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摘要：隧道下穿高速公路，下穿段覆土层厚度约13.0m厚度的页岩层。为确保高速公路正常运行，隧道开挖时主要控制地表沉降，隧道开挖前在下穿段设计超前大管棚；采用双侧壁导坑法开挖，拱部120°内系统锚标采用中空注浆锚杆，边墙采用普通砂浆锚杆，采用间距50cm的Ⅰ20a钢架支护，全环封闭，钢筋网片的参数为φ8@15x15，喷混凝土厚度25cm。
关键词：浅埋隧道 破碎围岩 双层管棚 双侧壁导坑
1 工程概况
新建沈阳至丹东铁路客运专线大顶山隧道DK77+660
—DK77+760段下穿沈丹高速公路，隧道下穿高速公路段全长140m，纵向轴线与高速公路纵轴线交角为交角60°。该段隧道围岩为Ⅴ级，工程地质为页岩、强风化、岩体破碎，节理发育、岩体条件差，雨季有基岩裂隙水；高速公路宽度约40m，沥青路面顶标高179.44m，隧道开挖轮廓线顶面到沥青路面顶面的距离为13.2m。
2 施工方案
根据大顶山隧道下穿高速公路处的围岩实际情况， 按照“管超前、短进尺、强支护、勤量测、快衬砌、早封闭”的方法组织施工。隧道下穿高速公路段采用双层φ159大管棚超前支护，双侧壁导坑法开挖，双层初期支护，隧道开挖后及时施作钢拱架、锚喷支护、混凝土衬砌紧跟开挖面；并根据量测结果及时指导施工。与高速公路管理单位联系对高速公路通行采取限速、限吨位、分道通行的交通管制措施。
2.1 双层大管棚施工方案
管棚设计为双层φ159mm大管棚，两环管棚中至中间距为0.4m，每环管棚62根，管棚长度为100m，内环管棚布置在隧道开挖轮廓线外0.3m弧线上，管棚钢管采用无缝钢管，壁厚为8mm，钢管内安装钢筋笼，注入1：1水泥浆液，一般注浆压力为0.5-2.0MPa，注浆终压注浆量小于0.1L/min，钢管内注浆回填密实。
2.1.1 施工工艺流程
三通一平→人员设备进场→铺设“H”钢轨道→设备组装调试→空压机安装调试→调试钻机（方位、倾角）→钻具组装进孔→钻进→回次加尺→钻进→直至设计深度→ 回取钻具、锤头→送管棚钢管并测量→回次加尺→送管棚钢管并测量→直至设计深度→终孔及环状间隙注浆→移至下一孔位。
2.1.2 施工方法
2.1.2.1 管棚工作室
根据现场条件，设计打设单节管棚钢管长度为5-6m，因此管棚工作室长度不小于8.0m，管棚工作室拱部呈5%缓坡形制作，支护后，在掌子面处工作室拱部比外环管棚中心外偏80cm，钻机安装平台标高应比最低一根管棚中心低1.0m，钻机安装平台应硬化。钻机机架高度在6.0m以内比较合适，可高度太大应分层施工。
2.1.2.2 潜孔冲击钻进
用φ73钻杆为钻具，前端装有潜孔冲击器和潜孔锤头，潜孔锤冲击器后紧跟4米长的φ146钻杆，φ146钻杆后面跟φ73钻杆，φ73钻杆与回转动力头联接，如下图所示，用空压机排出的压缩空气使潜孔锤头产生锤击振动，将钻杆依次打入，直至达到设计长度。
2.1.2.3 送管
水平孔施作完成后，将φ73钻杆及潜孔锤头拔出，把φ159管棚钢管钻头做成20度斜口或锥形，在第一节管棚钢管中安装有线导向仪，管棚钢管之间采用丝扣连接，管棚钢管通过变径与回转动力头连接，如下图所示，钻机将管棚钢管依次送入水平孔中，每送一节管棚钢管利用有线导向仪测量一次倾角，保证管棚钢管不侵入开挖线，若发现水平孔进入了开挖线，则停止送管棚钢管，或将已送入的管棚钢管拔出注浆后重打，且根据前面的打设数据调整水平孔的入孔角度。
2.1.2.4 注浆
①注浆材料：注浆材料水泥浆，水灰比1：1（重量比）。
②采用注浆机将水泥浆注入管棚钢管内，注浆压力0.5～2.0MPa。
③根据设计注浆量（一般为钻孔圆柱体的1.5倍）进行控制，若注浆量超限而且未达到压力要求，需调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。
