湖南省官新高速公路建设开发有限公司 长沙 410004
摘要：连拱隧道施工过程复杂，存在许多不安全因素，需要选择相对科学的施工工艺，从而有效保证工程施工安全和施工质量。本文通过三维数值模拟，全面分析了D桩支护体系下导洞+CRD工法对隧道拱顶沉降及对铁轨沉降的影响，并提出了相应的变形控制技术，为既有铁路运营安全及隧道施工安全提供参考。
关键词：连拱隧道；隧道施工；变形控制
1 工程概况
随着市政基础设施建设的快速发展，近年来出现了不少下穿既有公路隧道的工程实例[1-2]。连拱隧道施工技术相当复杂，受地理因素和环境因素的影响，施工难度非常大，如何保证施工期间公路正常运营及隧道施工安全是需要研究的问题，开展下穿公路连拱隧道施工控制技术的研究具有重要的理论价值和现实意义[3-4]。长沙渔业路隧道在K1560+010处下穿京广铁路，铁路上行线及下行线间距为4.18m。拟建隧道主线设置双向4车道，采用连拱隧道，暗挖段开挖跨度25.8m，高度7.8m，埋深7m，衬砌断面如图1所示。
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图1 暗挖隧道衬砌断面设计示意图
2施工技术及支护参数
隧道下穿京广铁路段时采用双连拱断面形式，正洞开挖基于中导洞+CRD工法施工。采用D型便梁+挖孔桩支护结构的轨道预加固方案，路基采用注浆加固方案，洞内施工采用长管棚预支护方案。暗挖隧道断面采用双连拱断面，按喷锚构筑法进行设计和施工，支护参数如表1所示。
表1围岩支护参数
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根据工程岩土工程详细勘察报告，该隧道暗挖段围岩主要是杂填土、粉质粘土、中粗砂，成土状，围岩稳定性差，具体各土层参数的选取见表2。
表2 各地层主要物理参数
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3 施工技术措施效果分析
加固前后中间轨道的横向沉降槽曲线（终值）如图2。
D桩体系对铁路进行预加固后，轨道被D型便梁架空，各轨道的沉降槽宽度缩减到30m左右，非开挖区上方的轨道在架空后沉降极小。轨道下方对应地表的沉降槽宽度缩减到40m左右，相比加固前形成的50m宽沉降槽，地表沉降的影响范围大幅减小。各轨道的横向沉降曲线呈现典型的V形分布，最值均出现在中导洞拱顶上方对应测点上，其值在-2mm左右；轨道下方地表的沉降曲线则呈W形，最值均出现在外导洞拱顶对应的地表测点上，其值在-4mm左右，中部纵排支点桩周边的地表沉降明显减小，其值与对应轨道的竖向变形相当接近。加固前各轨道沉降曲线呈U形，最值均出现在中导洞拱顶上方对应测点上，但整个开挖区域上方的轨道沉降差值较小，其值均在-5.5mm左右。桩体与桩周地层之间形成剪切刚度足够大的加固区，当桩周土体因隧道开挖被移除时，地层与桩体相互扰动显著，特别是中部纵排支点桩，在隧道开挖全程中，其周边土体的应力调整幅度最大，土体与桩体之间的摩擦和连接一方面使桩身产生弹性压缩向下位移，另一方面对桩侧未开挖土体的竖向变形起到了抵抗作用；而当中隔墙施筑完成后，中部支点桩与中隔墙共同承受正洞拱顶与隧底传来的荷载。
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图2 轨道横向沉降槽曲线
对在采用CRD工法过程中，先开挖各个导洞上台阶分块土体，再开挖各个导洞下台阶分块土体，利用分块之间的小错距施工，在空间分布上均匀释放地层变形和位移。同时中导洞和中隔墙支护体系的存在，整个支护结构就有了稳固的竖向承载基础，无需对外导洞下台阶优先进行开挖加固，构建拱脚和边墙加固体系。另一方面，由于D桩体系对铁路加固后，支点桩在地层中抵抗竖向滑移的效应显著，使得隧道整体的拱顶沉降在纵向分布上更加均匀，拱顶沉降值大幅减小。
4结论
D型便梁+支点桩对轨道变形的控制效果显著，桩侧摩阻力一方面抵抗地层变形，另一方面使得桩身产生弹性压缩向下位移。轨道支点桩减小了地层因隧道开挖而引起的竖向变形和横向水平变形，在共同受力过程中变形较小，桩体的摩擦作用使得桩周小范围土体的竖向位移明显小于周边地层因此，体会在开挖过程发生竖向变形，造成轨道沉降的V形分布，同时，桩体能抵抗周边土体的相对滑移，减少地层整体的沉降，导致了加固后地表的W形分布以及沉降槽宽的缩短，施工过程中应密切关注支点桩附近的地表和隧道拱顶地层的变形状况。在采用CRD工法过程中，进行了工法优化，摒弃传统工序中导洞整体开挖和支护的理念，把导洞上下台阶看作独立分块，利用分块之间的小错距施工，在空间分布上均匀释放地层变形和位移，可有效控制地表不均匀沉降。
参考文献：
[1]姚振凯，李世清，朱琪，陈信标.公路连拱隧道技术新进展[M].北京：人民交通出版社，2011.3
[2]杨铠.既有公路下连拱隧道施工控制技术研究[D].中南大学，2009.
[3]邓鹏飞.下穿既有铁路连拱隧道施工工法研究，冶金丛刊.2017，4：17-21.
[4]李新志.超浅埋大跨度连拱隧道围岩受力分析及工程应用研究[J].山东大学，2013.