盾构隧道下穿高速公路路基施工安全控制技术研究

　　摘要:依托实际工程，介绍了双线盾构隧道长距离下穿高速公路路基段路基保护措施，并基于理正岩土软件与FLAC3D软件研究了双线盾构隧道下穿高速公路路基段稳定性及隧道施工对高速公路路基的扰动效应规律，验证施工保护措施的实施效果。研究结果表明:采用袖阀管注浆加固能够提高路基边坡的总的抗滑力，能够有效地提高路基稳定性，高速公路路基加固后路基稳定性系数为2.3(>1.40)，满足规范要求;隧道施工过程中隧道洞周两侧围岩向洞内发生挤入变形，路面沉降最大值出现在隧道正上方的路面，越往路面两边沉降值越小，且最终稳定在右线隧道正上方。隧道下穿路基施工完成后，隧道洞周围岩、公路路基沉降值均在规范允许值范围内。

　　关键词:盾构隧道,高速路基,注浆加固,稳定性

　　随着我国经济的快速发展，城市交通压力的日益加大，由于受地形地质条件的制约，出现了大量的地铁隧道下穿高速公路的现象，隧道下穿既有高速公路成为近年来的一种常见形式[1-9]，而隧道顶部覆盖层较薄，路基填筑材料稳定性差，极易产生较大的变形，甚至失稳，将对隧道施工与高速公路运营造成安全影响，需要采取有效的工程措施，以减小隧道施工对路基的扰动。

　　如何安全有效地控制或者减小隧道施工对高速公路路基的扰动，将路基沉降变形控制在安全范围以内，具有十分重要的意义，因此急需合理地研究下穿隧道施工对高速公路路基变形控制措施。本文依托某一实际工程，介绍了双线盾构隧道长距离下穿高速公路路基段路基施工保护措施，并采取理正岩土软件对路堤加固前后进行稳定性验算，借助FLAC3D软件建立路基-隧道三维数值计算模型，对双线盾构隧道下穿高速公路路基段施工进行模拟，验证施工保护措施的实施效果。

　　1工程概况

　　某盾构隧道下穿某高速公路，隧道与高速公路的夹角约为65°，其下穿长度约为43.7m，高速公路路面宽度为24.5m，路基高度为12m，隧道穿越路基段埋深在8～15m之间，穿越路基段左右线隧道相距8.2m，盾构衬砌采用C50钢筋混凝土管片，管片内径5.2m，壁厚0.5m。盾构隧道穿越路基段地层自上往下主要分布有人工填土(石)，砾质粘性土、残积土，全、强、中及微风化岩，隧道穿越地层主要为砾质粘性土，隧道施工顺序为先进行右线开挖，待右线开挖完成后，再进行左线开挖，开挖循环进尺为2m。

　　2路基加固方案

　　为保证盾构安全穿过高速公路路基段，防止盾构施工对土体的扰动造成路面沉降超标或塌陷，需对隧道穿越范围内路基进行袖阀管注浆加固，在注浆路基加固过程中，为减小注浆施工对路面交通的影响，保证高速公路交通正常通行，现场制定可行的交通疏解方案，对加固区域路面交通进行交通疏解。现场对路基路面以下10m范围内路基土进行加固，注浆参数为76袖阀管，水泥水灰比1∶1，孔间距设计为1.0m左右。

　　通过理正岩土软件对高速公路路堤边坡稳定性进行验算，并将路基加固情况与未加固情况路基稳定性结果进行对比，分析比较未加固措施及加固措施对路基整体稳定性的影响。输入加固情况与未加固情况的土体基本参数，通过理正岩土软件计算，得到土体的总的下滑力、总的抗滑力以及路基稳定性系数。

　　路基未加固时，路基稳定性系数1.08(<1.40)，不满足公路路基设计规范要求[10]。路基加固后，路基稳定性系数2.3(>1.40)，满足公路路基设计规范要求[10]。采用路基加固措施后，相比未加固情况，路基稳定性系数有较大幅度提高，说明注浆加固能够提高路基边坡的总的抗滑力，对路基稳定性提高具有显著的作用。建议在工程实际注浆过程中，应严格控制注浆时间和注浆压力，减小注浆施工对路面的扰动。

　　3隧道下穿高速公路路基段施工影响分析

　　3.1计算模型与参数

　　基于FLAC3D软件建立隧道与路基三维空间模型，模型尺寸为:150m×120m×100m(纵向长度×横向宽度×高度)，三维计算模型共划分为16.2万个单元，土层采用摩尔-库伦弹塑性本构模型，盾构隧道管片衬砌采用弹性模型，土层采用实体单元模拟，管片采用板单元模拟[11]。