④注浆分序进行，即第一序钻孔注浆1、4、7……43号孔，第二序钻孔注浆2、5、8……41号孔，第三序钻孔注浆3、6、9……42号孔。
⑤注浆结束后及时清除管内浆液，并用M10沙浆充填，增强管棚的刚度和强度。
2.2 双侧壁导坑法施工方案
隧道下穿高速公路段拱部120°内系统锚标采用中空注浆锚杆，边墙采用普通砂浆锚杆，锚杆长3.5m，锚杆间距0.5×0.75m。采用格Ⅰ20a钢架支护，全环封闭，每榀间距0.5m。钢筋网片的参数为φ8@15x15，喷混凝土厚度25cm。
双侧壁导坑法施工工序如图2.2-1所示。
2.2.1 开挖支护方法
2.2.1.1 利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。
2.2.1.2 弱爆破开挖①部。
a.喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
b.施作①部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架设Ⅰ20a钢架及Ⅰ18临时钢架。
c.施作系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.2.1.3 在滞后于①部一段距离后，弱爆破开挖②部。
a.喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
b.导坑周边部分初喷4cm厚混凝土。
c.架设Ⅰ20a钢架及Ⅰ18临时钢架。
d.钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.2.1.4 利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。
a.弱爆破开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤同①。
b.弱爆破开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤同②。
2.2.1.5 利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。 a.弱爆破开挖⑤部。
b.喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
c.导坑周边喷4cm厚混凝土，架设Ⅰ20a钢架及Ⅰ18临时钢架。
d.钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.2.1.6 利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。
a.弱爆破开挖⑥部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤同⑤。
b.弱爆破开挖⑦部。
c.喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
2.2.1.7 安设Ⅰ18横撑。
a.弱爆破开挖⑧部。
b.喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
2.2.1.8 导坑底部初喷4cm厚混凝土，安设Ⅰ20a钢架使钢架封闭成环，复喷混凝土至设计厚度。
2.2.1.9 逐段拆除靠近已完成二次衬砌6～8m范围内两侧壁底部钢架单元。
2.2.1.10 灌注仰拱与填充混凝土（仰拱与填充分开施作）。
2.2.1.11 根据监控量测结果分析，拆除Ⅰ18临时钢架及临时支撑，利用衬砌台车一次性浇注边墙拱部混凝土（拱墙衬砌同时施作）。
2.2.2 锚杆钻孔及安装
