中铁十四局集团第三工程有限公司 山东济宁 272100
摘要：本文以宝兰客运专线某隧道为例，介绍浅埋黄土隧道下穿G312公路以控制地表沉降变形保证施工安全为主要目的，采用中管棚配合小导管超前支护措施，掌子面预加固、初期支护、临时支护、CRD法开挖等施工技术，通过围岩监控量测对拱顶沉降，洞内收敛和地表沉降变形规律进行归纳总结，为类似工程的设计和施工提供了可靠的实践经验。
关键词：浅埋黄土隧道；下穿公路；施工安全；施工技术
1、工程概况
宝兰客运专线某隧道起讫里程为DK998+670～DK1000+220，全长1550m，隧道洞口为洞身开挖宽度为14.72m，开挖高度为12.58m，开挖断面面积151.59m2，为双线黄土隧道。隧道均位于直线上；洞身纵坡为5.05‰单面下坡。隧道进口端地形相对平坦，进口位于冲沟内，隧道进口端紧临G312国道，DK998+767～DK998+813段46米隧道下穿G312国道，立交段隧道覆盖层厚17m，属浅埋隧道。隧道下穿G312国道段设置φ89mm中管棚及φ42mm小导管进行超前支护，初期支护全环采用I25a型钢钢架支护，并网喷C25混凝土，采用CRD工法开挖。
2、工程地质
隧道洞身通过的地层主要为第四系上更新统风积砂质黄土，第四系中更新统洪积砂质黄土。自重湿限量：193.02～300.915cm，总湿陷量：229.395～319.495cm，为Ⅳ级（很严重）自重湿陷性黄土，湿陷性黄土厚度约25～40m。
本隧道施工区域主要不良地质有黄土陷穴及黄土冲沟，特殊岩土主要有湿陷性黄土、松软土及弃填土。
3、工程难点分析
3.1隧道开挖宽度为14.72m，开挖高度为12.58m，开挖断面面积151.59m2，属于大跨度、大断面黄土隧道，自稳能力差。
3.2隧道顶部覆盖层厚度仅17m，属于浅埋黄土隧道，施工时极易出现冒顶坍塌。
3.3隧道下穿G312国道车流量大，重载车辆多，交通繁忙，施工工程中保证行车安全责任重大。
3.4下穿段落共计46米，洞内需要施做五环12mφ89mm中管棚通过，施工中风险系数极高。
3.5CRD工法施工工序复杂，工艺要求高，工序间相互影响大，机械作业利用率低，劳动力使用多，施工工效低。
4、下穿G312国道段主要施工方法
DK998+767～DK998+813段46米隧道下穿G312国道，立交段隧道覆盖层厚17m，属浅埋隧道。隧道下穿G312国道段的总体施工思想是在隧道开挖前先进行φ89mm中管棚超前支护，并配合φ42mm小导管进行超前支护，采用CRD工法开挖，遵循“小分块、短台阶、多循环、快封闭”的施工原则，自上而下步步为营，分块成环，随挖随撑，及时做好初期支护。施工中采用综合超前地质控测预报系统进行地质探测和超前预报，采用先进的监控量测技术取得围岩状态参数，按监控量测信息化要求做到数据准确、同步上传数据，及时预警。
4.1地表处理
黄土地区冲沟、黄土溶洞、陷穴较多，施工前首先做好地表的察勘和异常情况的处理，以减少地表水对隧道周围土体的浸蚀，降低对隧道施工安全的影响。
（1）完善地表排水系统，把地表水疏引至不影响隧道施工的安全处。（2）浅埋段地表采取防渗透封闭措施，集中地表水，统一排放。（3）对隧道上部的冲沟沟底进行封堵硬化，防止流水下渗，对于陷穴、溶洞要进行密实回填和封口处理，对隧道上方的居民蓄水窖、水井等进行改建或防渗处理。（4）对隧道施工影响范围内的安全隐患建筑物进行拆移或重点监控保护。（5）加强地表沉降、开裂等异常情况的观测，经常检查，及时采取处理措施。
4.2CRD施工工法
（1）超前支护。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆DK998+767～DK998+813段46米拱部采用Ф89*5管棚+超前小导管进行超前支护，管棚长12m，纵向9m一环，环向间距60cm，外插角0°～3°每环施做31根，纵向两环搭接3m；Ф42*3.5小导管长4m，纵向3m一环，环向间距60cm，外插角10°，每环施做31根，与管棚间隔设置。
（2）CRD施工工序。CRD工法遵循“小分块、短台阶、多循环、快封闭”的施工原则，自上而下步步为营，分块成环，随挖随撑，及时做好初期支护。第1、3步人工开挖，其余采用小型挖掘机开挖。
