大鼓山隧道下穿公路施工技术探讨

【摘 要】莆永高速公路泉州段大鼓山隧道施工中，隧道进口即遇到下穿公路难题，公路距离隧道洞口不足40m，路面离拱顶垂直高度16m，本文结合施工中采用的具体方案做总结分析，解决了浅埋地层下穿公路时隧道安全施工技术，为同类工程施工提供借鉴。

【关键词】下穿公路 浅埋隧道施工

中图分类号：U45文献标识码： A

工程概况

福建省莆田至永定（闽粤界）高速公路永春至永定泉州段大鼓山隧道位于安溪县感德镇尾园村，隧道总体走向呈南东-北西向曲线形展布，隧道为上下行分离的四车道分离式隧道，隧道净空均为（宽×高）10.25×5.0m，设计时速80km/h。隧道与县道x339线斜交，夹角62°，隧道下穿县道，埋深16~18m，公路路肩距离隧道洞口最小处不足40m（见图1）。

此县道为安溪县通往龙岩的主要通道，日间有公交线路通行，且为连接后三个标段的唯一通道，业主及相关部门提出公路沉降值要求最大值不得超过30cm。地质情况：主要由残积砂质粘性土及全-强风化花岗岩组成，围岩呈松散结构，且节理、裂隙发育。

二、主要控制措施

大管棚施工

施工图设计采用40m长超前大管棚施工工艺，按照相对位置，大管棚已经深入到县道正下方，如何保证管棚的施工长度和注浆效果是控制公路下沉量和隧道安全开挖的关键。

管棚套拱施工

沿隧道衬砌设计外轮廓线外（考虑拱顶预留沉降量）设60cm厚C25钢架砼套拱，钢架采用3榀I18工字钢，纵向间距75cm，各榀钢架间焊接环向间距为1m的Φ25连接钢筋，套拱纵向长度200cm。施工时为了减少钻孔中钻杆因自重和钻杆刚度下沉带来的孔位下垂，根据施工经验在套拱中沿钻孔方向预埋仰角4°的φ127×4mm孔口管（考虑设计纵坡），用全站仪通过坐标法确定其平面位置，运用坡度尺设定孔口管仰角及外插角。孔口管密贴钢拱架外延焊接牢固，以防止套拱砼施工时产生偏移。

施工机械

超前大管棚钻孔机采用海王星-90B型多功能全液压履带钻机，该钻机最高水平钻进高度3m，主臂垂直360°回转。采用顶驱双作用冲击和回转，将套管和钻杆同时冲击回转钻入软弱围岩，钻孔时采用液压夹持器和大通孔动力头、大扭矩回转钻杆钻进穿孔，既提高了空向精度，也提高了钻孔深度。

管件制作

管棚采用42m长φ108×6mm热轧无缝钢管，环向间距40cm，共40根（图2）。为利于管棚整体受力，相邻钢管的接头应前后错开1m以上，选用节长3m、6m两种长度规格的钢管，钢管接头采用长15cm丝扣连接。钢管周边钻设φ10mm注浆孔，孔间距20cm梅花形布置，管头制作成锥形，尾部4.5m不钻孔（图3）。

图2管棚布置图

图3钢管制作示意图

钻孔

为了保证钢管安装质量，选用直径φ127mm钻头一次成孔。钻机开钻时，应先低速低压钻进，待成孔8m后根据地质情况调整钻速（图4），钻进过程中经常用坡度尺检测钻设角度。认真做好钻进过程的原始记录，并根据岩屑判断地质状况，作为洞身地质预报参考资料，指导洞身开挖施工。

顶管施工

成孔后，采用钻机的大扭矩、大动力头钻进工艺，旋转顶推钢管。钢管接头丝扣连接为满足管棚受力要求，同一横断面内的接头数量不大于50%，将编号为奇数的有孔钢花管的第一节管采用3m钢管，编号为偶数的钢管的第一节管采用6m钢管，以后每节均采用6m长钢管。

注浆

安装好长钢管后即对孔内注浆，注浆参数：

水泥浆水灰比：（0.8～1）:1

水玻璃浓度：35波美度，模数2.4

水泥：水玻璃（体积比）1：（1～0.8）

注浆压力：0.5～1.5Mpa，终压2.0Mpa，持压10分钟。

注浆时若压力不符合要求，浆液流失时，采用间歇注浆，间歇时间5~15分钟。也可采用反复注入，稀浆与浓浆交替，压力控制与注入浆液量控制相结合的措施，注浆压力从低到高逐渐加压，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙填充饱满。

