摘要：山西中南部铁路通道是国内第一条轴重30吨的重载铁路，其中盘道岭隧道在出口端下穿青银高速公路，平均埋深9.5米，在确保高速公路正常通行的条件下，采取铣挖配合弱爆破法的施工技术及工艺，攻克了在覆盖不足10米下穿高速公路的隧道施工技术难题，通过实践总结出适用于下穿高速公路及构筑物的施工新技术，对类似工程有借鉴作用。
关键词：下穿高速公路；隧道浅埋段；铣挖法；施工技术
1引言
盘道岭隧道位于公路路面下9.46m，为泥岩砂岩地层。施工采用铣挖法三台阶开挖，超前大管棚一环通过。上台阶环形铣挖设临时仰拱加竖撑支护，中下台阶周边铣挖、中间核心土采取微震弱爆破，H175工字钢全环强支护。洞内及公路路面及时监控量测，二衬紧跟。施工期间高速公路未封道，路面沉降整体控制在11mm以内，历时75天安全通过青银高速公路。
2 施工方案选择
为确保施工安全，减少爆破对周边围岩的扰动，施工方法以机械铣挖为主，辅以微震弱爆破。采用三台阶临时仰拱法，上台阶加临时竖撑开挖。开挖顺序自上而下，即先开挖支护上台阶再进行中台阶、后下台阶开挖支护，中下台阶两侧边墙开挖支护完一侧，再进行另一侧施工（见图1）。开挖使用沃尔沃EC460B履带式挖掘机配ER1500-3（XL）型铣挖机作业，对于中下台阶中部较硬砂岩采用微震弱爆破，不会产生较大扰动。严格按照“管超前、短开挖、弱爆破、强支护、早封闭、快成环、紧仰拱、勤量测、速衬砌”的施工原则组织施工，确保安全通过。
图1 三台阶临时仰拱加竖撑法开挖支护工序图
3 铣挖机选型
经现场对下穿段隧道内砂岩取样抗压试验，抗压强度为37Mpa，选用德国艾卡特ER1500-3型标准横向（XL型）铣挖机。铣挖头转速75转/分，可破碎80Mpa以下硬度的岩石。ER1500-3型铣挖机铣挖头直径φ670mm、长1000mm、配有48个破碎锤，整机自重1750kg。铣挖机作业是由母机挖掘机在大臂前端通过一块特制的连接钢板与铣挖机连接，按铣挖机进油流量要求，选择VOLVO沃尔沃EC460B履带式大功率液压挖掘机作为工作母机。
4 施工准备
4.1 超前地质预报
采用TSP 203PLUS地震波地质预报系统，对开挖段前方进行地质预报，进一步核实地质资料，完善施工技术方案。在施作一环36米大管棚通过高速公路同时，对下穿段工程地质和水文地质进行复核。
4.2施作下穿公路长管棚
高速公路总宽28m，管棚在跨公路段设计一环长度36m，采用Ф108大管棚，一次跨过路面，在管棚起点后方设8m长管棚工作间。
4.3 高路公路路面观测点布控
对高速公路下穿施工点前后各500m范围实行限速40km/h行驶，设置警示标志。在下穿段两侧各一倍洞径36m宽范围内，横向布置4排52个沉降观测点。
4.4 施作试验段
施作5m试验段，对该段进行监控量测，观测地表、拱顶下沉及水平收敛、隧道围岩与喷射砼接触压力、初支钢架应力等参数，以便及时调整支护参数。
5 铣挖法施工技术
5.1 铣挖法施工工艺原理
工作原理是利用铣挖机机头高速旋转切削岩石，人工配合修整达到设计开挖要求，可以有效的减少对围岩的扰动，控制超欠挖，提高开挖质量和安全度。
5.2 铣挖法施工步骤
（1）开挖上台阶：上台阶高3.5m，放样后先对上台阶周边进行铣挖，每次进尺0.5m，然后找顶修整初喷4cm厚C25砼，安装HW175型钢钢架，间距0.5m。施作系统锚杆、安装钢筋网、锁脚锚干，再复喷32cm厚C30钢纤维早强砼。
（2）开挖上台阶核心土，每2榀钢架施作1榀临时仰拱加立撑，喷射C25砼封闭临时仰拱。
（3）中台阶两侧边墙采取左右错开铣挖，宽度1.2m，初喷4cm厚砼。然后对边墙钢拱架进行接长，复喷砼至设计厚度后再微震弱爆破开挖中台阶核心土。左右边墙错开不得大于1m，开挖支护完一侧再施工另一侧。
