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摘要：近年来，随着我国公路，特别是高速公路的迅速发展，公路隧道建设己经进入大发展的新时期，城市周边地区日益增多的浅埋隧道建设己经对施工技术提出了更高的要求。本文在现有隧道工程施工过程数值模拟的基本理论和分析方法的基础上，应用平面应变弹塑性以及三维弹塑性模型和有限单元法研究了浅埋隧道施工过程中围岩及支护结构力学行为变化过程，并将其应用于实际工程，取得良好效果。
关键词：高速公路 下穿隧道 施工技术
随着科技的进步与经济的发展，人民日益增长的物质文化需要，不论是在交通运输、水利还是在地下交通或空间利用方面，人们对隧道工程的要求也越来越高，从数量、质量及难度方面都提出了很高的要求。特别是当前铁路公路相互交叉、公路公路相互交叉，高速公路下穿隧道建设越来越多，如何在隧道所处的相当复杂的地质条件的条件下保证高速公路安全正常运行同时要严格控制路面沉降，是许多专家和学者研究的问题，这也成为高速公路下穿隧道施工技术中的难点问题。本文将从具体的近距离浅埋暗挖施工入手，探析目前高速公路下穿隧道施工中需要注意的几个方面。
1、浅埋暗挖施工介绍
浅埋暗挖技术，是属于隧道施工的一种技术。所谓浅埋暗挖法，即在距离地表较近的地下进行地下隧道暗挖施工的一种方法，该法沿用了新奥法(New Austrian Tunneling Method)的基本原理，初次支护按承担全部基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载1984年，王梦恕院士在军都山隧道黄土段试验成功，1986年，北京复兴门地铁折返线工程也成功应用该法，并创造地提出了在软弱地层快速施工的概念，浅埋暗挖法在实践中也得到了成功的应用。浅埋暗挖法在设计和施工时，需要多种方法并驾齐驱，在施工的过程中优化设计实现不塌方、少沉降、安全施工等。
一般而言，采用浅埋暗挖法施工方法，其隧道具有以下几个特点：首先，具有埋深浅，最小覆跨比可达0.2；其次，地层的岩性比较差，存在地下水；最后，周围的环境比较复杂。在目前浅埋暗挖的实践过程中，应用范围进一步扩大，扩展到非第四纪地层、超浅埋（埋深已缩小到0.8m）、大跨度、上软下硬、高水位等复杂地层及环境条件下的地下工程中去。
信息化技术的实施使浅埋暗挖法特点得到更进一步的发挥，实现了浅埋暗挖技术的全过程控制，不但使施工对周边环境的影响降低到最低程度，由于及时调整、优化支护参数，提高了施工质量和速度，有效地减小了由于地层损失而引起的地表移动变形等环境问题。现代化技术的实施为城市地下工程设计、施工提供了一种非常好的方法，具有重大的社会效益和环境效益，该方法在总体上达到国际领先水平。
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2、浅埋暗挖技术在隧道施工中的应用
浅埋暗挖施工步骤为：首先，用钢管打入地层，通过注水泥或者其他建筑材料，让下面的地层变得牢固，这里 开挖土地的稳定性要求比较高。地层加固之后，进行循环0.5至1.0米左右的短进尺开挖。随即做好初步的支护工作，接着是防水层的施工，最后完成二次支护。
该技术在施工的过程中，因为施工不当所引起的路面沉降坍塌现象是我们在实践过程中需要重视的，在浅埋暗挖技术实施过程中，施工不当引起路面大量沉降甚至坍塌，造成交通中断的工程事故时有发生，导致巨大的经济损失和不良的社会影响，因此，在钢管插入地下，水泥等建筑材料灌注之后，首先考虑到的是其应力及拉力的平衡，实践钟，大断面隧洞开挖，周围的岩体的初始应力平衡状态遭到破坏，岩石产生形变，进而围岩稳定性遭到破坏，因此开挖前后应力和位移的变化是我们在施工实践中需要重视的。笔者分别采用“台阶法”施工工序对隧道施工过程进行了有限元三维弹塑性分析，并得出如下结论：
