穿越公路回填路基的隧道施工引起路面沉降原因分析與控制措施

摘 要:結(jié)合大連市大連灣隧道工程實(shí)例，分析了回填路基淺埋暗挖隧道引起地面沉降的因素。提出了增強(qiáng)初期支護(hù)的承載能力和剛度、注漿等手段加強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力等控制對(duì)策，為類(lèi)似工程沉降控制提供借鑒。

關(guān)鍵詞:回填路基 淺埋暗挖 沉降控制

中圖分類(lèi)號(hào):U416.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(a)-0128-01

隨著城市道路建設(shè)的不斷發(fā)展推進(jìn)，新建道路與既有道路經(jīng)常出現(xiàn)交叉穿越。對(duì)于新建線(xiàn)路下穿既有道路的情況，為保證既有道路在施工期間仍能正常運(yùn)營(yíng)，常采用頂進(jìn)框構(gòu)涵或者淺埋暗挖隧道等施工方法。對(duì)上部既有道路路面的沉降控制是確保施工期間上部路面行車(chē)安全的重要保障，也是整個(gè)施工過(guò)程的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。本文結(jié)合大連市大連灣隧道工程的施工情況，分析下穿既有道路回填路基的淺埋暗挖隧道施工引起上部路面沉降的主要原因，提出相應(yīng)控制措施，為相關(guān)類(lèi)似隧道施工提供參考。

1 引起地面沉降的原因分析

大連灣隧道全長(zhǎng)82m，凈空面積64㎡，下穿振興路路基。在施工期間振興路正常運(yùn)營(yíng)，對(duì)路面沉降提出要求嚴(yán)格。在施工準(zhǔn)備階段，對(duì)隧道施工期間可能引起上部路面沉降的原因進(jìn)行了周密的分析。

1.1 土體特性的影響

大連灣隧道拱頂距離振興路路面僅為5m，上覆土體全部為路基填土，主要為粉質(zhì)粘土，并含有不均勻粒徑石塊。由于虹吸現(xiàn)象和中分帶地表水下滲的長(zhǎng)期作用，路基土含水已呈飽和狀態(tài)。分析認(rèn)為:開(kāi)挖后，路基土失水易造成超固結(jié)，引起較大沉降;隧道開(kāi)挖擾動(dòng)后，易引起開(kāi)挖周邊土體松弛變形，出現(xiàn)潛在的坍滑區(qū)，尤其在石塊較多地段，坍滑現(xiàn)象會(huì)更嚴(yán)重。地基土的特性決定了地表下沉值要大于隧道拱頂下沉值，應(yīng)在改善路基土方面采取相應(yīng)的措施。

1.2 道路通行車(chē)輛荷載的作用

隧道施工期間上部道路按原標(biāo)準(zhǔn)通行，車(chē)輛密集。由于隧道埋深淺，必須考慮車(chē)輛荷載作用，特別是重型車(chē)輛高速通過(guò)時(shí)引起的震動(dòng)較大，施工時(shí)應(yīng)充分考慮。

1.3 地層應(yīng)力的釋放

由地層的收斂約束特性可知，隨地層位移的增大，上覆地層施加到隧道結(jié)構(gòu)上的荷載將減小。最佳支護(hù)概念就是在允許地層產(chǎn)生穩(wěn)定位移的條件下，使支護(hù)結(jié)構(gòu)所受的力最小。淺埋暗挖隧道，為保證地表的變形得到控制，原則上不允許地表出現(xiàn)超越規(guī)定值的下沉而換取最佳支護(hù)條件。而且，本工程土體為多孔介質(zhì)土，是具有潛在坍滑面的地層。隨地表下沉、地層應(yīng)力的釋放，坍滑面會(huì)逐次產(chǎn)生，伴隨著地表大范圍下沉，沉降槽寬度及下沉量均較大。可見(jiàn)，控制地層應(yīng)力釋放度是解決下沉及范圍的關(guān)鍵。

1.4 施工工法

控制開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生沉降的關(guān)鍵是保持開(kāi)挖工作面的穩(wěn)定，選擇合適的施工方法非常重要。大連灣隧道應(yīng)充分利用隧址區(qū)既有涵洞，分步進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)。工作面越小，工作面前方及周?chē)馏w對(duì)工作面的擠壓流動(dòng)會(huì)越小，工作面越穩(wěn)定。另一方面，在開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)充分領(lǐng)悟“淺埋暗挖”的精神實(shí)質(zhì)即早封閉概念，每步開(kāi)挖即各自封閉成環(huán)。