锚杆采用锚杆钻机成孔。若出现塌孔现象，则用锚杆钻机带套管成孔，钻孔后要及时插放锚杆并注浆。锚杆成孔中如遇地下管线时，上下左右移位再打，布孔位置允许偏差±150mm，孔径符合设计要求，孔深允许偏差±100mm，如确实打不到设计长度，而致孔深不能满足设计要求时，向设计及监理及时反映。在安放之前，都应将孔内残留及松动的废土清除干净。
2.2.3 压力注浆
若成孔时发现孔内土壤含水量较大，则压力注浆应紧随上一工序进行。注浆管应与锚杆钢筋一起插入孔内，注浆管底部与锚杆钢筋用胶布粘绑，距离孔底250mm～5mm，在孔口位置设置止水塞及排气管。采用简单适用的注浆袋法实现压力注浆，确保注浆压力达到设计要求，注浆时从孔底向外注浆，当注浆袋饱满密实后在同一压力下维持5 分钟，然后抽出注浆管并迅速扎紧袋口。注浆泵压力表要定期进行检测，损坏的压力表不能使用，计量不准确的及时调换。浆液采用纯水泥浆或水泥砂浆。水泥砂浆灰砂重量比重为1：0.5～1：1，为提高注浆早期强度，保证浆体与周围土体紧密结合，可掺加适量的加早强剂和微膨胀剂，掺量通过试验确定。水泥净浆要拌和均匀，随拌随用，一次拌和的浆液在初凝之前用完。浆液初凝收缩后及时在孔口补浆。
2.2.4 钢架安装
钢架安装在掌子面开挖初喷完成后立即进行。根据测设的位置，各节钢架在掌子面以螺栓连接，连接板应密贴。为保证各节钢架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架底脚下的虚碴及杂物。同时每侧增设2根锁脚锚管将其锁定，并在锁脚锚杆管中插入φ25钢筋加强锚管刚度。下台阶开挖完成后，初期支护及时跟进，将钢架全环封闭。
为保证钢架位置安设准确及稳定性，隧道开挖时在钢架的各连接处预留连接板凹槽，钢架安装时采用预制砼块楔入。钢架按设计位置安设，在安设过程中当钢架和初喷层之间有较大间隙应每隔2m用砼预制块楔紧，钢架背后用喷砼填充密实。钢架纵向连接采用钢筋进行，环向间距1m。
钢架落底接长应在单边交错进行，每次单边接长钢架1～2排，接长钢架和上部钢架通过垫板用螺栓牢固准确连接。
2.2.5 绑扎钢筋网及复喷砼
锚杆安装完成后进行钢筋网片施工，钢筋使用之前调直并去锈污。网片钢筋采用绑扎，搭接长度须满足设计要求。编网时坡面一律拉线，钢筋网水平方向错开搭接。复喷砼在绑扎完钢筋网后进行，一次喷射至设计厚度。喷射前要将初喷面清理干净。钢筋网帮扎完成后应尽快进行喷砼作业，以使钢架与喷砼共同受力。喷射砼分层进行，先从拱脚或墙角处由下向上喷射，防止上层喷射料虚掩拱脚（墙角）不密实，造成强度不够，拱脚（墙角）失稳。
2.3 隧道二次衬砌
二次衬砌采用整体模板台车施工，台车长度12.0米。二次衬砌紧跟开挖面进行。
二次衬砌施工前进行地质和支护状态观察、水平收敛、拱顶下沉、锚杆抗拔力、围岩压力等项监控量测，收敛稳定后进行二次衬砌。液压模板台车须准确对位，牢固支撑，保证浇筑中不变形、不走移。脱模时间必须按照规范要求根据试验确定。脱模后及时养护混凝土。
3 监控量测
为验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据，在施工过程中要对拱顶沉降、围岩变形和地表（高速路面）沉降等进行监测。
3.1 监测方法
各监测项目的监测检测方法见表3-1。
3.2 监测控制网的建立
3.2.1 基点布设及埋设
在监控量测地表区域附近布设水准基点三组（每组3个，按闭合水准网的方式布设），基点按符合水准路线布设，基准点布设在稳固的基岩面上。水准基点均采用现浇混凝土的方式埋设，为保证基准点不受隧道开挖的影响，基准点都布设在爆破振动安全允许距离外，以保证水准基点的稳定性。
3.2.1.1 地表监测点的埋设
DK77+660～DK77+760段设置间距为5米。在高速公路两侧的地表监测点采用长20cm宽20cm的现浇混凝土埋设，混凝土底埋设至基岩处，地表观测标采用长10cm的￠14的圆钢，在高速路面上采用电钻钻孔，埋设长10cm的￠10的圆钢，圆钢露出路面3mm。
