地铁隧道下穿高速公路沉降原因分析与控制要点

建筑技术开发Building Technology Development
施工技术第48卷第1期Construction Technology2021年1月
地铁隧道下穿高速公路沉降原因
分析与控制要点
刘当当，安扬
(中国建筑第五工程局有限公司，长沙410000)
［摘要］随着城市地下轨道交通的发展，地铁隧道下穿既有建构筑物越来越频繁，对周边建构筑物的保护要求亦越来越高。

依托青岛市地铁8号线某大断面CRD法暗挖区间，对暗挖区间在下穿高速公路时，因隧道断面尺寸较大，围岩软弱破碎，导致掌子面进入高速公路路基后，引起地表沉降速率突变、累计沉降值预警进行研究；通过分析大断面暗挖施工过程对周边环境及地层的影响，采用洞内注浆措施抬升地层控制沉降，并提出了解决该类问题丝针对性控制措施，可有效控制并补偿因大断面暗挖区间施工造成的地层及地表重要构筑物的沉降。

［关键词］地铁；大断面暗挖隧道；注浆抬升；沉降控制
［中图分类号］TU974；U231.3［文献标志码］A［文章编号］1001-523X(2021)01-0049-02 Cause Analysis and Control Points of Settlement of Subway
Tunnel under Crossing Expressway
LiuDang-dang,An Yang
［Abstract］With the development of urban underground rail transit,subway tunnel underpass existing buildings and structures more and more frequently,and the protection requirements of surrounding buildings and structures are also higher and higher.Based on a large cross-section CRD method of underground excavation section of Qingdao Metro Line8,this paper studies the sudden change of surface settlement rate and the early warning of accumulated settlement value after the tunnel fece enters the expressway subgrade due to the large cross-section size of the tunnel and the weak and broken surrounding rock when the tunnel undercrossing the expressway. Through the analysis of the influence of the large-section underground excavation construction process on the surrounding environment and stratum,the paper adopts the following measures the grouting measures in the tunnel lift the stratum to control the settlement,and put forward the corresponding control measures to solve the problems,which can effectively control and compensate the settlement of the stratum and the important structures on the surface caused by the construction of the large cross-section underground excavation section.
［Keywords］subway；large section tunnel；grouting uplift；settlement control
1施工背景
青岛市地铁8号线某矿山法浅埋暗挖区间隧道工程，釆用CRD法施工，由北向南需依次下穿高速髙铁、高速公路、石油管线，釆用自动化监测系统全天候监测地表及周边重要建构
收稿日期：2020-08-26
作者简介：刘当当(1994一)，男，湖南长沙人，助理工程师，主要研究方向为土木与建筑城市轨道交通工程.筑物，道路两侧路肩、中间绿化带及过水涵洞各布置1条测线,共布置有4条测线。

隧道断面开挖尺寸约100m2,隧道埋深约18m,隧道开挖前采用大管棚超前支护，管棚长为107m,内径为158mm；初期支护为超前小导管+格栅钢架+喷射混凝土,临时支撑与临时仰拱釆用22b工字钢+喷射混凝土，初支厚度为350mm,钢架中心线间距为500mm。

2下穿高速过程中沉降预警问题
隧道掌子面进入高速公路路基范围后，按原设计每循环
会对周边的环境产生一定的影响。

另外，需要注意的是，在原地表土层清洁之后，不宜立即进行填砂路基的施工，否则会影响水的排除工作。

应利用粘土进行填筑封面，这样不仅便于路基的排水，也能有效地提高整体的稳定性。

8结束语
综上所述，在实际公路项目建设的过程中，利用砂石进行路基的填筑工作，不仅能有效地节约土地资源保护施工环境,而且能够降低材料的成本投入，提高整体的施工质量。

在未来公路项目建设发展中，应结合实际的地质条件，善于利用新型的路基填筑施工技术来提高整体项目建设的质量，促进我国社会经济的稳定发展。

参考文献
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施工技术Construction Technology 建筑技术开发Building Technology Development
第48卷第1期2021年1月
进尺0.5m,遵循“浅埋暗挖法18字方针”，每循环封闭时间为6~12ho在向前开挖进尺时，虽然洞内沉降及收敛无异常，累计地表沉降值未预警，但沉降速率逐渐增大，左线上导洞掌子面进入高速公路12.9m时，过水涵洞测线沉降速率达到-2.386mm/d,超过预警值，沉降速率预警值为±1.4mm/d»立即封闭掌子面，跟进初支背后注浆，4条测线沉降速率皆趋于平缓，无速率预警。

预警消除后左线上导洞掌子面进尺2循环，洞内沉降速率为0.055mm/d,累计沉降值仅2mm,洞内沉降无预警；但过水涵洞测线再次超过预警，沉降速率达到-2.441mm/d,高速公路累计沉降值-51.905mm。

若高速公路沉降按此趋势发展，将导致路面脱空、错台甚至断裂。

3原因分析
3.1管棚成孔与隧道开挖扰动
隧道上方地层由上至下依次为素填土、粉土、有机质粉质粘土、中粗砂、粉质粘土、强风化凝灰角砾岩。

管棚采用潜孔钻成孔，高压风提供动力并冲出石屑，管棚直径大、长度长，使得钻杆与土体摩阻力较大，需不断增加风压平衡摩阻力。

风压超过2.5MPa后，素填土、粉土、粘土等将被击穿，导致地层破碎，后续管棚注浆填充的主要意图为增加管棚刚度与稳定性，且隧道埋深仅10.8m,浆液可沿缝隙流至地面，未能完全封闭地层裂隙，拱顶地层虽在自身稳定能力下重新达到平衡，但该平衡极不稳定。

