高速公路隧道穿越浅埋段地层联合快速施工法研究--中国期刊网

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高速公路隧道穿越浅埋段地层联合快速施工法研究

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：刘晋鹏

[导读] 摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，高速公路隧道工程建设越来越多。

        云南天坤人力资源管理公司云南省普洱市 650000
        摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，高速公路隧道工程建设越来越多。隧道穿越前方浅埋段施工一直是山岭隧道施工领域的难点问题。本文分析施工后隧道拱顶沉降、水平收敛与塑性区范围，并给出合理的支护方案。研究表明：（1）提出的联合快速施工法对浅埋破碎区域的扰动较小，在施工过程中隧道上覆土层基本不会出现破坏；（2）隧道前进方向存在浅埋破碎区域，若不进行及时有效的治理，将会发生塌方、隧道变形过大等灾害事故；（3）所提出的联合快速施工法具有经济合理性，从而为相关工程提供一定的理论指导。
        关键词：公路隧道；浅埋段；地表注浆
        引言
        隧道是当前高速公路工程中的重要组成部分，隧道施工中会面临很多复杂的情况，其中以富水段最为常见，施工要求较高，尤其是在该情况下使用浅埋暗挖法进行施工时，应根据工程实际情况制定合理有效的施工技术。
        1工程概况
        某高速隧道采用双线分离式隧道结构，隧道右线全长4680m，起止桩号为YK16+342-YK21+022；隧道左线全长4618．4m，起止桩号为ZK16+346．6-ZK20+965，且左线与右线隧道中线线距离为20m。设计为双向4车道高速公路，设计时速80km/h，单洞设计尺寸11．0m（宽）×5．5m（高）。本隧道穿越松山自然保护区内，工作区南部为山前平原地带。隧道左线ZK20+465至ZK20+530段为浅埋段，原地面为天然冲沟，地表水已干枯，埋设较浅，由地表至隧道洞顶平均埋深14m，此段的岩性主要为密云群片麻岩，岩石为较硬岩；线位里程断裂发育、岩体破碎。隧道穿越浅埋段地区处治措施如下：（1）浅埋段地表进行预加固设计，横向注浆宽度为隧道中心线两侧各10．8m，隧道注浆起始里程为ZK20+455，注浆终止里程为ZK20+540。（2）地表预加固注浆管采用50PVC管定位注浆，注浆管在拱圈部分5m注浆范围内钻花孔，注浆管尾端30cm不设花孔。（3）施工时应先进行最外侧帷幕孔的注浆，然后进行内部孔的注浆，帷幕孔间距为60cm，内部孔间距为120cm，内部孔梅花形布置。（4）如果地表注浆困难，则辅以双层超前小导管进行注浆加固，即为在掌子面前方打设倾角约为30°的斜孔，进行超前注浆。超前小导管采用长3500mm，外径50mm，壁厚5mm热轧无缝钢管，两排小导管水平搭接长度不小于1．5m。注浆浆液选用双液浆，水灰比为1∶1，水泥浆与水玻璃体积比为1∶0．05，施工时实际配合比经现场试验确定。（5）待浆液凝固稳定后，进行双台阶预留核心土法进行快速开挖，迅速通过注浆加固区。
        2数值模型
        对区间隧道穿越泥炭质土层基底加固的目的主要是提高盾构隧道在运营期，列车运養翁载作用下棊底泥炭质土的抗变形能力，减少盾构隧道跨越常规地层与泥炭质土甚层时的不均匀沆降。研究地基土在载荷作用下的受力变形规律，工程中常采用载荷试验法。对于运营期的盾构隧道，列车荷载主要通过道床传递至管片，再由管片作用于周围地层。因道床－管片与地层是紧密贴合的，故列车荷载通过管片作用于基底的荷载可认为是均布荷载。因此，列车荷载下盾构隧道基底土层的承载力可近似用平板载荷试验结果表征。
        3土岩分界线与拱顶距离对沉降的影响
        1）在掘进掌子面前方约10~20m处，地表开始出现明显的沉降变形；在掌子面前约15m处到掌子面后方20m处，地表沉降速率很大，沉降量达到总沉降量的53%~84%。在掌子面后方大约40m处，地表变形基本不再受其影响，地表纵向沉降总体符合S形沉降规律。2）地表纵向沉降受土层比的影响也比较显著，表现为地表沉降量随土层比的增大而增大。

