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摘要：本文以深圳LNG接收站冷排水隧道工程为工程案例，对浅埋暗挖隧道下穿市政公路施工技术进行总结。深圳LNG接收站冷排水隧道出口段下穿市政公路，交叉段为浅埋暗挖隧道，围岩软弱，地下水系发育，开挖稳定性差，极易坍塌，且市政公路上方常年通行重载车辆，隧道下穿市政公路施工面临严峻挑战。经过方案比选，最终采用优化后的微台阶法进行隧洞开挖、支护，同时在交叉段路面下方隧洞内安装套拱作为预防市政公路下沉的应急措施，并在交叉段路面上方架设简易钢便桥分散重载车荷载、保护路面，最终深圳LNG冷排水隧道成功穿越了市政公路。文章归纳总结了深圳LNG冷排水隧道下穿市政公路施工过程中采用的施工技术及管理手段，以期为今后类似工程设计、施工提供可鉴经验。
关键词：浅埋隧道；微台阶法；下穿公路；方案优化
0 引言
随着我国交通建设事业的不断发展，全国范围内已形成密密麻麻的铁路网和公路网，因此，在进行基础设施建设过程中，难免出现新建工程与已建工程的各种交叉。而浅埋暗挖隧道下穿铁路、公路的工程案例，由于其技术难度大、安全风险高的特点，吸引着越来越多的专家学者研究其施工技术[1][2]。在确保不影响既有线路正常通车的情况下，如何顺利完成新建暗挖隧道工程的施工任务，是工程管理者们关注的施工技术难题。
目前，对于暗挖隧道的施工，国内已有很多成熟的开挖施工方法[3]。对于IV、V级较软而节理发育的围岩中，多采用台阶法开挖，而台阶的长短则根据围岩的实际情况及现场施工条件确定[4]。深圳LNG接收站冷排水隧道采用优化后的微台阶施工方法，在未影响市政公路正常通行的情况下，出口段成功下穿了既有市政公路，为今后类似工程的设计及施工提供一定的参考。
1 工程概况
1.1 隧道与市政公路简介
深圳LNG接收站冷排水隧道总长331.5m，是冷排水工程的重要组成部分，隧道下穿观音山一角，为山岭隧道，采用矿山法施工。隧道埋深5.8～21.25m，断面采用马蹄形，结构净空尺寸5.0×2.7m，V、VI级围岩开挖尺寸6.4×4.1m。在隧道出口里程DK0+298.5～DK0+315.0处下穿市政公路迭福路，平面相交角度57°，交叉段长约16.5m，隧道埋深（扣除路基回填土）6.0m，为浅埋隧道[5]。市政公路迭福路是大鹏新区重要交通道路，路面宽8m，两侧路肩各宽1.5m，左侧路肩外即是山脚，右侧路肩外分别为宽2m的绿道、18.5m宽回填土地表层、隧道出口交汇井，出口交汇井长10m、宽6m、深8.8m，隧道与迭福路交叉段距海岸约100m。
路面常年有大鹏LNG槽罐车通行，满载重达42吨，通行频率为6辆/小时，隧道施工期间不得影响迭福路正常通行。深圳LNG接收站冷排水隧道与迭福路的平面位置关系示意图及横断面示意图见图1、图2。
图1 平面位置关系示意图
1.2 隧道出口段工程地质状况
里程DK0+285～DK0+293m段为V级围岩，土体呈散体状结构，左侧为全风化中粒花岗岩呈坚硬土状，属较软岩，右侧为土状强风化中粒花岗岩风化裂隙极发育，属极软岩～软岩。开挖稳定性差，易坍塌。
里程DK0+293～DK0+331.5m段为VI级围岩，砂层呈松散～稍密状态，属松散、松软结构。地下水系发育，隧道上方地表为山坡，雨季渗水严重，大管棚施工时水流较大，砂常与水一齐涌出。开挖稳定性极差，无自稳能力，极易坍塌变形。
1.3 工程施工重点及难点分析
1）迭福路是大鹏新区重要交通道路，而且是大鹏LNG接收站槽罐车出入厂区的唯一通道，在进行隧道段与迭福路交叉段暗挖施工时，需对路面进行必要的保护措施，并设置必要的交通警示标志，避免交通事故，确保道路畅通。因此，施工组织及与路政部门的协调工作是本段施工工作重点。