隧道地表测点埋设断面见下图。
3.2.1.2 地表监测点的观测
地表沉降观测使用电子水准仪按二等水准测量施测。在对下钻段高速公路面沉降监测点进行观测时为保证人员安全，在观测期间对高速公路采取半道封闭方案即对观测段高速路面进行封闭，确保人员安全。
关键词：浅埋隧道 破碎围岩 双层管棚 双侧壁导坑
1 工程概况
新建沈阳至丹东铁路客运专线大顶山隧道DK77+660
—DK77+760段下穿沈丹高速公路，隧道下穿高速公路段全长140m，纵向轴线与高速公路纵轴线交角为交角60°。该段隧道围岩为Ⅴ级，工程地质为页岩、强风化、岩体破碎，节理发育、岩体条件差，雨季有基岩裂隙水；高速公路宽度约40m，沥青路面顶标高179.44m，隧道开挖轮廓线顶面到沥青路面顶面的距离为13.2m。
2 施工方案
根据大顶山隧道下穿高速公路处的围岩实际情况， 按照“管超前、短进尺、强支护、勤量测、快衬砌、早封闭”的方法组织施工。隧道下穿高速公路段采用双层φ159大管棚超前支护，双侧壁导坑法开挖，双层初期支护，隧道开挖后及时施作钢拱架、锚喷支护、混凝土衬砌紧跟开挖面；并根据量测结果及时指导施工。与高速公路管理单位联系对高速公路通行采取限速、限吨位、分道通行的交通管制措施。
2.1 双层大管棚施工方案
管棚设计为双层φ159mm大管棚，两环管棚中至中间距为0.4m，每环管棚62根，管棚长度为100m，内环管棚布置在隧道开挖轮廓线外0.3m弧线上，管棚钢管采用无缝钢管，壁厚为8mm，钢管内安装钢筋笼，注入1：1水泥浆液，一般注浆压力为0.5-2.0MPa，注浆终压注浆量小于0.1L/min，钢管内注浆回填密实。
2.1.1 施工工艺流程
三通一平→人员设备进场→铺设“H”钢轨道→设备组装调试→空压机安装调试→调试钻机（方位、倾角）→钻具组装进孔→钻进→回次加尺→钻进→直至设计深度→ 回取钻具、锤头→送管棚钢管并测量→回次加尺→送管棚钢管并测量→直至设计深度→终孔及环状间隙注浆→移至下一孔位。
2.1.2 施工方法
2.1.2.1 管棚工作室
根据现场条件，设计打设单节管棚钢管长度为5-6m，因此管棚工作室长度不小于8.0m，管棚工作室拱部呈5%缓坡形制作，支护后，在掌子面处工作室拱部比外环管棚中心外偏80cm，钻机安装平台标高应比最低一根管棚中心低1.0m，钻机安装平台应硬化。钻机机架高度在6.0m以内比较合适，可高度太大应分层施工。
2.1.2.2 潜孔冲击钻进
用φ73钻杆为钻具，前端装有潜孔冲击器和潜孔锤头，潜孔锤冲击器后紧跟4米长的φ146钻杆，φ146钻杆后面跟φ73钻杆，φ73钻杆与回转动力头联接，如下图所示，用空压机排出的压缩空气使潜孔锤头产生锤击振动，将钻杆依次打入，直至达到设计长度。
2.1.2.3 送管
水平孔施作完成后，将φ73钻杆及潜孔锤头拔出，把φ159管棚钢管钻头做成20度斜口或锥形，在第一节管棚钢管中安装有线导向仪，管棚钢管之间采用丝扣连接，管棚钢管通过变径与回转动力头连接，如下图所示，钻机将管棚钢管依次送入水平孔中，每送一节管棚钢管利用有线导向仪测量一次倾角，保证管棚钢管不侵入开挖线，若发现水平孔进入了开挖线，则停止送管棚钢管，或将已送入的管棚钢管拔出注浆后重打，且根据前面的打设数据调整水平孔的入孔角度。
2.1.2.4 注浆
①注浆材料：注浆材料水泥浆，水灰比1：1（重量比）。
②采用注浆机将水泥浆注入管棚钢管内，注浆压力0.5～2.0MPa。
③根据设计注浆量（一般为钻孔圆柱体的1.5倍）进行控制，若注浆量超限而且未达到压力要求，需调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。
④注浆分序进行，即第一序钻孔注浆1、4、7……43号孔，第二序钻孔注浆2、5、8……41号孔，第三序钻孔注浆3、6、9……42号孔。
⑤注浆结束后及时清除管内浆液，并用M10沙浆充填，增强管棚的刚度和强度。
