中铁北京局集团辽宁工程有限公司 辽宁省沈阳市 110136
摘要：近年来，随着我国交通事业的发展，我国各种浅埋隧道的施工过程中，受到地质、施工技术、施工环境等多种因素的影响，可能出现很多安全问题并引起其附近的建筑物受到损坏，甚至出现地层坍塌、下沉等问题。通过对优化施工方案进行三维数值模拟，研究工法中不同方案下的可行性和对地表沉降的影响，结合现场监控量测数据，证明增强超前管棚支护，加强掌子面强度以及减小开挖步距的方案是可以将地表沉降控制在40ｍｍ范围内的。
关键词：CRD法；浅埋下穿；数值模拟；优化施工
引言
近年来，随着我国不断快速发展交通建设设施以及对地下空间的利用率不断加大，国内大多数区域，对地下空间综合利用的开发需求逐步加大以及受到既有建筑物或构筑物体的地理或地质条件的限制幅度，使得新建隧道采用隧道工程立交下穿建筑物或构建物的设计和实际工程项目越来越多，而且在施工中，新建隧道施工过程中很大几率会损坏既有隧道的危险，特别是铁路隧道下穿既有高速公路隧道近接隧道施工过程，既要保证既有高速公路及隧道的稳定，又要保证新建铁路隧道施工安全，确保下穿隧道施工顺利。
1工程概况
1.1隧道概况
某隧道，按照旅客列车设计行车速度250Kｍ／ｈ双线隧道设计，隧道全长7130ｍ。在D1K392＋265～D1K392＋390段范围下穿某高速公路（公路该段为高填方），隧道中线与高速公路线路中线平面交角52度，相交里程D1K392＋345。隧道拱顶至公路路堤脚6～18ｍ，拱顶距路面约26ｍ。
1.2地质情况
D1K392＋265～D1K392＋320段55ｍ位于粘土层中，粘土层为灰黄、褐黄、棕黄色，硬塑至坚硬状，微含10％～30％的碎石角砾，局部角砾达40％石质只要为灰岩、白云质灰岩、泥岩等，厚2～6ｍ；D1K392＋320～D1K392＋390段70ｍ位于弱风化的灰岩层中，灰岩为灰、浅灰、灰白色，厚层、巨厚层至块状，细晶质结构，常含白云质斑块灰岩，岩质较坚硬；在灰岩层上方为高速公路填筑碎石土路堤，厚2～15ｍ为灰黄、褐黄色，碎石约占50％，块石约占40％，其余为角砾和粘土，稍湿，稍密至中密，局部松散，石质为灰岩、白云质灰岩，如图1所示。
1.3工程的难点
1.3.1浅埋下穿高速公路隧道的穿越地段中最薄覆盖层为6ｍ，上层均为粘土，下穿段埋深与类似工程相比虽然埋深不算小，但在强风化围岩且富水条件下，隧道施工往往存在较大的技术难度和施工风险。
1.3.2施工期间不能阻断交通，实施交通管制及路面加固难度较大，开挖过程中受动载车辆冲击，控制路面沉降标准高。
1.3.3在隧道施工过程中要加强地表沉降、拱顶下沉、周边收敛和震动速度的量测，并且要根据所得数据动态地调整支护参数和爆破设计。
1.3.4反坡隧道施工，在涌水量增加的情况下，抽排水困难，施工难度加大，不确定因素增加。
2施工方案选定
国内普遍用双侧壁导坑法和CRD法对下穿隧道进行施工，基于前人对双侧壁导坑法的研究与应用，该法的地表沉降普遍控制在10～156ｍｍ之间，不能百分之百地将地表沉降控制在40ｍｍ以内，综合考虑，直接对CRD法进行优化更加适合现场的情况。某隧道下穿段CRD法施工工序，如图2所示。
ａ.超前管棚施工；ｂ.超前小导管施工；ｃ.开挖①部；D.喷混凝土加固掌子面；ｅ.施作中①部导坑周边的初期支护和临时中隔墙，即初喷4ｃｍ厚混凝土，铺设钢筋网，架立工字钢和临时钢架，并设锁脚锚杆，安设临时横撑；ｆ.钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
（2）ａ.滞后于①部开挖②部；ｂ.喷混凝土封闭掌子面；ｃ。导坑周边部分初喷4ｃｍ厚混凝土，铺设钢筋网；D.接长型钢钢架和临时中隔墙，并设锁脚锚杆；ｅ.钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
（3）开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤同（1）。
