超浅埋市政隧道下穿快速路施工沉降及控制

超浅埋市政隧道下穿快速路施工沉降及控制

陈三生

岳阳市公路桥梁基建总公司湖南省岳阳市414000

摘要：随着经济和社会的不断发展，我国市政道路建设的进程不断加快。为了有效利用地下空间，解决我国土地使用紧张的局面，国家积极发展超浅埋隧道。但是，在超浅埋隧道施工过程中，需要对岩土体进行开挖施工，必然会造成地表变形和沉降，当地表沉降到达一定的临界点，会对道路的安全构成一定安全隐患，影响地下管线和地面建筑物的使用安全。因此，针对管网和建筑密集的城市及复杂交通状况的路面，施工单位要采取切实可行的措施，有效预防和降低隧道出现地表沉降和变形的概率。保护好道路周边的建筑群。文本旨在分析超浅埋市政隧道下穿快速路施工沉降问题，对处理方法提出一些思考，以供参考。

关键词：超浅埋市政隧道；施工沉降；问题；

前言

随着我国城市化进程的不断加快，为了更好综合利用地下空间，增加城市土地使用面积，为了突破城市中心的地质环境、建筑物的限制，保证城市道路的高效顺畅运行，国家越来越多的城市建造采用穿越公路的超浅埋市政隧道。但是，由于地下工程的建造，必然会改变原有的地表结构，造成地表变形和沉降，当地表变形和沉降超过安全临界点，一定会影响到建筑物的使用安全。因此，必须要采取切实可行的措施来应对施工沉降问题。

1浅埋市政隧道下穿快速路建设的概述

在城市下穿快速路进行超浅埋市政隧道建设，通过建设符合使用标准和要求的超浅埋市政隧道，能有效降低城市的交通事故发生率，提高驾驶员的行车舒适度，保证车辆的行车安全。而且超浅埋市政隧道的建设也能丰富我国交通系统，优化交通结构，保证城市建设向立体空间方向发展。

开展超浅埋市政隧道建设，必须处理好地表荷载和承载围岩压力的问题，要控制好隧道拱部的压力问题，必须在施工初期就确定好下穿施工方案，通过有效的施工组织设计方案，预防地表沉降以及路面坍塌，保证行车安全。而且，如果超浅埋市政隧道在下穿快速路地区进行施工，施工难度会更高，如果超浅埋段的施工质量不过关，或者施工人员所制定的施工方案缺乏科学性和合理性，会为隧道带来安全隐患，造成隧道开裂、沉陷等一系列问题，甚至可能会造成陷坑，一旦出现以上问题，会造成工期的延长，增加施工成本，大大增加施工工程的危性。浅埋暗挖隧道施工下图1所示。

图1浅埋暗挖隧道施工

2浅埋隧道上履地层变形的特点

在开展超浅埋隧道工程时，造成地表变形和移动的因素多种多样，隧道的断面尺寸、埋深、支护方式以及施工方法都会影响到地表的变形和移动，并且地层条件也会影响到地表结构状况，研究人员曾对地表沉陷进行过研究，经过汇总分析大量的工程资料和地表沉陷数据，形成了一个工程概念，那就是地表沉降槽似正态分布，研究人员通过研究发现，地层移动是由于地层损失而引发的，在不排水的前提下，隧道被挖掘后，地层损失的体积与地表沉降槽的体积相等[1]。

在开展超浅埋隧道工程时，要判断隧道断面的形式，如果属于平顶矩形结构，那么会存在超浅埋、跨度大的特点，而且地面动静荷载会影响到其结构，如果隧道附近存在密集的地中管网，那么施工时要注意施工质量，减少地表沉降的发生率，通地有效控制地层变形，采用CD工法，以保证地表沉降效果，但是CD工法存在工序繁复。结构受力不稳定的问题，在此，在实际的施工过程中，通过多次应力转变，严格控制结构内力，同时考虑到工序和工期等问题，要结合有限元的情况，来对施工质量进行分析，保证隧道施工质量。

