摘要：本文以郑西客运专线阌乡隧道为例，介绍了大跨度浅埋黄土隧道下穿正在运营的高速公路时所采取的超前支护、掌子面预加固、初期支护、临时支护等关键施工技术，并对双侧壁导坑开挖过程中的拱顶沉降、洞内收敛和地表沉降等变形规律进行了归纳总结，为类似工程的设计和施工提供了可靠的实践经验。
关键词：大跨浅埋 黄土隧道 下穿公路 施工技术
随着我国国民经济和土木施工技术的快速发展，高速铁路和高速公路的路网建设规模也迅速扩大，各种公跨铁、铁跨公、公穿铁或铁穿公的铁路与公路立体交叉形式也逐渐成为一种必然的选择。隧道近距离下穿高速公路是隧道浅埋暗挖施工中的技术难题，因施工措施不当等原因引起路面大量沉降甚至坍塌，造成交通中断的工程事故时有发生，这将直接导致巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，隧道近距离下穿高速公路，特别是大跨度浅埋黄土隧道是隧道施工中需要高度重视的问题。
1 工程概况
郑西客运专线阌乡隧道起讫里程为DK298+440～DK299+210，长770m，开挖宽度15.6m，开挖高度13.6m，开挖断面积164m2，为双线黄土隧道。隧道进口位于R-10000m的曲线地段上，进口段洞身纵坡为8.6‰，出口段洞身纵坡为12.9‰。隧道位于黄河二级阶地后缘，高程390～420m，相对高差约30m。隧道顶部地形较为平坦，进口段位于冲沟内，出口位于阌乡村附近。地表多为耕地及果园。进出口及洞身有多条乡村公路与310国道相通，交通较方便。阌乡隧道设计在DK298+820～DK299+020段下穿连霍高速公路，隧道与公路平面交角为15°34′12″，立交段隧道覆盖层厚10.3m，属浅埋隧道。隧道下穿高速公路段设三环80m长的双层Φ159大管棚进行超前支护，初期支护采用双层支护，第一层采用全环I25a型钢钢架加强支护，第二层采用全环4肢Φ22格栅钢架加强支护。
2 工程地质
全隧位于第四系砂质黄土层中，围岩等级划分为V级围岩。黄土成分以粉粒为主，质地均匀，结构疏松，孔隙比大，具肉眼可见之大孔隙，具高压缩性，土体间粘结力极差，属中等～很严重自重湿陷性黄土，湿陷性黄土厚15～30m。
本隧道施工区域内主要不良地质有黄土陷穴、黄土冲沟及水源抽水井，特殊岩土有湿陷性黄土、松软土及弃填土。
3 工程难点分析
3.1 隧道开挖宽度15.6m，开挖高度13.6m，属大跨度、大断面黄土隧道，自稳能力差。
3.2 隧道顶部覆盖厚度仅10.3m，属浅埋黄土隧道，施工时极易造成冒顶坍塌。
3.3 隧道下穿的连霍高速公路正在运营，且属河南省东西走向运输大动脉之一，车流量大，重载车多，交通繁忙，施工中对沉降控制要求高（不超过5cm），保证行车安全的责任重大。
3.4 下穿段落长达200m，需要三环80m长的大管棚才能通过，风险系数较高。
3.5 双侧壁导坑法工序复杂，工艺要求高，工序间相互影响大，侧壁导坑无法进行机械作业。
4 下穿段主要施工方法
DK298+820～DK299+020下穿连霍高速公路段的总体施工思路是在隧道开挖之前先进行双层大管棚超前支护施工，分别从高速公路左右两侧隧道洞内施作。贯通面选择在高速公路中央隔离带，贯通前先将高速公路上、下行超车道封闭，在行车带通行，保证隧道贯通施工的安全。管棚室和下穿段采用双侧壁导坑法进行施工，掌子面采用纤维锚杆进行预加固。施工时采用综合超前地质探测预报系统进行地质探测和预报，采用先进的监控量测技术取得围岩状态参数，按信息化设计组织施工。
4.1 超前支护。采用159大管棚双层支护，管棚环向间距和层间距均为0.4m，每环127根；大管棚超出设计开挖轮廓线0.3m以上时，掌子面拱部边缘加设φ50超前小导管加固土体。小导管长3.5m，每2.5m施作一环，环向间距为0.4m，每环46根。由于本隧道地质为新黄土，常规的湿式钻进方法会使黄土变得松软、塌陷，因此采用“导向跟管钻进”法施工。管棚采用首尔跟管钻机施工，施作三环大管棚，分别为DK298+810～DK298+890、Dk298+880～DK298+960两环80m长管棚，施工方向为进口到出口方向；Dk299+030～Dk298+950一环80m长管棚，方向为出口到进口，管棚搭接长度均为10m。
