與在建高速公路交叉，為確保施工過(guò)程順利進(jìn)行，在下穿高速公路40m范圍內(nèi)采用地表注漿，橫向加固范圍為隧道中線兩側(cè)各15m，豎向加固范圍為深入基巖弱風(fēng)化層以下1m。采取φ42小導(dǎo)管進(jìn)行注漿，間距1.0m×1.0m。注漿加固前，先于高速公路路面下開(kāi)挖工作平臺(tái)，并施作60cm厚C30鋼筋混凝土板作為止?jié){盤(pán)。圖3為隧道與高速公路路面及地表注漿的關(guān)系立面圖。洞身開(kāi)挖上部分為全風(fēng)化花崗巖，中間部分為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，下部為中風(fēng)化花崗巖。隧道掘進(jìn)至下穿段前應(yīng)提前完成地表注漿，確保淺埋段洞頂圍巖的穩(wěn)定。

2施工風(fēng)險(xiǎn)分析

隧道下穿高速公路處埋深較淺，隧道結(jié)構(gòu)頂至高速公路路面的距離僅有15m，且地質(zhì)條件較差，該處為第四系殘坡積粉質(zhì)黏土及二長(zhǎng)花崗巖，全風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育。而且根據(jù)施工時(shí)間要求，下穿在建高速公路時(shí)，重型施工車(chē)輛會(huì)產(chǎn)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(yè)需采用微震控制爆破技術(shù)，爆破振動(dòng)速度不得超過(guò)5cm/s，施工進(jìn)度慢，隧道施工時(shí)不確定因素多，因此施工風(fēng)險(xiǎn)極大。

3參數(shù)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(tái)距離29.8米，且平行既有溫福鐵路下坂隧道，施工環(huán)境極為復(fù)雜。隧道爆破施工考慮到既有溫福鐵路下坂隧道已通車(chē)，且既有鐵路年代久遠(yuǎn)、距離又近，屬于臨近既有線施工。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2011），為避免爆破施工對(duì)既有溫福鐵路下坂隧道結(jié)構(gòu)及行車(chē)造成影響，以及沈海高速路面施工的影響，必須執(zhí)行“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、襯砌緊跟”的施工原則，加強(qiáng)超前支護(hù)及初期支護(hù)，其中弱爆破是指采用微振控制爆破。3.2設(shè)計(jì)參數(shù)。下坂隧道SDK388+375～SDK388+413段主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。下穿沈海復(fù)線高速公路，長(zhǎng)度38米。該段為Ⅴc復(fù)合型襯砌。全段超前支護(hù)采用φ89mm長(zhǎng)管棚，環(huán)向間距40cm。初期支護(hù)采用25cm厚C25噴射混凝土，使用I18工字鋼架加強(qiáng)支護(hù)，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(hù)體系受力分析