2.2 双侧壁导坑法施工方案
隧道下穿高速公路段拱部120°内系统锚标采用中空注浆锚杆，边墙采用普通砂浆锚杆，锚杆长3.5m，锚杆间距0.5×0.75m。采用格Ⅰ20a钢架支护，全环封闭，每榀间距0.5m。钢筋网片的参数为φ8@15x15，喷混凝土厚度25cm。
双侧壁导坑法施工工序如图2.2-1所示。
2.2.1 开挖支护方法
2.2.1.1 利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。
2.2.1.2 弱爆破开挖①部。
a.喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
b.施作①部导坑周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，架设Ⅰ20a钢架及Ⅰ18临时钢架。
c.施作系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.2.1.3 在滞后于①部一段距离后，弱爆破开挖②部。
a.喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
b.导坑周边部分初喷4cm厚混凝土。
c.架设Ⅰ20a钢架及Ⅰ18临时钢架。
d.钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.2.1.4 利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。
a.弱爆破开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤同①。
b.弱爆破开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤同②。
2.2.1.5 利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。 a.弱爆破开挖⑤部。
b.喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
c.导坑周边喷4cm厚混凝土，架设Ⅰ20a钢架及Ⅰ18临时钢架。
d.钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.2.1.6 利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。
a.弱爆破开挖⑥部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤同⑤。
b.弱爆破开挖⑦部。
c.喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
2.2.1.7 安设Ⅰ18横撑。
a.弱爆破开挖⑧部。
b.喷8cm厚混凝土封闭掌子面。
2.2.1.8 导坑底部初喷4cm厚混凝土，安设Ⅰ20a钢架使钢架封闭成环，复喷混凝土至设计厚度。
2.2.1.9 逐段拆除靠近已完成二次衬砌6～8m范围内两侧壁底部钢架单元。
2.2.1.10 灌注仰拱与填充混凝土（仰拱与填充分开施作）。
2.2.1.11 根据监控量测结果分析，拆除Ⅰ18临时钢架及临时支撑，利用衬砌台车一次性浇注边墙拱部混凝土（拱墙衬砌同时施作）。
2.2.2 锚杆钻孔及安装
锚杆采用锚杆钻机成孔。若出现塌孔现象，则用锚杆钻机带套管成孔，钻孔后要及时插放锚杆并注浆。锚杆成孔中如遇地下管线时，上下左右移位再打，布孔位置允许偏差±150mm，孔径符合设计要求，孔深允许偏差±100mm，如确实打不到设计长度，而致孔深不能满足设计要求时，向设计及监理及时反映。在安放之前，都应将孔内残留及松动的废土清除干净。
2.2.3 压力注浆