　　3.2计算结果分析

　　提取开挖后隧道洞周围岩水平位移、竖向位移及路面沉降计算结果如下。隧道左右两侧围岩向洞内发生挤入变形，在左线开挖后，左线隧道的左边围岩的水平最大位移值为9.18mm，右边围岩的水平最大位移值为-8.91mm，小于洞内收敛控制值12mm[12]。待右线贯通之后，左线隧道的左边围岩的水平最大位移值为8mm，较左线贯通时水平位移稍有减小，减小了1.18mm;而其右边围岩受右线开挖影响，水平最大位移值为-9.1mm，较左线贯通时水平位移有所增大，约增大了0.2mm。

　　而右线隧道的左边围岩的水平最大位移值为10.2mm，其右边围岩的水平最大位移值为-8.8mm，洞周水平收敛均小于洞内收敛控制值12mm，满足规范要求[12]。左线隧道开挖后，拱顶将会出现沉降及拱底将会隆起，竖向离拱顶越近，沉降值越大，拱顶最大沉降值为-35.2mm，拱底的最大隆起值为8.21mm。

　　右线隧道开挖后，拱顶将会出现沉降，而拱底将会隆起，拱顶的最大沉降值为-33.2mm，拱底最大隆起值为13.2mm。而左线的拱顶沉降最大值稍有减小，拱底隆起最大值稍有增大，但变化量很小，可以忽略不计。左右线拱顶下沉值均小于控制值64mm，满足规范要求[12]。随着左线隧道的掘进，高速路面将会出现沉降，且位于左线隧道正上方的路面沉降值最大，越往两边，沉降值逐渐减小，高速路面沉降值最大为-12.5mm。

　　随着右线隧道的掘进，高速路面将会出现沉降，且位于右线隧道正上方的路面沉降值最大，越往两边沉降值越小，高速路面沉降值最大为-17.4mm。在右线隧道掘进完成后，路基的最大沉降会向右移动，并最终稳定在右线隧道上方。同时，左线隧道上方的路面沉降值并没有减小。隧道穿越施工完成后路面地表沉降均小于控制值30mm，满足规范要求[12]。

　　4结论与建议

　　本文依托某一实际工程，研究了盾构隧道长距离下穿高速公路路基段路基施工保护措施，并基于理正岩土软件与FLAC3D软件对隧道下穿公路路基施工时路基稳定性进行了研究分析，验证了施工保护措施的实施效果。研究结论如下:

　　1)袖阀管注浆加固能够提高路基边坡总的抗滑力，能够有效地提高路基稳定性，高速公路路基加固后路基稳定性系数为2.3(>1.40)，满足公路路基设计规范要求。建议在工程实际注浆过程中，应严格控制注浆时间和注浆压力，减小注浆施工对路面的扰动。

　　2)隧道施工过程中隧道洞周两侧围岩向洞内发生挤入变形，路面沉降最大值出现在隧道正上方的路面，越往路面两边沉降值越小，且最终稳定在右线隧道正上方。隧道下穿路基施工完成后，隧道洞周围岩、公路路基沉降值均在规范允许值范围内，实际采用的路基加固措施能够保证路基的安全要求。

　　参考文献:

　　[1]刘克武，左雁，谢平，等.基于FLAC3D下穿顶进框架桥的桥式盾构法开挖分析[J].湖南交通科技，2017，43(3):149-152.

　　[2]王航，韩磊.浅埋大跨隧道下穿既有公路施工技术[J].公路，2012(8):267-272.

　　[3]林利安，李晓博.复杂地质条件下隧道下穿既有公路施工与监测[J].广东公路交通，2016(4):101-104.

　　[4]张雯超，汤金华，吴志强，等.浅埋隧道下穿高速公路地表震动监测研究[J].湖南交通科技，2017，43(1):156-160.

　　[5]余晓琳，罗霞.隧道下穿高速公路施工方案可行性数值分析[J].公路与汽运，2010(5):182-185.

　　[6]陈荣伟，杨健，汪波.新建隧道下穿既有高速公路关键问题的探讨[J].公路，2009(11):259-264.

　　[7]侯豪斌.隧道下穿已建高速公路设计方案比选[J].山西交通科技，2014(6):67-70.

　　[8]万利，李振江，吴涛.大跨度浅埋暗挖隧道下穿既有高速公路设计方案研究[J].公路，2015(2):235-238.

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