（3）施工步骤。大管棚施作以后，在其保护下施工，将断面分割成8步分施作开挖，先施工1、2步，后跟3、4步，再施工5步，跟6步，施工7步，跟8步，再施工仰拱及填充，最后施工二衬。
（4）施工注意事项。①、注意控制先行开挖步位的中线和高程，确保开挖断面圆顺，钢拱架安装位置正确。②、加强监控量测，作好信息反馈，及时调整施工方法。临时支护构件在洞身主体结构初期支护施工完毕并稳定后方可拆除。每次拆除临时钢架的长度不宜超过4m，在拆除临时支护时先拆横撑，收敛值、下沉值及其累积值都在设计允许值内时，再进一步拆除中隔墙。③、第1、4步内步施工时，分左右侧交替开挖，长度宜为3～5m，竖向支撑接长不宜超过一榀拱架。④、第1、3开挖已完成的施工段水平支撑可适当抬高（小于50cm），以减小下步开挖对横撑的影响，以后开挖1、3步时竖向支撑向下延长50cm。⑤、隧道施工坚持“短开挖、强支护、早封闭、勤测量、及时衬砌”的原则，尽可能缩短开挖台阶和各开挖分步的施工间隔，使初期支护尽快闭合，以控制围岩变形。⑥、因为CRD法工序较多，工序转换使得结构受力复杂，为保证临时拆除钢拱架时的安全，必须保证各步拱架之间的连接质量。
4.3安全步距控制
坚持“短开挖、强支护、早封闭、勤测量、及时衬砌”的原则，严格控制安全步距，确保施工安全。施工过程中仰拱开挖支护每次3榀拱架，初期支护完成后再开挖支护3榀拱架，每3米进行仰拱及填充砼浇筑。仰拱距掌子面步距严格控制在15米以内，二衬距掌子面步距严格控制在35米以内。
5、下穿段施工监控量测变形规律
为掌握围岩位移和支护变形的动态，指导合理安排工序，及时修改支护参数，遇到危及施工安全的严重情况时，为分析原因、采取相应措施和施工决策提供依据，确保工程的安全性、经济性，了解围岩压力的基本特征，以及初期支护的作用效果，为今后类似工程积累设计、施工资料，在隧道施工的同时，加强了监控量测及地表沉降观测。监测内容包括：拱顶下沉、隧道收敛、围岩内部位移、初期支护和二次支护压力以及支护内力等。
在每个量测断面内分别布置了5个沉降收敛测点，即拱顶正中央一个，左右拱腰处各一个，两侧边墙中部各一个，这样每个断面共有五条测线，监测断面的间隔均为5m。
5.1洞内拱顶下沉规律
由于采用CRD施工工法左右上下分块开挖施工，且每块都预留核心土，在1、2、3、4、5、6步每步开挖支护完成后进行监控量测布点测量发现初期下沉量比较显著，平均每天4～6mm/d。之后下沉量逐渐减小，平均每天2～3mm/d。7、8步仰拱开挖期间，下沉量比较明显，平均为6～8mm/d，仰拱及仰拱填充施做完成封闭成环后观测围岩基本趋于稳定，平均下沉量为0～1mm/d。中隔壁拆除前后两三天内下沉量比较明显，平均为3mm/d，之后逐渐趋于稳定。
5.2地表沉降与掌子面的距离关系
为了准确及时的掌握地表沉降情况，在DK998+780、DK998+787、DK998+794处，即G312两侧水沟及线路中线处各布置一个沉降观测断面，每个断面布置3个观测点。根据沉降观测点数据变化发现，当隧道掌子面未开挖至该断面时，沿隧道开挖方向的地表各点均已产生了沉降，开挖掌子面对前方土体的影响范围一般为0.5h～0.8h（其中：h为洞顶覆盖层厚度），从布点至洞内掌子面到达地表观测断面为止，一般下沉量为6～20mm。地表最终沉降量为洞内沉降量的110%～150%。待仰拱施做封闭成环后地表沉降趋于稳定。以科技手段为软弱围岩土质隧道施工提供可靠的施工参数和方案优化依据，从技术上保障施工安全。
6、结束语
在“早预报、管超前、严注浆、短进尺、少扰动、紧支护、勤量测、快衬砌”的指导方针下宝兰客专该隧道安全顺利下穿G312国道，确保了隧道施工安全及交通安全，取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]宝兰客运专线范家窝隧道设计文件.
[2]隧道施工要点及控制要求.（兰新铁路甘青有限公司编制）
[3]隧道手册.铁道部第二勘测设计院.北京.中国铁道出版社.1995.
论文作者:朱耀璋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/6/7
标签：隧道论文; 断面论文; 地表论文; 黄土论文; 围岩论文; 超前论文; 初期论文; 《基层建设》2018年第10期论文;