（4）开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤同（2）。
（5）ａ.在滞后④部一段距离后，开挖⑤部；ｂ.隧底周边部分初喷4ｃｍ厚混凝土；ｃ.接长临时钢拱架，复喷混凝土至设计厚度；D.安设型钢钢架之仰拱单元。
（6）开挖⑥部并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同（5）并使用钢拱架封闭成环。
（7）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后拆除临时钢架及上部临时横撑。
（8）灌注二衬（拱墙衬砌一次施作）。
3数值模拟分析
3.1模型建立
选取高速公路下穿段115ｍ长隧道为研究对象，隧道下边界取45ｍ，左右边界取45ｍ，模型左右边界施加Ｘ方向的位移约束，前后边界施加Ｙ方向的位移约束，底部施加Ｚ方向的位移约束，具体模型如图3所示。土层采用摩尔－库伦准则进行模拟，支护结构材料采用弹性模型，采用拉格朗日有限差分ＦＬＡＣ程序进行模拟，对围岩强度进行合理提升，材料的具体参数见表1。
通过S1与S3、S2与S4、S5与S7对比，可知对掌子面施作玻纤锚杆相对喷射混凝土可以较好的增强超前核心土的强度，以更好的控制地表沉降；通过S1与S2、S3与S4、S5与S6可得出，减小开挖尺寸可使初衬尽早的封闭，降低围岩暴露时间，减小围岩扰动，使得地表沉降降低；通过S1与S5、S2与S6、S3与S7对比可知，长管棚支护相对分段管棚支护可以减少对岩体的扰动和增强粱拱效应，从而更有效的控制地表沉降。由于施作玻纤锚杆的工序复杂，成本高，现场施作困难，而及时对掌子面喷施混凝土虽达不到玻纤锚杆的效果，但足以加强超前核心土的强度，综合考虑，S3工况既能较好的控制沉降，又能节省成本，是最经济最有效的方法。
4 现场监控量测分析
图5和图6分别给出断面D1K392＋275和断面D1K392＋275的地表累计沉降曲线。当开挖至D1K392＋275时，由于对岩层的扰动沉降量逐渐增大，随着开挖的推进，长管棚发挥作用，地表沉降趋于稳定，累计沉降在6ｍｍ之内。当未开挖至D1K392＋370断面时，由于轻微的扰动地表稍有沉降，随着深入开挖至接近断面时，沉降的速率逐渐增大，随着扰动的减小，支护的稳定，地表沉降累计趋于稳定，点Ｃ的累计沉降最大，趋于26ｍｍ，各个断面最大的累积沉降值均小于设计标准值40ｍｍ。说明采用优化后的CRD法施工是可行的，监控结果与模拟结果具有一致性。
5结论与建议
5.1通过量测数据的技术分析和及时反馈，同时结合超前地质预报，对施工过程做到心中有数，因地制宜，综合判断围岩的稳定性，预测可能出现的异常变化，及时调整施工工法和支护参数，较好地指导了施工。
5.2建议在类似的隧道施工过程中，严格控制高速公路上的行车速度与车辆的载重，加强洞内外的监控量测，及时的修改设计参数，保证施工安全。
结语
本隧道工程下穿高速公路有着非常复杂的施工环境，在施工开始之前，需要全面分析各种影响因素，加强施工过程的监测，并采用正确的施工技术，才能在及时修正各种参数的基础上，有效提高该下穿高速公路大跨浅埋暗挖隧道的整体质量。
参考文献
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［2］王学斌。超浅埋大断面隧道双侧壁导坑法施工参数优化研究［Ｊ］.福建建设科技，2012（6）：78－80.
［3］高峰，谭绪凯。双侧壁导坑法施工的大断面隧道的稳定性分析［Ｊ］.重庆交通大学学报，2010，29（3）：363－440.
论文作者:张俊
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/12
标签：隧道论文; 导坑论文; 地表论文; 围岩论文; 混凝土论文; 高速公路论文; 断面论文; 《基层建设》2017年第8期论文;