洞顶及县道加固处理（图5）

洞顶加固处理

进洞开挖前沿隧道洞顶公路路肩外1m约40米长范围内，插打长度为15m的两排φ108×8mm有孔钢花管注浆，间距1×2m梅花型布置，外露1m，注浆结束后浇筑90cm高C25抗滑混凝土挡墙封闭成整体。增加钢管的刚度和强度。注浆参数同管棚注浆，应在施工中不断调整，以尽量保证钢管之间浆液充填饱满，形成稳定壳体。

公路加固处理。

此处县道为半填半挖地段，一侧靠近山体，一侧设置约6m高浆砌片石挡土墙，因此，注浆加固路面下方的填方路基可以减少公路的整体沉降，为此，我们采取了下列方案进行县道加固处理

县道外侧浆砌片石挡土墙坡面模筑50cm厚C25混凝土封闭层，增加挡土墙的整体性，并为压浆做准备。

沿挡土墙垂直墙面方向钻设ф42mm小导管注浆加固，长度6m，间距1.2×1.2m梅花形布置。注浆采用32.5R普通硅酸盐水泥净浆，注浆压力0.5Mpa,水灰比用0.5，掺入适量的外加剂，水泥用量应不少于25kg/m，若久注不满，在排除水泥浆液渗入地下或冒出地表等情况外，可采用二次注浆工艺注浆法。

洞内施工控制

洞身开挖采用三台阶加临时仰拱开挖法，施工工艺见图6，为了减小对隧道围岩的扰动，开挖过程中，应选用人工配合小型挖掘设备开挖，严禁采用大挖机开挖。主要施工工艺如下：

1）在上一循环的超前支护下，开挖①部施做①部周边的初期支护：初喷混凝土，铺钢筋网，架立钢架，钻设径向锚杆，复喷混凝土至设计厚度。

2）开挖②-1部施做②-1部初期支护：初喷混凝土，铺钢筋网，架立钢架，钻设径向锚杆，复喷混凝土至设计厚度施做临时仰拱：架设临时横撑A（每2榀初支钢架设一处），铺设钢筋网，并喷混凝土封闭临时仰拱。

3）同②-1部施工工序，开挖支护②-2。

4）开挖③-1部施做③-1部边墙初期支护，既初喷混凝土，铺钢筋网，架立钢架，钻设径向锚杆，复喷混凝土至设计厚度。

5）同③-1部施工工序，开挖③-2，开挖④部施做④部仰拱初期支护，既初喷混凝土，铺钢筋网，架设钢架，复喷混凝土至设计厚度。

6）灌筑部仰拱与边墙基础。待仰拱混凝土初凝后，灌注仰拱填充部至设计高度。

7）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性浇注衬砌（拱墙衬砌一次施做）。

三、沉降观察与安全防护

地表沉降观测

在隧道开挖施工开始观测，在隧道开挖到公路下方时，根据量测变化可调整至一天1到3次，待隧道通过公路，施做完二次衬砌且沉降稳定后停止量测。具体测量频率见下图:

路面下沉监控量测方法及频率

项目名称 方法及工具 布置 量测间隔时间

地表下沉量测 水平仪 测点间距5*5m 开挖面距离公路30m至隧道衬砌结束并衬砌稳定

掘进面距公路≥10m 10m＞掘进面距公路≥0m 隧道穿越公路时 10m＞二衬距公路≥0m

1次/1天 2次/1天 3次/1天 2次/1天

观测点设置

在公路两侧，距离隧道穿过公路轴线的前后二十米的范围内设置监控点，监控点设置间距为5m。监控点设置要求：设点牢固，位置正确，通视性良好。

防护方案

在县道距离洞顶200米处各设置一个警示标志，上写“前方200米为施工地段，请减速慢行”，要求行车速度不大于20公里/小时。沿挡土墙内侧1m处间隔2m设置锥形桶，夜间警示照明设施的灯照方向一律背向县道，并在公路行车方向设置遮挡，避免夜间影响行使车辆。同时安排专人进行24小时值守。

结束语

通过以上方法的运用，使得大鼓山隧道在下穿县道x339线施工中进展顺利，路面下沉累计最大为22cm。保证了公路的畅通和隧道安全施工要求，对今后类似工程具有一定的借鉴作用。

参考文献

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