下穿高速公路安全施工技術研究

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摘要：三南鐵路溫泉隧道下穿綦萬高速公路,以此提出超淺埋隧道安全施工技術,即在隧道下穿施工前,采取大管棚超前支護，隧道下穿時洞身采用三臺階七步預留核心土弧形法機械開挖、利用滿鋪鋼棧橋加強高速公路路面防護，同時根據路面下沉監測及洞內監控量測反饋信息指導施工，并采取限速、封閉施工區域行車道等交通管制措施，實現超淺埋隧道安全穿越既有高速公路。

關鍵詞：下穿高速；機械開挖；大管棚支護；路面防護；下沉監測；交通管制

一、工程概況

三南鐵路溫泉隧道位于重慶市綦江區，全長1714m。隧道于DK17+928～+965段（長度37m）下穿綦萬高速公路，對應高速公路里程為GK25+930～GK25+950段，兩中線交角約86°。隧道拱頂至高速公路路面凈距約為4m，高速公路路面單幅寬度為8m，縱坡約為20‰，橫坡為4%，為雙向四車道瀝青路面。

二、工程難點分析

下穿高速段隧道埋深僅有4m，屬超淺埋隧道，隧道施工中必須確保高速公路的正常運營安全，要求地表不得沉陷，這是施工中一大難點。洞身下穿段地質為〈12-1〉T1灰巖，巖層屬W2弱風化，普通爆破開挖對隧道及高度公路路面安全影響較大，塌方風險較高，且爆破震動對路面車輛通行不利，如何選擇開挖方案是施工中另一難點。