1.5 開(kāi)挖進(jìn)尺的影響

開(kāi)挖進(jìn)尺的大小實(shí)質(zhì)上是工作面無(wú)支護(hù)空間的大小，其值決定著地表下沉及拱頂沉降，也影響開(kāi)挖面的穩(wěn)定性。軟土隧道工作面難以自穩(wěn)，因而必須支撐。研究表明，開(kāi)挖時(shí)工作面需支撐的壓力并不大，僅10MPa就足以使工作面短期內(nèi)自穩(wěn)，使開(kāi)挖順利進(jìn)行;另外，穩(wěn)定開(kāi)挖工作面的支撐力與上覆土層的厚度及土體的密度幾乎沒(méi)什么關(guān)系，與隧道直徑呈線(xiàn)性關(guān)系。淺埋暗挖法施工的隧道，開(kāi)挖進(jìn)尺的控制十分重要，應(yīng)分析研究，有目的地控制。

1.6 工作面的推進(jìn)速度

沉降具有時(shí)空效應(yīng)。工作面推進(jìn)速度的加快，意味著各工序時(shí)間的縮短，隧道開(kāi)挖裸露的空間亦小，其存在的時(shí)間亦短，利于控制地層變位的調(diào)整。因此，施工中應(yīng)加快施工進(jìn)度。

1.7 初期支護(hù)的剛度問(wèn)題

支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度影響地表下沉量，尤其是對(duì)淺埋暗挖隧道。大連灣隧道埋深僅5m，且受行車(chē)活載作用，地層剛度小，在總剛度一定的條件下，勢(shì)必要增大初期支護(hù)的剛度。復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計(jì)的荷載分配，一般結(jié)構(gòu)二次襯砌不承擔(dān)施工期間荷載，但根據(jù)實(shí)際施工及有關(guān)監(jiān)測(cè)資料，初期支護(hù)后至地表達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間較長(zhǎng)，唯有二襯施做后，隧道及地表才完全穩(wěn)定。因此，提高初期支護(hù)剛度對(duì)穩(wěn)定地層是有必要的，同時(shí)還應(yīng)盡快進(jìn)行二襯施做。

2 施工過(guò)程中采取的措施

施工過(guò)程中嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤測(cè)量”的方針進(jìn)行，通過(guò)上述分析因素和施工中量測(cè)采取了以下措施控制沉降。

2.1 采用大管棚進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)

為了增強(qiáng)初期支護(hù)的強(qiáng)度和剛度，提高初期支護(hù)的承載能力，采用大管棚預(yù)注漿的施工方法。大管棚采用單層108×6鋼管，間隔30cm環(huán)向180°布置64根，并通過(guò)注入水泥漿，使管棚起到鋼管混凝土的作用，增加了承載能力和剛度。

2.2 使用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿

為了減少路基土水分的散失，同時(shí)進(jìn)一步提高圍巖的承載能力和自穩(wěn)能力，在開(kāi)挖前沿管棚間加設(shè)一層超前小導(dǎo)管，采用42×5鋼管，長(zhǎng)5m，搭接1.5m，并進(jìn)行預(yù)注漿。通過(guò)注入水泥水玻璃雙漿液，固結(jié)各管棚之間的路基土，改變了土體特性，防止了其水分的散失，避免了因路基土超固結(jié)而引起的沉降，消除了產(chǎn)生潛在坍滑區(qū)的危險(xiǎn)。

2.3 嚴(yán)格控制掌子面到二襯之間距離

通過(guò)沉降因素分析，二襯施做后地表沉降才能穩(wěn)定，同時(shí)為了減少掌子面到二襯之間初期支護(hù)所受彎矩，必須盡量減少掌子面到二襯之間的距離。

2.4 加快施工進(jìn)度

通過(guò)各種措施加快施工進(jìn)度，同時(shí)在混凝土施工時(shí)盡量使用早強(qiáng)劑等加快混凝土強(qiáng)度的上升，以期盡早起到承載作用。

3 沉降觀(guān)測(cè)

為確保施工過(guò)程中萬(wàn)無(wú)一失，對(duì)路面沉降量進(jìn)行必要的觀(guān)測(cè)。通過(guò)對(duì)布置在路面、拱頂、邊墻的各測(cè)點(diǎn)觀(guān)測(cè)，結(jié)果顯示:拱頂沉降3.1mm，小于3.7mm限制，拱頂沉降速率最大值發(fā)生掌子面開(kāi)挖后鋼拱架施做前，該階段緊靠大管棚及超前小導(dǎo)管支撐。待二襯施做后沉降基本停止。各觀(guān)測(cè)結(jié)果符合規(guī)范的相關(guān)規(guī)定和業(yè)主的提出的要求。這說(shuō)明所采取的施工方法確實(shí)可行，對(duì)確保施工質(zhì)量及安全起到了至關(guān)重要的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

下穿路基施工的淺埋暗挖隧道沉降控制的關(guān)鍵在于增強(qiáng)初期支護(hù)的承載能力和剛度，充分利用新奧法施工原理，通過(guò)注漿等手段加強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，對(duì)下穿路基施工的淺埋暗挖隧道沉降因素分析是完全正確的，采取的相應(yīng)措施也是行之有效的。本文可為類(lèi)似工程沉降控制提供借鑒。