4.1施工概述。根據(jù)支護(hù)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(shè)置60cm厚的鋼筋砼板進(jìn)行加強(qiáng)→長(zhǎng)管棚施工→洞身開(kāi)挖→施工初支→拆除臨時(shí)仰拱→二次襯砌。初期支護(hù)在實(shí)際施工過(guò)程中存在一些不可控的情況，例如，由于二襯砌臺(tái)車(chē)或材料沒(méi)有及時(shí)施工到位，導(dǎo)致二次襯砌澆注滯后；由于春節(jié)放假、勞資矛盾、村民阻工導(dǎo)致工地停工等，實(shí)際施工過(guò)程中，初期支護(hù)在一些情況下需要長(zhǎng)時(shí)間承擔(dān)所有荷載。4.2支護(hù)體系的作用分析。4.2.1圍巖加強(qiáng)分析。（1）設(shè)計(jì)地質(zhì)為丘坡表層為第四系殘坡積Qel+dl粉質(zhì)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(fēng)化，其中全風(fēng)化揭示層厚13～35m不等，局部球狀風(fēng)化顯著，弱風(fēng)化巖體巖質(zhì)堅(jiān)硬，地下水較發(fā)育，主要為賦存于全～弱風(fēng)化花崗巖中孔隙潛水，基巖裂隙水。根據(jù)設(shè)計(jì)及地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果顯示，該段圍巖較破碎，穩(wěn)定性差。為確保下穿時(shí)隧道上方圍巖的穩(wěn)定，采用地表注漿，并施做30m×40m（橫向×縱向）60cm厚鋼筋砼板進(jìn)行加強(qiáng)。（2）通過(guò)實(shí)踐證明，圍巖作為支護(hù)體系的客觀存在部分，是可以通過(guò)人工干預(yù)改變的，能夠使得地表車(chē)載附加力由原先的局部荷載轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚝奢d，有效改善隧道受力環(huán)境，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，如圖4。4.2.2隧道支護(hù)分析。（1）隧道超前長(zhǎng)管棚支護(hù)a.超前長(zhǎng)管棚支護(hù)對(duì)于地質(zhì)條件較差、淺埋偏壓、地表附加荷載段施工，工藝技術(shù)成熟可靠，且技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能非常好。b.隧道超前長(zhǎng)管棚作用包括四個(gè)方面：第一，在隧道內(nèi)部形成圍繞隧洞輪廓的殼狀結(jié)構(gòu)，稱之為梁拱效應(yīng)；第二，施工管棚后會(huì)進(jìn)行注漿作業(yè)，漿液能夠改善軟弱圍巖的力學(xué)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(yè)對(duì)圍巖造成的破壞；第四，大管棚的支護(hù)剛度較大，因此如果發(fā)生塌方時(shí)，管棚能夠?qū)λ鸬骄彌_支撐作用。c.隧道原設(shè)計(jì)采用10mφ89管棚，環(huán)向間距40cm，每環(huán)長(zhǎng)度6m，且環(huán)與環(huán)之間的搭接不能小于3m。為充分發(fā)揮上述第一、第四項(xiàng)作用，經(jīng)設(shè)計(jì)變更為φ108洞身長(zhǎng)管棚，鋼管長(zhǎng)度45m橫跨整個(gè)38m下穿高速公路段。變更后增加洞內(nèi)管棚洞室，調(diào)整管棚外插角，并調(diào)整了注漿量，一次性完成管棚施工，節(jié)約了施工時(shí)間。管棚超前支護(hù)作用也發(fā)揮的更加充分，施工掘進(jìn)過(guò)程也更加安全。（2）初期支護(hù)初期支護(hù)是隧道進(jìn)洞后的一道最關(guān)鍵的工序，初期支護(hù)對(duì)隧道的后期施工作業(yè)安全質(zhì)量起到?jīng)Q定性的作用，也是決定隧道施工進(jìn)度快慢的關(guān)鍵因素。在施工過(guò)程中，初期支護(hù)的工序往往都占有較大的時(shí)間比重，從而有效的提高掘進(jìn)的工作效率，提高隧道整體施工進(jìn)度。a.下坂隧道SDK388+375～SDK388+413段襯砌為Ⅴc復(fù)合型襯砌類(lèi)型，初期支護(hù)為單層噴射混凝土，厚25cm，采用I18工字鋼架加強(qiáng)支護(hù)，鋼架間距60cm/榀。臨時(shí)仰拱采用I18工字鋼進(jìn)行支護(hù)，噴射混凝土厚度為18cm。支護(hù)斷面如圖5所示。根據(jù)洞內(nèi)以及地表監(jiān)控量測(cè)沉降數(shù)據(jù)分析，進(jìn)入下穿段初期沉降速率較大，為確保掘進(jìn)安全，φ50鎖腳鋼管由原設(shè)計(jì)每處2根，增加為每處4根（雙排鎖腳），鋼管長(zhǎng)度及直徑不變。鎖腳鋼管增加后量測(cè)數(shù)據(jù)，特別是拱頂沉降速率顯著變緩，并趨于穩(wěn)定，累計(jì)沉降值明顯減小。b.根據(jù)工程設(shè)計(jì)及實(shí)踐得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：第一，原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)及施工工法是可行的，為充分發(fā)揮各支護(hù)體系作用，對(duì)超前支護(hù)、鎖腳鋼管進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整后更能使用于工程實(shí)例中的全風(fēng)化淺埋下穿段，是成功的。第二，從實(shí)踐中監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析，設(shè)計(jì)無(wú)系統(tǒng)錨桿是可行的，增加了鎖腳鋼管，初期支護(hù)的結(jié)構(gòu)變形在允許范圍內(nèi)。實(shí)踐證明用鋼架+噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)+鎖腳鋼管+縱向連接筋組成的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)是合理可行的。第三，隧道在全風(fēng)化層掘進(jìn)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(chǔ)備。在施工過(guò)程中未承擔(dān)來(lái)自圍巖的壓力，也未承擔(dān)來(lái)自高速公路路面的動(dòng)荷載。而確定二次襯砌的荷載分擔(dān)量，可以假定年長(zhǎng)日久初期支護(hù)失效或變相增加部分荷載，那么二次襯砌的設(shè)計(jì)應(yīng)不小于100%的外荷載。所以設(shè)計(jì)采用50cm厚C35鋼筋混凝土，是安全可靠的。

5結(jié)束語(yǔ)

鐵路下穿高速公路的工程實(shí)例較多，但像下坂隧道這種公路未開(kāi)通，地表周?chē)薪Y(jié)構(gòu)物的情況較少，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況來(lái)看，高速公路的地表沉降控制較好，洞內(nèi)未出現(xiàn)塌方、掉塊；微振控制爆破時(shí)不影響高速路面施工，且臨近既有線隧道內(nèi)爆破振動(dòng)速度控制在5cm/s以內(nèi)。目前高速公路已開(kāi)通兩年，未出現(xiàn)地表沉降、開(kāi)裂等，說(shuō)明變更設(shè)計(jì)后的施工方案及設(shè)計(jì)參數(shù)是成功的。體會(huì)及經(jīng)驗(yàn)歸納如下：（1）新奧法施工理論中，把隧道支護(hù)體系分為圍巖、初期支護(hù)、二次襯砌三部分，是合理的，也符合各部分受力結(jié)構(gòu)、受力體系的安全計(jì)算需要。（2）圍巖作為第一道防衛(wèi)支護(hù)體系，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況，進(jìn)行加強(qiáng)，把松散的圍巖通過(guò)注漿，固結(jié)形成整體結(jié)構(gòu)，可起到支撐荷載的作用。（3）初期支護(hù)作為進(jìn)洞后最重要的一道工序，應(yīng)根據(jù)不同的圍巖地質(zhì)特性進(jìn)行調(diào)整，以便更有效的與圍巖形成整體防衛(wèi)體系。

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作者:朱胥仁 單位:中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司