三、施工方案

1.總體施工方案。隧道超前支護利用Φ108大管棚，長40m，每環20根，環向間距40cm。采用預留核心土三臺階七步機械開挖。初期支護采用I20a工字鋼及錨網噴；初噴后掛設Φ6鋼筋網片，網片規格20×20cm。鋼架縱向間距50cm，每榀鋼架設置8根Φ22鎖腳錨桿，長度3.5m；拱墻部位設置3m長Φ22系統錨桿，間距距0.8m×1m；噴混厚度25cm，采用C25耐腐蝕砼。為確保施工期間既有高速公路運營安全，對既有單幅公路滿鋪鋼棧橋，并設置洞內及地表監測網，隧道開挖過程中加強監控量測，并采取必要的交通管制措施。同時合理安排施工時間，將開挖施工安排在凌晨車流量較少的時段進行。2.超前大管棚施工。第一，鉆孔施工。鉆孔施工時，以外插角1～3°進行鉆孔，達到設計深度（比設計長0.5m）后，鉆機退回原位，進行掃孔。第二，安裝管棚鋼管。管棚鋼管采用φ108mm，壁厚5mm的熱軋無縫鋼管。長40m，節間用絲扣連接，接頭在橫斷面上錯開。單序孔最后一節4m，雙序孔第一節4m，其余管節長均為6m。第三，注漿。鋼管安裝完畢后，對地層進行注漿，注漿前封閉掌子面及孔口，以防孔口冒漿。注漿采用分段注漿，漿液擴散半徑不小于0.5m。壓注水灰比為1：1的水泥砂漿，注漿壓力控制在0.5～1Mpa左右。3.三臺階七步機械開挖（見圖1）。下穿綦萬高速公路（Ⅴ級圍巖）段隧道采用三臺階七步法（弧形預留核心土）短臺階開挖施工，施工中嚴控循環進尺（最大不超1m），及時封閉掌子面，加強初期支護和施工量測，嚴控圍巖變形。具體施工方法為：第一，上部弧形導坑開挖，開挖①部→施作①部周邊初期支護（噴混、掛網、立架、鉆錨桿）。第二，左、右中臺階開挖：在滯后于①一段距離后，開挖上臺階核心土⑥-1段及②、③部（左右臺階錯開2～3m）→施作②、③部初期支護（噴混、立架、鉆錨桿）。第三，左、右下臺階開挖：在滯后于②、③一段距離后，開挖中臺階核心土⑥-2段及④、⑤部（左右臺階錯開2～3m）→施作④、⑤部邊墻初期支護（噴混、立架、鉆錨桿）。第四，下臺階預留核心土：待④、⑤部開挖一段距離后，開挖下臺階核心土⑥-3段。第五，隧底開挖：開挖⑦部，每循環進尺2m→及時施作⑦部仰拱初期支護（噴混、立架），使初期支護及時閉合成環。為控制圍巖擾動及對行車影響，開挖采用機械開挖，嚴禁鉆眼爆破。4.初期支護施工。根據新奧法施工原理，在隧道開挖后，適時地施作初期支護，以發揮圍巖的自穩能力，本隧道采用錨桿+噴射砼+鋼筋網+全環I20a鋼架作為初期支護的措施及各項支護措施施工工藝。第一，采用φ22系統錨桿，梅花型布置。錨桿施工要點及注意事項：孔位應按設計布置，偏差小于15cm，孔深誤差±5cm。錨墊板必須與基巖密貼并按要求注漿加固。第二，噴射混凝土施工，濕噴機先初噴后復噴。噴射作業分段、分片進行，從拱腳自下而上行，應避免上部噴射回彈料虛掩拱腳；先找平凹洼部分，后噴射凸出部分，保持初支面平整；噴頭應與受噴面垂直，噴嘴口至受噴面距離宜保持在1.0～2.0m，沿水平方向以螺旋形劃圈移動。第三，鋼筋網施工。鋼筋網及時安設，網片間采用焊接搭接，搭接不小于1個網格。鋼筋網隨受噴面起伏鋪設，其間隙不應大于3cm，鋼筋網應與錨桿、鋼架連接牢固，且鋼筋保護層厚度不應小于4cm。第四，型鋼鋼架施工。DK17+928～+965段Ⅴ級圍巖特殊襯砌設置1榀/0.5m的全環I20a型鋼鋼架加強支護。鎖腳錨桿尾部通過U型鋼筋與鋼架焊接牢固，增強整體穩定性。5.下穿段高速路面防護。第一，鋪設棧橋。為確保隧道施工的安全及既有公路的運營通暢，對既有單幅公路滿鋪棧橋，棧橋垂直鐵路橫向鋪設Ⅰ25a型鋼，鋪設橫向范圍為隧道中線左右各10m，間距0.5m/榀，型鋼表面采用25鋼筋連接，間距50cm，鋼筋上面鋪設2cm厚鋼板，鋼板表面焊接22的螺紋鋼筋，型鋼與型鋼之間采用剪刀撐加固，用25鋼筋連接（長60cm），剪刀撐間距1m,型鋼底依次滿鋪1cm厚的鋼板和10mm厚的橡膠墊板厚,離隧道中線各4m的位置及棧橋兩端加鋪2cm厚的鋼板，中間跨度8m，鋼墊板沿既有高速中線橫縱長度為8m*0.5m。（見圖2）圖2既有高速棧橋鋪設示意圖第二，交通組織。下穿段施工過程中，由于初支尚未封閉成環，全程對高速公路GK25+890～GK25+990段限速20km/h通過，采取封閉施工區域和滿鋪棧橋的交通組織方式，共分四步：（1）左線施工，封閉左線行車道和緊急停車道，只留左線超車道通行；（2）左線行車道和緊急停車道施工完，封閉左線超車道，開放左線行車道和緊急停車道通行；（3）左線超車道施工完后，拆除左線封閉區域；同時封閉右線超車道，留右線行車道和緊急停車道；（4）右線超車道施工完，封閉右線行車道和緊急停車道，開放右線超車道通行；待整個下穿施工完后，拆除全部交通管制，恢復路面正常通行。設置6名現場專職交通安全員，負責實行施工時段的交通維護，按照交通規定距來車醒目位置擺放標志牌，然后用反光標桶，將行車道和緊急停車道隔離，禁止車輛駛入封閉車道。交通安全員穿橘紅色反光背心，用指揮旗進行指揮。6.監控量測。下穿高速公路段施工必須加強圍巖監控量測，及時反饋信息，指導施工，特別是洞頂路面下沉監測。發現變形超出預警，立即停止開挖，研究部署工程措施，待隧道穩定后方可進行施工。第一，量測點布置。地表下沉量測點布置。隧道下穿高速公路段沿線路縱向布設3個地表下沉監測斷面（斷面與高速公路平行），分別為高速公路中間斷面、靠近高速公路兩邊斷面（與洞內水平收斂、拱頂下沉點布置在同一里程上）。每斷面距隧道中心線兩側15m范圍布點單側5個，間距3m，15m外布點單側6個，間距5m。地表鉆孔，植入200～300mm長，Φ22鋼筋，砂漿錨實（見圖3）；（2）洞內測點布置。洞內監控量測每5m布設一個監測斷面。每個斷面布設1個拱頂下沉點、每臺階布設一條水平收斂基線。采用Φ20鋼筋植入基巖，尾部焊接Φ6三角掛鉤，上布反光貼。拱頂下沉和水平凈空收斂觀測標應在距開挖面2m的范圍內盡快安設，并應保證在每次開挖后12h內必須觀測（見圖4）。第二，監控量測方案。高速公路地表下沉監測：精密水準觀測，對測點連續兩次觀測，且高差之差小于1.0mm，取平均值。洞內拱頂下沉及水平收斂采用TCRA1201全站儀+反光片測定高差、距離來觀察變化。洞內監控量測量測頻率見表1。地表下沉量測頻率應與拱頂下沉和凈空變化的量測頻率相同。第三，量測管理標準值。量測管理標準值Uo即圍巖變形預警值，結合本隧道的設計要求情況,本隧道的凈空位移Uo取值65mm，拱頂下沉Uo取值40mm。同時根據實測值結合變形管理等級的規定，確定位移控制基準及位移管理等級，見表2、3，高速公路地表下沉值需控制在lcm以內，預警值為6mm。第四，監測資料分析及信息反饋。完成外業采集后，及時進行內業統計分析，對目前施工安全提出評價定級，并按管理等級提出加固措施。工程對策主要有：縮短進尺、超前支護、注漿預加固等。

四、結語

通過采取在施工過程中利用大管棚進行超前支護，滿鋪鋼棧橋進行高速公路路面防護，三臺階七步預留核心土層機械開挖，嚴格按頻次進行路面下沉監測和洞內拱頂下沉、水平收斂量測并及時分析數據反饋指導施工，限速及封閉施工區域行車道等措施相結合，確保了超淺埋隧道下穿高速公路段施工及行車安全，在類似隧道施工中具有很好的推廣及參考意義。

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作者:張奇 單位:中鐵十八局集團有限公司