关键词：浅理 大断面隧道 下穿318国道 临时钢便桥 监控量测
1前言
20世纪90年代以来，我国铁路快速发展，随着大批铁路的建设，铁路隧道与公路等其它线路交叉的情况日益增多。铁路下穿公路时，在围岩条件和埋深尚可的情况下，一般不临时改移道路而采取加固下穿段围岩和道路，提高预支护和支护强度等方式直接下穿；而在围岩条件或埋深不能保证线路安全时，往往先临时改移上方道路，待下方隧道施工完成满足承载条件后再将道路恢复。在围岩、埋深条件不佳，也不具备改移道路条件时，如何安全、快速完成铁路隧道的下穿施工具有很大的研究和实用价值。本文以新建渝万铁路许家大院子隧道进口下穿318国道在不改移道路的情况下如何成功实施隧道下穿施工，为今后此类工程施工提供有成功实例的借鉴。
2工程概况
渝万铁路许家大院子隧道隧址位于梁平县梁山镇境内，许家大院子北侧重庆万州区孙家镇境内，起讫里程DK185+673～D1K186+630，全长957m，隧道最大埋深58m，均为17.96‰的下坡，断面面积约150平方米，属于大断面浅埋隧道。隧道从出口向进口进行施工。隧道区属丘陵地貌，高程490～535m，相对高差2～45m。斜坡自然坡度10～45°，斜坡基岩大部裸露，土层零星覆盖，多辟为旱地，村舍零星分布，出口段有高速公路通过。隧道岩层近于水平，围岩松软，岩体破碎，节理、裂隙发育，以Ⅴ级围岩为主。
许家大院子隧道于DK185+680～+710下穿318国道，此段隧道埋深约8.5米，且设计资料显示覆盖层为回填土，安全风险等级极高。设计要求先改移318国道，待影响段318国道车辆禁止通行后施工下穿段隧道，最后在隧道衬砌结构达到设计强度后恢复原318国道的通行。隧道进口地形狭窄且存在一个中型水库，改移道路后318国道将形成严重的急S弯，严重影响行车视野，存在很大交通安全隐患，梁平交委不同意改移方案，且国道改移还涉及到国防光缆迁改，因此几乎不具备国道改移条件。因此需要在不改移318国道的情况下，安全完成下穿段隧道的施工。
3 下穿方案
根据许家大院子隧道于DK185+680～+710下穿318国道段无法改移国道的客观条件，项目采取了以下通过方案：
（1）利用在318国道搭设钢便桥将道路荷载分配到隧道下穿段以外，并利用与交委做好沟通，对通过车辆进行限重，并在隧道开挖后支护未完成的时间段限制载重车辆通行确保318国道通行安全。
（2）在洞外利用地表注浆加固隧道通过影响范围的围岩，起到稳定围岩、加固路基和钢便桥基础的作业；在洞内利用大管棚和预注浆预加固围岩，与洞外加固相结合提高围岩自稳能力。
（3）隧道开挖采用合理的工法，合理组织下穿段施工工序。
4 下穿施工前的准备工作
4.1地质确认
许家大院子隧道于DK185+680～+710下穿318国道段原设计资料中此段为覆盖层为回填土，为保证道路通行和隧道施工的安全，确定地表加固和钢栈桥设置范围，有必要对此段的地质情况进行核实，项目采用掌子面地质素描、超前地质钻孔和地表取芯钻孔的方式对下穿区进行了地毯式的核实。核实结果显示：隧道拱顶1.5米左右为土层，洞内其他部位岩层均为砂岩，岩层较硬，机械开挖困难。因此，在地质条件方面，地层加固后利用钢便桥通过的方式是可行的。
4.2 地层加固及钢便桥的施工。