隧道开挖时扰动拱顶土体，破坏平衡引起拱顶地层沉降。

3.2超前小导管注浆效果差
超前小导管倾角10°~15°,长度为2.5~3.0m,位于强风化凝灰角砾岩中。

一方面，强风化凝灰角砾岩完整性好，水泥浆液在该地层中的渗透性较差，通过超前小导管注浆无法在掌子面前端形成完整连续的水泥浆板壳；另一方面，超前小导管角度小、长度短，未能穿透强风化凝灰角砾岩，对拱顶上部的中粗砂、有机质粉质粘土等软弱土体未进行加固。

3.3初期支护封闭不及时
暗挖隧道与高铁、高速公路在平面位置上相交，涉铁、涉路无法使用火工品，只能机械配合人工开挖。

挖掘机作业范围受限于预留核心土，无法触及拱脚，当拱脚开挖遇到中风化凝灰角砾岩时，人工开挖效率低下，开挖耗时较长，导致初期支护封闭时间间隔长。

极端情况下，单循环进尺耗时长达17h,开挖暴露时间过长，初期支护未及时支承围岩，围岩不断通过变形释放应力，引起地表沉降速率激增。

3.4洞内降排水导致地下水位下降产生沉降
隧道暗挖进尺过程中，2台22kW大功率水泵持续抽排洞内地下水，将掌子面处地下水控制在开挖标高以下0.5m。

不间断地抽排洞内地下水，土层排水固结并产生沉降。

3.5高速公路涵洞积水浸泡路基
高速公路涵洞低于现状地面，周边施工废水、自然降雨等地表径流容易汇集在该涵洞内，涵洞内土体长期被积水浸泡,底部土体呈液塑状态，其周边土体含水率过大、凝聚力较小、抗剪强度已低于高速路基填料要求，使得涵洞周边土体软弱，容易受车辆动载、开挖扰动等影响产生沉降。

3.6重型车辆对路面的振动冲击荷载
施工期间高速正常通行，车辆行车速度为80~120km/h,高速行驶的车辆受到路面不平整的路面，产生附加的振动冲击作用。

重型车辆的行驶速度超过60km/h,动载系数高达1.4,即高速行驶的重车对路面额外附加相当其自重1.4倍的动荷载,且等量的附加动荷载较静荷载对路面的影响作业更大。

掌子面土方开挖到初期支护网喷完成期间，已改变围岩的原有应力平衡，且初期支护暂无支承能力，此时受到附加的振动冲击荷载扰动，将导致沉降速率增大。

3.7周边起重吊装
高铁站房钢结构起重吊装场地紧靠高速公路北侧路肩，起重机规格在200t以上，钢结构自重20-30to起重吊装时受限于作业场地狭长，吊车支腿及钢结构临时堆放点距自动化监测点小于2m,巡查发现作业吊装时存在碰撞监测设备的情况,直接影响监测数据稳定。

该外界偶然因素使自动化监测系统数据异常，不能如实反映隧道开挖对高速公路的影响。

4应对措施
(1)预警后立即封闭掌子面，在距掌子面5~12m时，尽量大角度打设长导管，角度大于60。

，导管需穿透强风化凝灰角砾岩，打入有机质粉质粘土中，环向间距lm,打设范围为拱顶150°,注浆压力控制在0.5MPa以内，目的在于填充因管棚施工而破碎的地层。

注浆时不间断巡查地表，发现地表冒浆立即停止注浆。

(2)若注浆填充加固上层破损地层后，仍然出现沉降速率预警，在预警点沿隧道纵向15m范围内，环向打设小导管,环向间距为l~2m,小导管需穿过粉质粘土层，进入中粗砂层内。

通过注浆抬升上部地层，控制地表沉降。

双指标控制注浆,注浆压力控制在1.5MPa以内，单次注浆洞内累计沉降值控制在2mm以内，同时加强地表沉降监测，当地表出现上升趋势立即停止注浆。

(3)额外增加1个开挖班组，加大资源投入以换取循环时间。

优化工序衔接，开挖完成前30min将拱格栅钢架运输至洞内，测量人员提前15min达到现场复核开挖尺寸和格栅钢架位置。

单循环进尺耗时控制在8h以内。

(4)将洞内抽排出的地下水回灌入周边虾塘内，保持周边地下水位的动态平衡，减少因洞内降水而产生土层排水固结引起沉降。

(5)及时抽排高速公路涵洞内的积水，在涵洞外使用砂袋砌筑挡水围堰，拦截地表雨水；涵洞内釆用抗渗砂浆封面,阻隔雨水渗透。

(6)与高速公路运营单位协商，隧道轴线两侧500m范围内限速至70km/h。

通过降低车速减小动载系数，减轻附加的振动冲击荷载扰动。

(7)在距自动监测点2m处设置防护栏杆，杜绝起重机械和物料近距离扰动监测点。

加大水准仪、全站仪等传统监测方式的监测频率，通过传统监测方式的数据矫正自动化检测结果，消除异常数据。

5结束语
大断面暗挖隧道在下穿高速公路、高速铁路等对沉降要求严格的构筑物时，管棚、超前小导管等超前支护尤为重要。

若超前支护不到位，注浆不饱满，甚至因超前支护施工反而对周边土体造成破坏，将会导致隧道上方土体破损，可能因隧道开挖、车辆振动冲击荷载出现不均匀沉降，导致高速路面脱空、开裂、错台，可能诱发交通事故。

做超前加固措施,并结合适当的注浆填充缝隙，可增大围岩的支承能力；初期支护及时地封闭成环，可有效地避免围岩应力释放过度而产生沉降预警；若在上下两层坚实地层中间夹有中粗砂等松散软弱地层，通过向软弱地层注浆，可有效控制并补偿上部地层沉降，保障大断面隧道安全下穿既有构筑物。

参考文献
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