2）施工图纸明确在隧道出口下穿迭福路段施工40m长管棚，倾角1～3°，隧道内及出口交汇井内空间狭小，单方向施工40m长管棚，质量难以保证。因此，管棚施工方案的选取是本段施工工作重点。
3）隧道埋深浅，围岩软弱，开挖稳定性差，无自稳能力，地下水系发育，路面不断承受车辆动荷载，容易造成路面沉陷、坍塌。在隧道开挖时必须选择开挖支护循环时间最短的方案，尽量降低拱顶下沉量，因此，选取合适的开挖支护方案，确保路面沉降值在设计允许值范围内是本段施工的难点。
2 方案比选
2.1 方案比选原则
1）隧道暗挖施工期间，保证迭福路上方车辆正常通行，确保路面沉降值在设计允许值范围内。
2）在施工安全的前提下，快速完成隧道与迭福路交叉段开挖支护。
2.2 方案论证与选取
经过对施工图纸认真研究、分析，并参考其他类似工程做法，针对隧道与迭福路交叉段管棚施工方法及开挖支护方法，进行方案比选。
1）40m长管棚施工方案比选
管棚采用18根φ108ｍｍ、壁厚6mm的热轧无缝钢管，钢管上每间隔0.3m在相互垂直的两个面呈梅花型钻直径10mm的注浆孔。导向墙宽1m、长1m，环向弧长7.3m，导向管为长1m、直径140mm、壁厚5ｍｍ热轧无缝钢管。在管棚、导向墙、导向管相同的前提下，共形成三种初步方案，其优缺点对比见表1。
A、在隧道出口交汇井内单方向施工40m长管棚，提前在隧道出口拱顶上方（交汇井内）施工导向墙并安装导向管。
B、在隧道内单方向施工40m长管棚，提前在管棚起点处扩大隧道内开挖空间，断面扩大段拱墙比原断面扩大1m空间，作为管棚工作室，并在拱顶上方施工导向墙、安装导向管。
C、在隧道出口交汇井内及隧道内双向施工40m长管棚，每侧施工23m、搭接6m，搭接段在公路靠交汇井侧下方，提前在隧道内管棚起点处扩大开挖空间，两侧及拱顶比原断面各扩大1m空间，作为管棚工作室，并在拱顶上方施工导向墙、安装导向管。
表1 管棚施工方案比选
经过工期、费用及安全风险对比，管棚施工选用C方案，有利于保证管棚施工质量，且后续开挖风险较低，易于控制路面沉降。
2）开挖支护方案比选
开挖后，初支采用I20型钢拱架、间距0.5m，布设φ8@150×150钢筋网片，型钢拱架纵向连接采用I16型钢，间距0.5m，喷25cm厚C25早强混凝土。在初支型钢拱架、钢筋网片、喷射混凝土相同的前提下，形成两种开挖初步方案[6][7][8]，其优缺点对比见表2。
A、CRD法开挖，先以上下台阶法开挖隧道断面右侧，分别对上下台阶进行型钢拱架支护并及时闭合成环，喷射混凝土，后施工中隔墙，再以上下台阶法开挖隧道断面左侧，分别对上下台阶进行型钢拱架支护并及时闭合成环，喷射混凝土，最后拆除中隔墙。
B、优化后的微台阶法开挖，将隧道断面分为上下两台阶，仰拱距离掌子面不超过2m，形成台阶后，上下台阶同时开挖，下台阶中部预留核心土，上台阶开挖后及时安装型钢拱架、喷射混凝土，下台阶开挖后及时将型钢拱架闭合成环、喷射混凝土，根据实际地质条件，每循环进尺1m（0.5m）。
表2 开挖支护方案比选
经过工期、费用及安全风险对比，隧道出口段开挖支护选用B方案，以优化后的微台阶法进行开挖、支护，不但工期短、费用低，而且有利于缩短开挖、支护循环时间，易于控制围岩下沉。
3 工艺流程及技术措施
隧道施工至DK0+280m里程，至出洞口剩余IV级围岩5m、V级围岩8m、VI级围岩38.5m，将剩余的IV级围岩5m作为断面扩大渐变段，将V级围岩中6.5m的断面拱墙部分扩大1m，为大管棚在隧道内施工提供作业面。在施工过程中，坚持“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的浅埋隧道施工原则[4]。
3.1 DK0+280～DK0+291.5m段
施工工艺流程：
超前小导管→开挖→初喷混凝土→安装型钢拱架→纵向连接型钢→布设钢筋网片→打设砂浆锚杆及锁脚锚杆→复喷混凝土→初支背后注浆