由于隧道拱顶存在1.5米为土层，自稳能力差，若不采取措施，隧道冒顶风险很大，加之为有利于钢便桥在传递荷载，在汽车通行时对隧道影响更小，需要对进口进行地表注浆加固。加固范围确定为钢便桥基础外扩大5米范围内，面积约720平方米，加固深度为6米。注浆采用φ42mm热轧无缝钢花管垂直打入，间距1米×1米，在隧道正上方加密为0.8米×0.8米，梅花型布置，浆液采用水泥浆，水灰比1∶1；浆压力:0.6～1.0MPa，水泥浆液向周围土体扩散，达到加固和板结土体的目的。不仅达到增强岩层稳能力的目的，还有利于减小钢便桥在向下传递荷载时对隧道的影响。
地层加固完成后，进行便桥的放线定位，原则是钢便桥中心尽量与隧道中心线重合。放线完成后，临时中断交通，施工24米长钢便桥，完成318国道的临时改移。
5 下穿隧道的施工
5.1超前大管棚施工
隧道掘进至DK185+715时停止掌子面掘进作业，清理进口洞口与地表注浆同步施工超前大管棚，待地表加固验证达到要求且318国道钢便桥原地改移完成后，再恢复下穿段掌子面的掘进工作。
5.2隧道开挖及支护
由于下穿段拱部为土体，虽然进行了注浆加固，为确保施工安全，采用CRD法进行施工。CRD法是将大断面隧道分部、分块开挖，纵向部拉开短步距，环向初期支护步步成环。下穿段CRD工法分为左右两侧、单侧分三台阶，先开挖隧道左侧两个部分，施作部分中隔墙和横隔板，再开挖隧道右侧上部两个部分，完成横隔板施工，最后再分别依次施工最下面部分。
在下穿段施工过程中进行了部分调整，先贯通CRD工法左上部，右上部按计划施工，对隧道岩层情况和注浆加固情况进行了确认，发现注浆加固效果良好，拱顶1.5米以下岩层均为砂岩，岩层较硬，机械开挖困难，可采取控制爆破。考虑到放炮对CRD工法中隔壁与临时横撑的影响，改变在上台阶左右均贯通后，经监控量测数据分析初支拱架形变稳定后，拆除中隔壁与临时横撑，开挖下台阶中部拉槽，随后下台阶左右线分前后错开3～5米开挖并支护，下台阶支护完成后再进行仰拱部分的开挖、初支、二衬以及填充等施工工序。具体施工步骤如下：
A、利用上一循环架立的钢架支护。开挖左上部，喷8cm混凝土封闭掌子面，施作左上部导坑周边的初期支护和临时支护，初喷4cm厚混凝土，安装钢筋网片，架立型钢钢架和临时钢架和横撑，临时仰拱距掌子面距离要严格控制，暂定为3～5m。并设锁脚锚杆。钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
B、滞后左上部3～5m弱爆破开挖右上部，开挖时靠中隔壁侧周边眼收回1米施钻，以保证放炮不会对中隔壁造成损坏，喷8cm混凝土封闭掌子面，导坑周边部分初喷4cm厚混凝土。安装钢筋网片，接长型钢钢架和临时钢架及横撑，并设置锁脚锚杆。钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
图5-2 下穿段拱部开挖示意图
C、在滞后于右上部3～5m距离后，根据监控量测的结果进行分析，围岩和初期支护基本稳定后，拆除I18临时钢架中隔墙和临时仰拱的拆除必须以监控量测数据为依据，当收敛和沉降变形连续7天均在0.2mm/d以内时方可进行拆除，开挖下台阶中部拉槽，下台阶中部拉槽距下台阶左右台阶距离为2米，以保证上台阶拱架立于基岩上（如图3）；
图5-3 下穿段下断面开挖支护示意图1
D、施做下台阶右线初喷4cm厚混凝土。安装钢筋网片，接长型钢钢架，并设置锁脚锚杆。钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
E、在滞后于下台阶右线部3～5m距离后，开挖下台阶左线并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同D部（如图5）；
图5-4 下穿段下断面开挖支护示意图2