①隧道在被钢管打穿时，应力集中区域会出现在隧道围岩拱腰，底板。在隧道的两个角落则会出现拉应力区，在被灌入水泥等建筑材料之后，对隧道将会实现第一次支护，初期支护最后的效果是：应力集中现象有一定改善，在一定的程度上应力极值稳定。
②支护结构方面，内力比较大，因为随着水泥等建筑材料的灌注，混凝土在隧道角落应力值将大大提高，这样在一定程度上抵消了一部分隧道结构的拉力值，综合而言的内力值较大。这样的内力值在第二次施工之后会变化不大，相对娇稳定。
③在围岩开挖作业时，姚考虑到开挖侯周围围岩的位移变化，一般而言，隧道围岩的深度与开挖的位移是成正相关的，即埋的越深，产生的位移旧越大。围岩在开挖后应力场变化规律是，沿开挖轮廓径向围岩应力是先增大，到一定的地方达到最大值，而后逐渐减小，直至与未丌挖时的地应力值相同。对于应力场而言，一般是埋深浅，应力场长。
④初次支护主要部分喷射混凝土层内力值也随着施工工序变化，当进行支护施工后结构的内力会在下一个旋工工序时(下一段围岩的开挖)达到最大值，因此在实际施工时应将支护作业面与开挖作业面隔开一定距离，以免影响支护结构稳定。当围岩级别低、岩性差时，该部位支护结构内力值也较大并有可能出现不利支护结构稳定的拉力区，因此在实际施工中应该根据围岩具体情况及时调整支护方案。
3、明挖段施工技术
3.1 明挖法的优势
明挖是铁路隧道施工常用的施工方法。明挖是在一定支护体系的保护下开挖基坑，然后在基坑内施作地下工程主体结构的施工方法，能够快速组织人员、设备、材料、机械等进行施工，便于控制、保证施工安全质量和施工速度，具有适应性强、施工期段、经济性强的优点。因为明挖法的施工工序和作业面能够进行直观观察，所以可以边施工边检查，能够及时察觉安全隐患，根据施工动态定制安全措施。还能及时控制施工质量和进度，随时调整。
3.2 明挖段施工技术步骤
3.2.1 开挖高速公路路基
路基开挖通常在隧道圆心1.5～1.6m的位置设置灌注桩顶面表格，从桩顶面的位置实施开挖。开挖边线需要根据高速公路路基坡比来设置。
3.2.2 设置临时施工平台
临时施工平台能够保证施工后续的各项工作，比如桩基施工、压顶梁施工等。施工平台要保证其质量，需要保证合格的压实度。使用专业的压实设备，一般工程中采用挖掘机密排碾压的方式来保证密实度。分层压实，压实厚度保持在30cm左右，碾压次数平均超过20次，碾压均衡，防止不规则沉降的出现。
3.2.3 桩基施工
为了防止各种因素影响桩基扩孔、偏孔现象的出现，在施工前最好对桩位进行准确测量。桩位在测量时要结合适当增大到隧道轴线的距离，桩长度需要结合桩顶标高及原地面标高，注桩的稳定性确定需要结合入原状土的深度。钢筋搭接和损耗要求钢筋用料的充分性，主筋之前保持20cm的距离，箍筋之间保持30cm的距离，并且预留钢筋搭接长度，保证焊接质量。
3.2.4 压顶梁
压顶梁是隧道初期支护的重要组成部分，一般采用混凝土或者钢筋混凝土来增强砌体整体稳定性或者钢筋构件的稳定性。压顶梁首先要测量防线，浇筑混凝土垫层，再使用钢筋进行绑扎，并且设立相应的模板，最后浇筑成混凝土砌体。
4、结束语
虽然我国隧道施工技术已经取得一定的成就，但是在地层结构单一、施工环境复杂、覆盖层较复杂的情况下，加上铁路隧道中列车动荷载作用下，隧道施工还是有一定的困难。为了能够保障施工安全和环境效应，施工人员需要对各项施工条件进行深入详细分析，确保工程施工中隧道结构的受力安全性，控制地面或者结构物的沉降保证铁路隧道和高速公路运行的双重安全性能。
参考文献
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[3]任登富.大断面铁路隧道下穿既有线隧道施工技术[J]西部探矿工程2011（4）.
论文作者:王育非,王琼
论文发表刊物:《防护工程》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/20
标签：隧道论文; 围岩论文; 应力论文; 地层论文; 高速公路论文; 结构论文; 施工技术论文; 《防护工程》2017年第11期论文;