淺埋暗挖法隧道施工技術(shù)及其地面沉降控制

1、    淺埋暗挖法隧道施工技術(shù)及其地面沉降控制    呂毅 謝誼 朱先學(xué)摘要:軟弱圍巖下淺埋鐵路隧道，近距離穿越高速公路時(shí)采用大管棚超前支護(hù)以及選用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖對(duì)路面及隧道拱頂?shù)某两?，都起到了很好的控制作?而且隧道拱頂沉降和水平收斂位移受隧道縱向開挖空間效應(yīng)和覆蓋層厚度的影響相當(dāng)大。簡(jiǎn)要的介紹了防止淺埋鐵路隧道施工沉降的重要性以及導(dǎo)致淺埋鐵路隧道施工沉降的主要因素，并提出了控制淺埋鐵路隧道施工沉降的有效措施，以期在確保鐵路正常通行的前提下保證高速公路的行車安全。關(guān)鍵詞：施工沉降、穩(wěn)定、下穿高速公路、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、數(shù)值分析、沉降中圖分類號(hào)：u238文

2、獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a一、前言隨著我國(guó)人口的不斷增多以及城市之間聯(lián)系的進(jìn)一步深化，社會(huì)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)囊笠苍谥饾u的提高，加大我國(guó)鐵路的建設(shè)力度，提高我國(guó)鐵路行業(yè)的運(yùn)輸能力，對(duì)促進(jìn)我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。近年來(lái),隨著人類對(duì)地下空間的不斷開發(fā)利用,使得新建鐵路隧道近距離穿越既有建筑物的現(xiàn)象越來(lái)越多,這就產(chǎn)生了隧道施工時(shí)既要保證新建隧道施工安全。目前,國(guó)內(nèi)在山嶺隧道穿越工程方面的研究主要是以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段為主,在施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)位置處的沉降及水平收斂位移值。在大量隧道開挖施工引起的地表沉降實(shí)測(cè)資料的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)了隧道施工引起地表沉降槽的形狀和控制參數(shù)，系統(tǒng)地提出了地層損失的概念和估算隧道開挖地表

3、下沉的實(shí)用方法。公路路面沉降的影響及隧道施工過(guò)程中自身的位移受上覆高速公路及山體圍巖影響的變化情況,為鐵路隧道施工安全及既有高速公路行車安全提供理論依據(jù)。二、防止淺埋鐵路隧道施工沉降的重要性在鐵路工程施工的過(guò)程中，常常會(huì)遇到地質(zhì)條件較為復(fù)雜的區(qū)域，為了降低鐵路工程的施工難度，需要采用修建隧道的方法來(lái)確保工程的順利進(jìn)行。淺埋鐵路隧道對(duì)工程的防沉降技術(shù)的要求較高，特別是在地表存在有建筑物的前提下，如何有效的降低施工過(guò)程中產(chǎn)生的地表沉降，是保證地表建筑物安全的基礎(chǔ)。由于淺埋鐵路的埋深較淺，因此其上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與支撐能力均要弱于傳統(tǒng)的隧道結(jié)構(gòu)，一旦隧道發(fā)生沉降，不僅會(huì)威脅到隧道工程的正常施工，也會(huì)對(duì)

4、地面的建筑造成嚴(yán)重的影響。因此，加強(qiáng)淺埋鐵路隧道施工過(guò)程對(duì)地表沉降的防治力度，將隧道的施工過(guò)程對(duì)周邊環(huán)境的影響控制在最低限度，對(duì)確保我國(guó)交通行業(yè)的快速穩(wěn)步發(fā)展有著重要的作用。三、數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析1、下穿隧道埋深對(duì)路基沉降變形的影響鐵路隧道下穿高速公路路基引起的路基沉降變形與隧道下穿深度有直接關(guān)系，因此針對(duì)于埋深很小的下穿隧道施工必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施，避免隧道上覆土層塌陷。隨著隧道埋深的增加，施工引起地層損失和土體的再固結(jié)會(huì)加大，因此路面最大沉降值會(huì)有加大趨勢(shì)，但當(dāng)埋深達(dá)到一定深度后路面沉降不再增加甚至減小，最后隧道埋深對(duì)路面沉降的影響越來(lái)越小。隨著隧道埋深的增加，路面沉降槽的寬度逐漸增加，但

5、沉降槽的曲率變得越來(lái)越緩和。隧道跨度越大，施工引起的路基沉降變形也越大，但對(duì)沉降范圍影響較小。沉降槽寬度與隧道埋深成正比，埋深越大，沉降槽寬度系數(shù)越大。2、上覆土層模量對(duì)路基沉降變形的影響高速公路路基主要由面層、基層和地基構(gòu)成，每個(gè)構(gòu)造層相對(duì)都是由均勻的材料組成，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，因此數(shù)值計(jì)算只是分析上覆土層不同模量對(duì)既有公路路面的影響。當(dāng)上覆土層模量較小時(shí)引起的路面最大沉降值很大，隨著上覆土層模量增大，路面最大沉降值會(huì)急劇減小。在施工過(guò)程中采取提高上覆土層模量的方法可以有效地降低路面沉降量的發(fā)展，但不能明顯降低路基的沉降范圍。3、上覆土層泊松比對(duì)路基沉降變形的影響泊松比表示上覆土層側(cè)向變形性質(zhì)，