F、在滞后于下台阶左线一段距离后，开挖仰拱，接长型钢钢架。后复喷混凝土至设计厚度（如图6）；
图5-5 下穿段隧底开挖支护示意图
G、清理隧底后及时施作仰拱与填充，仰拱一次性灌注，且与隧底填充混凝土分开施工；
H、拆除临时钢架及横撑后，清理初支基面，设环向盲管并分别铺设土工布及防水板，铺设纵向盲管，并做好纵环向及横向排水管的连接；
I、利用衬砌模板台车一次性浇筑拱墙衬。
5.3钢便桥的拆除及道路恢复
待隧道二次衬砌达到设计强度后拆除钢便桥，恢复318国道正常车辆通行。
6监控量测及应急管理
6.1监测项目
下穿段除常规的隧道监控量测项目外，应加强隧道拱顶下沉、地表沉降和支护结构应力状态的测量。
1.拱顶下沉
拱顶下沉量测测点布置在拱顶，监测拱顶的绝对下沉值，掌握断面变化情况，判断拱顶的稳定性，防止坍方。
2.地表下沉量测
判断隧道开挖对地表产生的影响及防止沉陷措施的效果，推测作用在隧道上的荷载范围。隧道浅埋地段地表下沉的量测测点设在隧道中线上，并与拱顶下沉测点设在同一断面上。（6）支护结构应力状态量测
3. 支护结构应力状态
测点布置在围岩与支护结构的接触应力量测断面上，根据支护结构的应力状态，判别支护的稳定性。
6.2测点布置
1.拱顶下沉
从DK185+710开始，拱顶下沉点加密至3米/断面，测点采用Φ22，L=30cm螺纹钢打入围岩，深入围岩长度不小于15cm，螺纹钢外露端端头打磨平整，粘帖反光十字测量标靶，采用全站仪进行测量。
2.地表下沉量测
地表下沉量测可以判断隧道开挖对地表产生的影响及防止沉陷措施的效果，隧道浅埋地段地表下沉的量测测点设在隧道中线上。为准确监测地表沉降确保隧道和国道的通行安全，许家大院子隧道在隧道中线垂直的横断面上布置测点地表下沉测点，间距为3m，与拱顶下沉测点设在同一断面上。每个断面10个测点，共布置11组测点。
测点采用Φ22，L=30cm螺纹钢打入已加固的坚实地面中，深入围岩长度不小于15cm，外露部分设置保护罩进行保护。
3. 支护结构应力状态
传感器安装在钢拱架A、B单元连接处，每两榀钢架安装1组，监测支护应力状态。
6.3量测频率
监控量测频率根据测点距开挖面的距离及位移速度确定。由测点距开挖面的距离决定的监控量测频率和由位移速度决定的监控量测频率之中，原则上采用较高的频率值。出现异常情况或不良地质时，增大监控量测频率。鉴于许家大院子隧道下穿段的特殊性，在未出现异常情况时，采用2次/d的量测频率，当变化速率大于5mm/d时，加大至1次/h。
7结语
许家大院子隧道进口下穿318国道在不改移道路的情况下成功实施了隧道下穿施工，说明了在不存在异地改移的情况下，做好地层加固，采用合理的工法、严密的监控量测，利用钢便桥在原地实施上方道路的改移的施工方案是合理的、可行的。此方案不仅保证了施工安全、缩短了施工周期，对类似工程有较大的借鉴意义。
参 考 资 料
1.《许家大院子下穿318国道专项施工方案》
2.《铁路隧道施工规范》TB10204-2002
3.《铁路隧道监控量测技术规程》Q/TCR9218-2015
作者简介：刘军:1986.12月出生，土木工程本科学历，2014年评为隧道与地下工程工程师，近年从事公路工程施工。研究方向：道路、桥梁、隧道工程等施工技术管理。
论文作者:刘军
论文发表刊物:《城镇建设》2019年21期
论文发表时间:2019/12/16
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