（4）下台阶两侧边墙先铣挖，宽度1.2m，初喷4cm厚砼。然后对边墙钢拱架进行接长至边墙脚，复喷砼至设计厚度后再弱爆破开挖下台阶核心土。下台阶左右边墙开挖错开不得大于1.5m，开挖支护完一侧再施工另一侧。
（5）开挖隧底仰拱施作钢拱架喷砼进行封闭成环，每次开挖支护长度不得大于3m。
（6）绑扎仰拱钢筋施作仰拱混凝土及填充，采用仰拱栈桥施工，每次施工长度不得大于6m。
（7）施作防水层并进行矮边墙混凝土施工。
（8）二次衬砌一次浇筑长度9m，二衬后拱顶及时注浆充填密实。
（9）每日3次对隧道洞内拱顶、周边收敛及公路路面沉降变形进行监控量测，根据量测结果及时调整施工。
5.3 工作面通风洒水降尘
铣挖作业时采用水幕降尘和人工降尘相结合的方法，由人工手持高压水管向铣挖机破碎锺和工作面浇水，通风采取1台风量为1000m3/min、功率为2×110KW的对旋式低噪音轴流通风机压入式通风，保证工作面空气质量。
5.4 微震控制光面爆破设计
对80MPa以上的岩石，采用微震控制光面爆破进行开挖，微震爆破主要从控制最大一段爆破用药量、减弱爆破振速传递、减少爆破振动波叠加三个方面控制。
5.5 隧道衬砌
下穿段70m设计二次衬砌厚度65cm，主筋为Ф25钢筋，间距20cm。衬砌采用9米全断面钢模全液压衬砌台车整板衬砌，紧跟掌子面。仰拱浇筑长度不得超过6m。
6 监控量测
6.1 监控量测点布置
洞内在拱顶及左右边墙设5个沉降收敛变形监控量测点，洞外在公路路面设4排52个沉降观测点。路面观测点横向间距3m，隧道边墙外侧各按一倍的洞径12m宽设置，纵向按单幅路面每侧一排设13个观测点。施工期间每天进行观测，做好观测纪录。
6.2监控量测项目
将地表下沉、地质与初期支护观察、水平净空收敛量测、拱顶位移量测、周边位移量测、围岩与支护间接触应力量测、钢架和格栅主筋应力量测、锚杆轴力量测作为施工监控量测项目。
6.3公路路面监控量测成果
经对所设的公路路面观测点监控量测数据统计，公路路面最大沉降为11mm，满足公路路面沉降限值小于15 mm的要求。
7 主要技术创新点
隧道断面高达115㎡，在埋深9.5米穿越通行公路条件下，大断面掘进施工难度大、风险高，通过采用铣挖法配合微震控制光面爆破工艺，采取36m长管棚一次穿越高速公路措施，结合三台阶临时仰拱法开挖工法，真正做到开挖扰动小、安全系数高，将路面沉降控制在11mm以内成功穿越高速公路，在重载铁路大断面浅埋隧道施工中成功应用。
8 经济效益
（1）盘道岭隧道下穿青银高速浅埋段施工，在高速正常通行的情况下采用铣挖法成功穿过。铣挖法与双侧壁导坑法经测算对比：双侧壁导坑法支护开挖断面分块多，耗用大量的临时支护材料。经测算铣挖法累计节约成本244万元。
（2）据调查，青银高速该段每日通行车辆约3万辆，如果采用传统爆破掘进方式，公路管理局要求全封闭或半幅封闭交通施工，按工期75天、每天减少1万辆车计算，预计对地方造成经济损失约750万元。
结束语：
隧道下穿高速公路浅埋段施工，采取铣挖法配合微震弱爆破开挖，通过机械对隧道周边环形铣挖开槽，使隧道周边与外围岩体分离，形成一个支护作业空间，减少了爆破对隧道周边围岩的扰动，保证高速公路正常通行和隧道施工安全。铣挖机选型经济合理，使用方便，工效高，满足工程需要，对类似工程有借鉴作用。
论文作者:幸江涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：隧道论文; 路面论文; 量测论文; 高速公路论文; 台阶论文; 公路论文; 围岩论文; 《基层建设》2019年第20期论文;