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此外，比较不同土层比条件下的地表纵向沉降曲线，可以发现，随着土层比的增大，地表开始出现明显变形的位置从掌子面前方约10m增大到15m左右，掌子面后地表沉降速率也具有增大的趋势，在掌子面后40~60m沉降趋于稳定。总体来看，随着土层比的变大，矿山法施工对地表纵向沉降的影响程度和范围均在增大。3）随土层比的增大，后建隧道（左线）掘进对地表沉降的影响也随之增大。对于右线轴线地表沉降，当土层比为0%时，左线掘进时引起的沉降量仅占总沉降量的3.90%，左线掘进影响很小；而当土层比为23.98%，27.42%和33.59%时，后建隧道（左线）对总沉降的影响分别为12.50%，20.10%，34.02%，左线掘进影响较大。
        4施工监测及沉降控制效果
        在隧道施工过程中，对隧道周围土体、支护结构的动态和周围地表环境条件的变化及时进行各种必要的监测和分析，以确保施工安全。（1）监测点布置。地表沉降监测方法：本工程施工中对地表沉降监测是监测的重点，对地表沉降监测数据及其它监测数据一起进行分析，可得出地下结构所处状态。监控量测数值的时态曲线突变或达到警戒值时，及时封闭掌子面，进行分析处理，采取注浆加固和型钢有效支顶措施，确保道路和作业面安全和稳定。（2）检测结果及分析。路面沉降产生后2个月左右，沉降量数值基本达到稳定状态。最大沉降量发生在中隔壁拆除的时候，最大沉降量为14mm，小于允许值15mm，说明在施工中所采取的综合技术措施是行之有效的。
        5浅埋段处治后研究
        在进行地表注浆后，进行隧道开挖时，浅埋破碎段基本不会受到隧道开挖的影响，主要破碎区集中在掌子面前方，在隧道开挖上方的局部位置会存在少量的破碎区，但对隧道围岩的整体稳定性影响不大，说明注浆加固方案起到了明显的作用。对注浆加固后的浅埋破碎带进行开挖施工，隧道的变形在允许变形范围内，拱顶竖向位移为12．14mm，两侧水平收敛为15．86mm，同时因地表注浆及小导管超前注浆，隧道周边的塑性区范围将会很小。对于隧道开挖来说，拱腰处很容易应力集中，在联合快速施工方案的指导下进行施工后，隧道周边岩石最大主应力未集中在隧道拱腰处。这表示注浆施工完成后，隧道可以顺利穿越浅埋破碎带。
        结语
        综上所述，利用数值分析软件对实际的下穿工程进行了模拟分析，对不同的隧道开挖超前加固方案以及开挖工法等关键技术进行了对比分析，并结合工程实际提出了相应的关键施工技术，得出以下结论：（1）从模拟分析的结果上来看，在深孔注浆帷幕和CD法同时采用时，能够满足道路沉降的控制要求；控制效果最差的是台阶法，不但地面沉降量最大，同时，其地面影响范围也最大。（2）深孔注浆帷幕的采用不但能够解决非降水开挖的问题，还可改良隧道开挖周边土体，更好的控制道路的沉降。（3）结合热力隧道的下穿道路工程，除了深孔注浆帷幕外，还提出了相应的施工措施，包括衬砌背后注浆与锁脚锚杆。从监测的结果看，这些措施很好的控制了道路的沉降，最终的变形也满足道路安全的要求
        参考文献：
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