4.2 掌子面预加固。掌子面采用φ25纤维锚杆进行预加固，锚杆长度分为12、8m、4m三种长度。第一环三种长度的锚杆平均打设，各约占锚杆总数的1/3，其后每开挖4m打设约1/3的12m长锚杆，保证掌子面前方总有约1/3的锚杆长度大于8m。纤维锚杆间距分2层设置，上部0.8m，下部1.0m，采用等边三角形布置。
4.3 初期支护。第一层：拱墙设φ8钢筋网，网格间距为20×20cm。全环喷C25砼35cm厚，拱墙砼内掺入聚丙烯微纤维，设全环I25a型钢钢架加强支护，钢架间距为0.5m，钢架间纵向设φ22连接筋，环向间距为1m，每榀钢架两侧大拱脚处各设4根φ42锁脚锚杆，每根长为4m。第二层：拱墙设φ8钢筋网，网格间距为20×20cm。全环喷C25砼25cm厚，拱墙砼内掺入聚丙烯微纤维。设全环4肢φ22格栅钢架加强支护，格栅间距为1m，格栅钢架间纵向设φ22连接筋，环向间距为1m。
4.4 临时支护。临时侧壁喷C25砼35cm厚，设I25临时钢架，钢架间距为0.5m，临时钢架间纵向设φ22连接筋，环向间距为1m，并间隔1m设φ22加强连接筋进行加强；临时侧壁上半断面设φ50超前小导管，长3.5m，环向间距0.5m，纵向间距2.5m一环。
5 下穿段施工监控量测变形规律
5.1 洞内拱顶下沉规律。侧导洞从掌子面开挖到侧导初支仰拱封闭期间，下沉量比较显著，平均3~5mm/d，之后下沉量逐渐减小，平均1~2mm/d。侧导洞下部2、4号洞室落底及侧导初支仰拱封闭作业期间下沉量明显，平均为4~6mm/d。中间导坑5号洞室从开挖到施作大仰拱前下沉较为均匀，平均1~2mm/d，大仰拱开挖期间，下沉量比较明显，平均为4~6mm/d。仰拱施作完成后至中隔壁拆除期间，整个初支形成了封闭的受力结构，拱项下沉趋于稳定，平均下沉量为0~1mm/d。中隔壁拆除后前三天下沉量比较明显，平均为2mm/d，之后逐渐趋于稳定。整个开挖断面侧导下沉量比中间导坑下沉量大，中间导坑拱顶下沉量一般为侧导坑拱顶下沉量的64%~87%。
5.2 洞内收敛规律。侧导的两个上部洞室收敛量较小，开累为5~8mm。开挖初期3~4天内较为明显，随后每天的变化几乎都在1mm以内。侧导2、4号洞室施作后，布设的量测点位收敛量变化较为明显，2、4号洞室从施作到侧导封闭前平均为3~5mm/d。施作侧导初支仰拱期间，收敛量最大，平均为6~8mm/d。其后逐淅趋于稳定。侧导下部洞室布设的收敛点开累收敛量为19~33mm。中隔壁拆除后整个断面收敛变形前三天较为明显，平均为2mm/d，其后逐渐趋于稳定。
5.3 地表沉降规律。当隧道掌子面未开挖到该断面时，沿隧道开挖方向的地表各点已产生了沉降，开挖掌子面对前方土体的影响范围一般为0.5h~0.8h（其中：h为洞顶覆盖层厚度），从布点至洞内掌子面到达地表观测点断面为止，一般下沉量为4~10mm。地表最终沉落量一般为洞内沉落量的110%~140%，另外地表沉降时间主要取决于围岩情况，一般二衬施作完后75~100天地表沉降趋于稳定。随着隧道的开挖，洞顶地表距隧道中线两侧0.5h~0.9h会出现一条贯通的裂缝，裂缝两侧会出现明显的错台，裂缝宽度为1~2cm。如果开挖暂停5d以上，则对应掌子面的地表会出现一条细微的横向裂缝，与纵向裂缝连通成为怀抱式。地表的横向沉降曲线为一抛物线，距离隧道横向距离越大，沉降越小，在边缘处地表有隆起现象。
6 结束语
郑西客运专线阌乡隧道于2008年9月进入下穿段施工，2009年3月贯通，通过大管棚超前支护加固地层和纤维锚杆预加固掌子面，并严格按照双侧壁导坑法“早预报、管超前、严注浆、短进尺、少扰动、紧支护、勤量测、快衬砌”的指导方针施工，在保证连霍高速公路正常通行的同时确保了施工安全，施工区高速路面最大沉降量为20mm，大部分点在10～15mm之间，取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1]郑西客运专线阌乡隧道设计文件.
[2]地下工程浅埋暗挖技术通论.王梦恕.合肥.安徽教育出版社.2004.
[3]隧道工程施工要点集.关宝树.北京.人民交通出版社.2003.
[4]隧道手册.铁道部第二勘测设计院.北京.中国铁道出版社.1995.
作者简介：郭慧珍（1977―），女，2007年毕业于西南交通大学结构工程专业，工学硕士，讲师，现从事土木工程专业教学与科研方面的工作。