3超浅埋市政隧道施工组织设计

超浅埋市政隧道是针对城市地质条件、建筑物特点而建设的埋地深度相对较浅的隧道。一般来说，隧道断面的拱顶与地表之间的距离代表埋深，而超浅埋隧道的定义是隧道埋深高度小于隧道断面的0.4倍洞径尺寸，和其它普通隧道相对，超浅埋隧道有诸多的不同特征。挖掘隧道后，超浅埋隧道必定承受所有的上覆土压力，而且一旦选择在下穿快速路地区进行道路的兴建，施工单位会面对施工的各种困难。为了保障施工的顺利完成，控制隧道工程的成本、保证效益，施工大多选择超浅埋隧道的施工方案。

隧道由两大结构所组成，它们分别是由洞身、洞门所组成的主体结构和由通风、照明、排水、供电所构成的附属结构。随着我国科学技术的不断发展进步，特别是建筑施工工艺水平的不断发展，超浅埋隧道的施工组织、设计方案越来越完善，越来越多的隧道建设选择超浅埋隧道。超浅埋隧道的建设极大的满足了施工方的施工效率需要，例如广州市奥体中心隧道的建设，它根据车陡路、大观路、东环快速路的特点而兴建，大大改善了车陂路和大观路的路面状况。因此，在超浅埋隧道的施工程过中，施工人员通过不断总结、大胆创新，提高工程施工质量，为我国建筑施工提供宝贵的积累经验，为发展完善超浅埋隧道设计施工方案提供经验和技术的支持。同时，超浅埋隧道的设计人员要从经济、安全、环保的角度进行设计，保证设计方案的科学合理，降低施工事故发生的概率，增强施工安全性。

4超浅埋隧道应注意的问题

如果超浅埋隧道存在埋深较浅，承载拱的结构没有达到预想的效果，若施工过程中一旦存在失误，就会造成荷载力加大，最终造成地面塌陷、下沉等问题，严重影响施工安全，拖慢施工进度。造成以上问题的原因主要有以下两个方面：

一是施工挖掘的无序、步骤错误以及支护措施不过关等。二是由于存在降水积水以及地面荷载问题。根据施工过程的监测数据显示，隧道的埋深与地表下沉值存在反比关系。特别是当埋深比小于1：2时，地表因支撑力失效，迅速加大地表下沉值，并且，地表还会伴随有环向裂缝、斜向、纵向等问题的出现。情况特别严重时，还会造成隧道的支护结构的开裂，因此，在设计超浅埋市政隧道时，必须要关注挖掘力度的大小，通过保证衬砌施工质量、测量次数、支护结构和开挖力度，来保障超浅埋市政隧道的施工质量。可以从以下三方面进行考虑：一是在施工初期，保证支护结构的荷载力符合设计要求，保证其能承受全部的荷载。同时，设计还可以采用双层模筑衬砌的方法来保证支护结构的稳定。二是对洞顶的土层硬度进行加固，增强土层凝聚力和超前支护强度。三是施工采用合理的挖掘方法，保证开挖的紧密，构建封闭环，隧道挖掘后，要及时开展二次衬砌，以此来避免地表沉降以及出现裂缝的问题[2]

4.1超浅埋市政隧道超前预支护

超浅埋市政隧道的超前支护，要根据洞顶覆土的厚度和围岩的情况，所采用的方法为长管棚或双层小导管，然后对其进行注浆处理。如果现场不满足相应条件，可以预加固方式对地表进行处理。在开展超浅埋市政隧道施工时，常常会采用到大刚度的管棚，通过大刚度的管棚形成具有一定形状的保护壳，其保护壳一般是伞状。对双车隧道施工时，要选择合理的长管棚，其规格一般是选用管径标准为Φ110至Φ180、壁厚大于8毫米的长管棚。施工现场的地质环境复杂，隧道的断面大于21米时，要采用双层管棚，又或者选用管径标准为Φ310至Φ510的加大管棚。如果材料还是无法达到施工要求，可以选择在管棚中加入小钢筋笼，然后将水泥浆或化学浆灌入到管棚中，再行进压注处理，通过这些方式可以有效改善地层条件，加大加固带厚度，通过发挥加固带的作用，来保证隧道的顺利挖掘。因此，正常情况下，可以利用大管棚、长管棚的作用来处理地面沉降问题[3]