3.2 DK0+291.5～DK0+331.5m段
施工工艺流程：
路面架设钢便桥→管棚施工→超前小导管→开挖→初喷混凝土→安装型钢拱架→纵向连接型钢→布设钢筋网片→打设砂浆锚杆及锁脚锚杆→复喷混凝土→安装套拱（路面下方）→初支背后注浆
3.3 技术措施
1）开挖方法
DK0+280～DK0+291.5m段IV级围岩5m、V级围岩6.5m，采用优化后的微台阶法开挖，仰拱距掌子面不超过2m，每循环进尺1m，下台阶留中部核心土；DK0+291.5～DK0+310m段V级围岩1.5m、VI级围岩17m，采用优化后的微台阶法开挖，仰拱距掌子面不超过2m，每循环进尺1m，下台阶留中部核心土；DK0+310～DK0+331.5m段VI级围岩21.5m，采用优化后的微台阶法开挖，仰拱距掌子面不超过2m，每循环进尺0.5m，下台阶留中部核心土。
2）管棚施工
管棚施工采用2.2.1）中方案C，管棚施工期间发现地下水量较大，在管棚注浆时，优先对水量较小的或不渗水的管注浆封堵。
3）出口支护桩
迭福路距交汇井即隧道出口约18.5m，该段为VI级围岩，且地下水系丰富。在隧道出口两侧增加5根直径0.8m的灌注桩作为支护桩，加强隧道开挖的侧向支护，防止侧向坍塌。
4）立拱
上台阶开挖后及时安装型钢拱架、布设钢筋网片、喷射混凝土；下台阶开挖后及时将型钢拱架闭合成环、布设钢筋网片、喷射混凝土；安装型钢拱架时将上台阶侧墙拱架与下台阶仰拱闭合，拱架纵向连接采用I16型钢焊接；下台阶进行扒碴时，注意保护上台阶拱架和锁脚锚杆。
5）钢便桥施工
在现场在进行管棚施工前，须在路面完成钢便桥安装。钢便桥长12m，宽4m，分四块预制安装，每块由上下两层2cm厚钢板组成，中间以工字钢连接。分块预制完成后，即可在路面进行组装，占道施工时间短，路面车辆通行基本不受影响。
6）立套拱
在完成隧道与迭福路交叉段复喷混凝土后，再次进行立拱支护，即以I20型钢立拱、间距0.5m，拱架纵向连接采用I16型钢、间距1.0m，作为应对拱顶下沉或路面沉陷最直接有效的应急措施。
7）监控量测
路面监测点设置须在管棚施工前完成，作为路面监测的初始数据，以设计允许沉降值2cm控制，1cm作为报警值，如果实测沉降值持续变化或实测沉降值达到报警值即提高监测频率，并准备启动应急预案，路面监测须持续到二次衬砌混凝土浇筑后28天，并检测合格；隧道内拱顶沉降监测方法同路面，须持续监测到二次衬砌混凝土浇筑完成；经过实测，路面无沉降，拱顶下沉最大7.3mm。
4 结论
1）双向管棚施工可缩短单方向施工管棚的长度，易于控制管棚倾角，有利于保证管棚施工质量，应尽量避免单方向施工长管棚。
2）V级、VI级软弱围岩条件下浅埋隧道下穿市政公路，采用优化后的微台阶法开挖可缩短开挖、初支循环时间，降低爆破对周边围岩的扰动，有利于控制围岩下沉，易于控制路面沉降。
3）浅埋隧道下穿市政公路，在路面架设简易钢桥，不仅可以分散重载车荷载，而且可有效降低车辆动载对路面下方围岩的扰动，有利于围岩稳定。
4）以工字钢纵向连接型钢拱架作为初支拱架，可提高拱架整体性，尽早发挥初支作用，有效控制拱顶下沉。
5）浅埋隧道与公路交叉段，在隧道内部安装套拱，可写进应急预案作为预防路面塌陷的有效应急措施。
参考文献
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第一作者简介：邵忠安，1987年生，男，山东菏泽人，工程师，硕士研究生；
论文作者:邵忠安
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年8期
论文发表时间:2019/8/5
标签：隧道论文; 围岩论文; 路面论文; 台阶论文; 型钢论文; 公路论文; 混凝土论文; 《建筑学研究前沿》2019年8期论文;