淺埋暗挖法隧道施工技術及其地面沉降控制

呂毅 謝誼 朱先學

摘要:軟弱圍巖下淺埋鐵路隧道，近距離穿越高速公路時采用大管棚超前支護以及選用雙側壁導坑法開挖對路面及隧道拱頂的沉降，都起到了很好的控制作用,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和覆蓋層厚度的影響相當大。簡要的介紹了防止淺埋鐵路隧道施工沉降的重要性以及導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。

關鍵詞：施工沉降、穩定、下穿高速公路、雙側壁導坑法、數值分析、沉降

中圖分類號：U238文獻標識碼： A

一、前言

隨著我國人口的不斷增多以及城市之間聯系的進一步深化，社會對交通運輸的要求也在逐漸的提高，加大我國鐵路的建設力度，提高我國鐵路行業的運輸能力，對促進我國交通運輸行業的發展有著重要的作用。近年來,隨著人類對地下空間的不斷開發利用,使得新建鐵路隧道近距離穿越既有建筑物的現象越來越多,這就產生了隧道施工時既要保證新建隧道施工安全。目前,國內在山嶺隧道穿越工程方面的研究主要是以現場監測手段為主,在施工過程中監測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測資料的基礎上，歸納總結了隧道施工引起地表沉降槽的形狀和控制參數，系統地提出了地層損失的概念和估算隧道開挖地表下沉的實用方法。公路路面沉降的影響及隧道施工過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。

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程中，常常會遇到地質條件較為復雜的區域，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確保工程的順利進行。淺埋鐵路隧道對工程的防沉降技術的要求較高，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程中產生的地表沉降，是保證地表建筑物安全的基礎。由于淺埋鐵路的埋深較淺，因此其上部結構的穩定性與支撐能力均要弱于傳統的隧道結構，一旦隧道發生沉降，不僅會威脅到隧道工程的正常施工，也會對地面的建筑造成嚴重的影響。因此，加強淺埋鐵路隧道施工過程對地表沉降的防治力度，將隧道的施工過程對周邊環境的影響控制在最低限度，對確保我國交通行業的快速穩步發展有著重要的作用。

三、數值計算結果分析

1、下穿隧道埋深對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系，因此針對于埋深很小的下穿隧道施工必須采取相應的技術措施，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會加大，因此路面最大沉降值會有加大趨勢，但當埋深達到一定深度后路面沉降不再增加甚至減小，最后隧道埋深對路面沉降的影響越來越小。隨著隧道埋深的增加，路面沉降槽的寬度逐漸增加，但沉降槽的曲率變得越來越緩和。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，沉降槽寬度系數越大。

2、上覆土層模量對路基沉降變形的影響

高速公路路基主要由面層、基層和地基構成，每個構造層相對都是由均勻的材料組成，構造相對簡單，因此數值計算只是分析上覆土層不同模量對既有公路路面的影響。當上覆土層模量較小時引起的路面最大沉降值很大，隨著上覆土層模量增大，路面最大沉降值會急劇減小。在施工過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展，但不能明顯降低路基的沉降范圍。

3、上覆土層泊松比對路基沉降變形的影響

泊松比表示上覆土層側向變形性質，隨著上覆土層泊松比的增加，路面最大沉降值急劇增加，兩者呈非線性關系，但沉降槽寬度參數的變化不大。分析主要原因在于泊松比表示上覆土層的豎向變形對橫向變形的影響大小泊松比越大，土體側向變形也越大，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，所以土層泊松比對路面沉降更比較敏感。

4、上覆土層土體強度對路基沉降變形的影響

土層內摩擦角對路基沉降具有較大影響，隨著土層內摩擦角的增加，路面最大沉降值開始急劇減小，當摩擦角達到某值時，沉降量減小變得緩慢。

四、導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的數量與密度。隨著隧道開挖面積的增大，構成隧道的巖體或土體本身的強度有限，對上部提供的支撐力在達到一定程度后便很難有所提高。

2、施工地點土壤巖性的影響

隧道施工地點的地質巖性決定了土體的強度和穩定性，當施工地點的土壤強度較高，隧道上部結構對支護的要求相對較低，反之，隧道施工地點的土質為軟土或濕陷性黃土，則會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，土壤的含水量也要明顯高于正常地區，使其突然發生軟化，濕陷性提高。即使排干地層內部的水分，也很容易導致原有的土體在失水的情況下內部應力發生變化，使土壤收縮干裂，降低上部結構的穩定程度。同時，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身質量的作用下，會對下方的土壤施加一定的壓力，一旦壓力超過土壤的最大承載能力，便會導致土壤發生沉降。因此，高速公路的車輛行駛對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質量對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程中。此外，施工過程采用的方法也會在一定程度上影響隧道發生沉降的可能性，一旦施工方案設計不當，便會給工程的施工帶來嚴重的負面影響。

五、控制淺埋鐵路隧道施工沉降的有效措施

1、加強工程施工前期地質勘測的力度

加大工程施工前期地質勘測的力度，可以為施工計劃的擬定提供充足的依據，從而了解施工過程中的重點與難點，并有針對性的制定出科學的方法與控制措施，為降低淺埋鐵路隧道的施工沉降打下良好的基礎。

2、詳細了解高速公路與鐵路隧道的關系

由于高速公路本身的性質以及車輛的運行均會對淺埋鐵路隧道的施工沉降造成一定的影響，因此，詳細的了解高速公路的施工狀況與行車特點，對制定科學的施工計劃有著重要的意義。

3、合理處置施工地點的地下水

鐵路隧道施工地點的地下水會對當地的土質產生不良影響，降低土壤的承載能力，提高工程的施工難度。因此，在架設支護下水能夠順利流出，保證施工場地的干燥，避免圍巖被地下水浸泡而發生軟化。

4、對隧道進行超前支護

對淺埋鐵路隧道進行施工時，對隧道進行超前支護能夠在沉降發生之前對隧道的周邊進行加固，能夠有效的防止沉降現象的產生。在進行注漿的同時搭配大管棚超前支護技術，可以進一步的穩定隧道的圍巖，加強隧道的抗沉降能力。

5、選擇合理的開挖方式

在對下穿高速公路的淺埋鐵路隧道進行施工的過程中，為了保證隧道基礎的穩固，需要采用短臺階人工小步距的開挖方式，在開挖的同時做好配套的初期支護工作，減少工程施工過程中出現沉降的可能性。

6、做好隧道的支護工作

淺埋鐵路隧道對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工作的難度，在隧道施工的過程中，應當重點加強高速公路下方隧道的支護工作，有效的防止了施工沉降的發生。

六、結束語

在淺埋鐵路隧道下穿高速公路地段的施工過程中，采用超探測、預堵水、管超前、強支護、短進尺、早封閉、勤監測、備預案的思路對施工沉降進行控制，能夠有效的降低隧道施工對高速公路產生的不利影響，確保高速公路與鐵路的行車安全。

參考文獻：

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