4.2超浅埋市政隧道衬砌结构

超浅埋市政隧道衬砌结构，必须根据围岩的状况、洞顶的覆土量以及断面尺寸来综合考虑。施工挖掘围岩后，隧道的地层会发生变化，地层变得松动，而且其承载力也会相应降低，如果隧道的支护时间晚，或者支护强度不足，会对支护结构的承载力产生直接影响，可能会造成坍塌。因此，在隧道施工前期，要保证支护结构的刚度和强度，减少地层变形的发生，同时，控制好支护的荷载，将地层变形的可能性降低，能有效消除地表坍塌。如果隧道周边存在较为复杂的地质环境，再加上断面大，可以采用双层模筑衬砌。如图2所示。

图2双层模筑衬砌效果图

5分析模拟运算情况

5.1快速路面的沉降分析

在隧道施工过程中，要了解洞顶路面的沉降情况，可以在隧道拱顶的中心位置主设置相应的节点，根据施工的进度情况来计算不同的位移值，同时绘制相应的沉降曲线。实际施工证明，隧道挖掘得越深入，沉降值就会越来越大，两者存在正相关关系。这与拱顶的特点相一致。如果施工竣工后需要对支护进行拆除时，路面沉降也会存在突变的现象，经测量，发现共增大到58mm，对于路面下沉所形成的信息获取速率，通过提高其速率，可以将隧道的拱顶作为路面节点的中心，在其左右两边位置设置节点，保证左右两边有45m的距离，记录每一节点情况，绘制出相应的距离-位移曲线，针对隧道拱顶的情况，计算其沉降的最大数值。经过总结，该点的左右两边约16m的位置出现了较为明显的沉降现象，经过计算发现沉降值与距离存在负相关系，即随距离的减少，沉降值存在递增的现象。故此，在施工时，要对拱顶附近的沉降现象进行全程监测。避免路面沉降的出现[2]。

5.2隧道围岩位移的处理

对于围岩横向与竖向的位移情况，可以通过发挥计算机技术的作用，利用计算机的模拟来调整。隧道施工后，围岩一旦发生竖向位移现象，会造成拱顶发生下沉，由于拱顶中心位置的承载能力下降，造成其覆土量最少的地方存在6cm的下沉值，相对拱肩处的下沉情况，是其2倍下沉值。而对于围岩的横向位移情况，一旦隧道施工后，其侧壁会发生位移，经测量侧壁存在3cm的收敛位移。

在超浅埋市政隧道的拱底中心、拱顶和相应的侧壁位置，分别设置3个不同的观察点，经过对这三个观察点的测量，发现其在不同施工工序中发生了一定程度的位移。经过计算，得出拱顶的下沉与隧道工程进度成正相关系。即工程进度越增大，则拱顶的下沉越厉害。当隧道竣工后，对临时支架进行拆除，发现该地点的下沉值会出现突然变化。而拱底的位移与工程的进度呈现缓慢递增的状况，当隧道结束后，其下沉值为最大值。因此，收敛值会随着工程的进程呈现缓慢稳定状况。当临时支护被拆除后会存在小范围的增大。

结束语

首先，针对隧道断面埋深较浅，首选的材料是大管棚，通过对软弱围岩的加固后，再进行挖掘。挖掘方式为多台阶双侧导坑，以此来预防隧道出现变形。其次，针对在隧道拱顶覆土存在薄弱的现象，由于拱顶处距离与路面沉降量存在抛物线递增关系，造成路面沉降的形状呈类似倒漏斗型。因此在施工时要重点考虑到这一问题。最后，随着隧道工程的开工，快速路路面沉降与拱顶下沉值显正相关系，在临时支护被拆除后，其位移值会突然间呈现增大的问题，因此，在对临时支护进行拆除时，不能一次性拆除，要分步拆除，并严格监控，当临时支护拆除完成后，要及时进行二次衬砌。保证其支撑力。

参考文献

[1]邓树明.隧道超浅埋段施工及安全保证措施分析[J].黑龙江交通科技，2016，39(6):155－156．

[2]张宏博，黄茂松，庄纪栋，等．浅埋隧道穿越建筑物桩基的施工力学分析[J].地下空间与工程学报，2005，25(2):51-53.

[3]隧道超浅埋段施工及安全保证措施分析[J].邓树明.黑龙江交通科技.2016(06).

作者简介

陈三生，1966年8月生，大学本科学历，主要从事市政公用工程、高速公路工程施工技术与管理工作，研究方向为：桥梁与隧道工程施工技术。