6、隨著上覆土層泊松比的增加，路面最大沉降值急劇增加，兩者呈非線性關(guān)系，但沉降槽寬度參數(shù)的變化不大。分析主要原因在于泊松比表示上覆土層的豎向變形對(duì)橫向變形的影響大小泊松比越大，土體側(cè)向變形也越大，因此土層泊松比直接影響隧道開挖引起周圍土層地層損失的大小，所以土層泊松比對(duì)路面沉降更比較敏感。4、上覆土層土體強(qiáng)度對(duì)路基沉降變形的影響土層內(nèi)摩擦角對(duì)路基沉降具有較大影響，隨著土層內(nèi)摩擦角的增加，路面最大沉降值開始急劇減小，當(dāng)摩擦角達(dá)到某值時(shí)，沉降量減小變得緩慢。四、導(dǎo)致淺埋鐵路隧道施工沉降的主要因素1、鐵路隧道的開挖面積隧道的開挖面積在很大程度上決定了隧道需要支護(hù)的數(shù)量與密度。隨著隧道開挖面積的增大，構(gòu)成

7、隧道的巖體或土體本身的強(qiáng)度有限，對(duì)上部提供的支撐力在達(dá)到一定程度后便很難有所提高。2、施工地點(diǎn)土壤巖性的影響隧道施工地點(diǎn)的地質(zhì)巖性決定了土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，當(dāng)施工地點(diǎn)的土壤強(qiáng)度較高，隧道上部結(jié)構(gòu)對(duì)支護(hù)的要求相對(duì)較低，反之，隧道施工地點(diǎn)的土質(zhì)為軟土或濕陷性黃土，則會(huì)大大提高施工的難度。3、地下水的影響地下水含量豐富的地區(qū)，土壤的含水量也要明顯高于正常地區(qū)，使其突然發(fā)生軟化，濕陷性提高。即使排干地層內(nèi)部的水分，也很容易導(dǎo)致原有的土體在失水的情況下內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生變化，使土壤收縮干裂，降低上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度。同時(shí)，隧道地基的承載能力不足也是造成隧道沉降的重要因素。4、高速公路行車的影響高速公路在重力和自

8、身質(zhì)量的作用下，會(huì)對(duì)下方的土壤施加一定的壓力，一旦壓力超過(guò)土壤的最大承載能力，便會(huì)導(dǎo)致土壤發(fā)生沉降。因此，高速公路的車輛行駛對(duì)施工沉降的影響力也是不可忽視的。5、施工因素的影響淺埋鐵路隧道施工期間的支護(hù)質(zhì)量對(duì)減小施工沉降有著決定性的影響，尤其是在淺埋隧道施工的過(guò)程中。此外，施工過(guò)程采用的方法也會(huì)在一定程度上影響隧道發(fā)生沉降的可能性，一旦施工方案設(shè)計(jì)不當(dāng)，便會(huì)給工程的施工帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響。五、控制淺埋鐵路隧道施工沉降的有效措施1、加強(qiáng)工程施工前期地質(zhì)勘測(cè)的力度加大工程施工前期地質(zhì)勘測(cè)的力度，可以為施工計(jì)劃的擬定提供充足的依據(jù)，從而了解施工過(guò)程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，并有針對(duì)性的制定出科學(xué)的方法與控制措

9、施，為降低淺埋鐵路隧道的施工沉降打下良好的基礎(chǔ)。2、詳細(xì)了解高速公路與鐵路隧道的關(guān)系由于高速公路本身的性質(zhì)以及車輛的運(yùn)行均會(huì)對(duì)淺埋鐵路隧道的施工沉降造成一定的影響，因此，詳細(xì)的了解高速公路的施工狀況與行車特點(diǎn)，對(duì)制定科學(xué)的施工計(jì)劃有著重要的意義。3、合理處置施工地點(diǎn)的地下水鐵路隧道施工地點(diǎn)的地下水會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)產(chǎn)生不良影響，降低土壤的承載能力，提高工程的施工難度。因此，在架設(shè)支護(hù)下水能夠順利流出，保證施工場(chǎng)地的干燥，避免圍巖被地下水浸泡而發(fā)生軟化。4、對(duì)隧道進(jìn)行超前支護(hù)對(duì)淺埋鐵路隧道進(jìn)行施工時(shí)，對(duì)隧道進(jìn)行超前支護(hù)能夠在沉降發(fā)生之前對(duì)隧道的周邊進(jìn)行加固，能夠有效的防止沉降現(xiàn)象的產(chǎn)生。在進(jìn)行注漿的

10、同時(shí)搭配大管棚超前支護(hù)技術(shù)，可以進(jìn)一步的穩(wěn)定隧道的圍巖，加強(qiáng)隧道的抗沉降能力。5、選擇合理的開挖方式在對(duì)下穿高速公路的淺埋鐵路隧道進(jìn)行施工的過(guò)程中，為了保證隧道基礎(chǔ)的穩(wěn)固，需要采用短臺(tái)階人工小步距的開挖方式，在開挖的同時(shí)做好配套的初期支護(hù)工作，減少工程施工過(guò)程中出現(xiàn)沉降的可能性。6、做好隧道的支護(hù)工作淺埋鐵路隧道對(duì)沉降的抵抗能力較低，加之隧道需要下穿高速公路，因此更加提高隧道支護(hù)工作的難度，在隧道施工的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)加強(qiáng)高速公路下方隧道的支護(hù)工作，有效的防止了施工沉降的發(fā)生。六、結(jié)束語(yǔ)在淺埋鐵路隧道下穿高速公路地段的施工過(guò)程中，采用超探測(cè)、預(yù)堵水、管超前、強(qiáng)支護(hù)、短進(jìn)尺、早封閉、勤監(jiān)測(cè)、備預(yù)案的思路對(duì)施工沉降進(jìn)行控制，能夠有效的降低隧道施工對(duì)高速公路產(chǎn)生的不利影響，確保高速公路與鐵路的行車安全。參考文獻(xiàn)：1 萬(wàn)先德：太中銀線呂梁山隧道下穿青銀高速的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，西部探礦工程