若成孔时发现孔内土壤含水量较大，则压力注浆应紧随上一工序进行。注浆管应与锚杆钢筋一起插入孔内，注浆管底部与锚杆钢筋用胶布粘绑，距离孔底250mm～5mm，在孔口位置设置止水塞及排气管。采用简单适用的注浆袋法实现压力注浆，确保注浆压力达到设计要求，注浆时从孔底向外注浆，当注浆袋饱满密实后在同一压力下维持5 分钟，然后抽出注浆管并迅速扎紧袋口。注浆泵压力表要定期进行检测，损坏的压力表不能使用，计量不准确的及时调换。浆液采用纯水泥浆或水泥砂浆。水泥砂浆灰砂重量比重为1：0.5～1：1，为提高注浆早期强度，保证浆体与周围土体紧密结合，可掺加适量的加早强剂和微膨胀剂，掺量通过试验确定。水泥净浆要拌和均匀，随拌随用，一次拌和的浆液在初凝之前用完。浆液初凝收缩后及时在孔口补浆。
2.2.4 钢架安装
钢架安装在掌子面开挖初喷完成后立即进行。根据测设的位置，各节钢架在掌子面以螺栓连接，连接板应密贴。为保证各节钢架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架底脚下的虚碴及杂物。同时每侧增设2根锁脚锚管将其锁定，并在锁脚锚杆管中插入φ25钢筋加强锚管刚度。下台阶开挖完成后，初期支护及时跟进，将钢架全环封闭。
为保证钢架位置安设准确及稳定性，隧道开挖时在钢架的各连接处预留连接板凹槽，钢架安装时采用预制砼块楔入。钢架按设计位置安设，在安设过程中当钢架和初喷层之间有较大间隙应每隔2m用砼预制块楔紧，钢架背后用喷砼填充密实。钢架纵向连接采用钢筋进行，环向间距1m。
钢架落底接长应在单边交错进行，每次单边接长钢架1～2排，接长钢架和上部钢架通过垫板用螺栓牢固准确连接。
2.2.5 绑扎钢筋网及复喷砼
锚杆安装完成后进行钢筋网片施工，钢筋使用之前调直并去锈污。网片钢筋采用绑扎，搭接长度须满足设计要求。编网时坡面一律拉线，钢筋网水平方向错开搭接。复喷砼在绑扎完钢筋网后进行，一次喷射至设计厚度。喷射前要将初喷面清理干净。钢筋网帮扎完成后应尽快进行喷砼作业，以使钢架与喷砼共同受力。喷射砼分层进行，先从拱脚或墙角处由下向上喷射，防止上层喷射料虚掩拱脚（墙角）不密实，造成强度不够，拱脚（墙角）失稳。
2.3 隧道二次衬砌
二次衬砌采用整体模板台车施工，台车长度12.0米。二次衬砌紧跟开挖面进行。
二次衬砌施工前进行地质和支护状态观察、水平收敛、拱顶下沉、锚杆抗拔力、围岩压力等项监控量测，收敛稳定后进行二次衬砌。液压模板台车须准确对位，牢固支撑，保证浇筑中不变形、不走移。脱模时间必须按照规范要求根据试验确定。脱模后及时养护混凝土。
3 监控量测
为验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据，在施工过程中要对拱顶沉降、围岩变形和地表（高速路面）沉降等进行监测。
3.1 监测方法
各监测项目的监测检测方法见表3-1。
3.2 监测控制网的建立
3.2.1 基点布设及埋设
在监控量测地表区域附近布设水准基点三组（每组3个，按闭合水准网的方式布设），基点按符合水准路线布设，基准点布设在稳固的基岩面上。水准基点均采用现浇混凝土的方式埋设，为保证基准点不受隧道开挖的影响，基准点都布设在爆破振动安全允许距离外，以保证水准基点的稳定性。
3.2.1.1 地表监测点的埋设
DK77+660～DK77+760段设置间距为5米。在高速公路两侧的地表监测点采用长20cm宽20cm的现浇混凝土埋设，混凝土底埋设至基岩处，地表观测标采用长10cm的￠14的圆钢，在高速路面上采用电钻钻孔，埋设长10cm的￠10的圆钢，圆钢露出路面3mm。
隧道地表测点埋设断面见下图。
3.2.1.2 地表监测点的观测
地表沉降观测使用电子水准仪按二等水准测量施测。在对下钻段高速公路面沉降监测点进行观测时为保证人员安全，在观测期间对高速公路采取半道封闭方案即对观测段高速路面进行封闭，确保人员安全。