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淺埋暗挖隧道施工地面沉降控制研究

文檔作者：王景彪文檔來(lái)源：北京廣得安工程有限責(zé)任公司		更新日期： 2026年04月03日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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·152· | 工程管理 | Engineering Management 2020 年第 23 期
淺埋暗挖隧道施工地面沉降控制研究
王景彪
（北京廣得安工程有限責(zé)任公司，北京 100061）
摘 要：進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)大力開(kāi)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，目前已成為公認(rèn)的基建強(qiáng)國(guó)，其中，隧道工程是我國(guó)的強(qiáng)項(xiàng)。
隧道工程的施工工法較多，鑒于淺埋暗挖法隧道施工是目前我國(guó)采用最為普遍的方法，我國(guó)在淺埋暗挖法施工技術(shù)方面
進(jìn)行了許多研究并取得了豐碩的成果，但是仍有很多需要改進(jìn)和完善之處，尤其是淺埋暗挖法穿越砂卵石地層時(shí)，地表
路面行車(chē)的安全性和舒適性仍是重點(diǎn)和難點(diǎn)。針對(duì)砂卵石地層自穩(wěn)能力差，施工過(guò)程中容易出現(xiàn)局部坍塌的情況，施工
時(shí)原則上應(yīng)少擾動(dòng)圍巖，盡快施作初襯，以控制圍巖的過(guò)大變形，并通過(guò)對(duì)圍巖進(jìn)行壓力注漿方式加固地層?；诖耍?
文章依托“巨東35kV 架空線(xiàn)遷改（京沈鐵路工程）”，通過(guò)在試驗(yàn)段施工實(shí)踐，提出了淺埋暗挖隧道穿越砂卵石地層時(shí)
保證路面行車(chē)的安全性和舒適性的措施，可供相關(guān)施工人員參考。
關(guān)鍵詞：砂卵石地層；地面沉降；淺埋暗挖隧道；注漿加固
中圖分類(lèi)號(hào)：U455.4；P642.26 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-2789（2020）23-0152-02
作者簡(jiǎn)介：王景彪，男，本科，工程師，研究方向?yàn)樗淼朗┕ぁ?
由于淺埋暗挖法隧道施工具有明開(kāi)槽施工難以比擬
的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是工程項(xiàng)目的前期拆遷還是后期的施工維
護(hù)，都較明開(kāi)隧道省時(shí)、省力和省錢(qián)，在我國(guó)地下隧道
工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但砂卵石土層松散、自穩(wěn)能
力差，開(kāi)挖前必須進(jìn)行超前支護(hù)和地層加固，以提高砂
卵石層的自穩(wěn)能力。因此，如何加固砂卵石地層防止地
面沉降，減少對(duì)道路和其他建構(gòu)筑物的危害，是穿越卵
石地層淺埋隧道施工的關(guān)鍵。對(duì)此，文章分析研究了淺
埋暗挖隧道在砂卵石地層中下穿現(xiàn)狀道路，并提出措施
保證了道路的安全，使道路沉降沒(méi)有超出允許范圍。
1 工程背景及地質(zhì)條件
1.1 工程背景
新建電纜隧道起自密興路與密三路交叉口西北側(cè)
現(xiàn)狀埋管三通井預(yù)留甩口，向南至明開(kāi)三通井，后沿
規(guī)劃密興路北紅線(xiàn)南3.0m 向東穿越現(xiàn)狀密三路至新建
6.0m×6.0m 四通豎井后向南穿過(guò)現(xiàn)狀密興路、在建京沈
客專(zhuān)，再沿密三路東紅線(xiàn)西2.0m 向南至φ5.2m 三通豎
井，最后向東至電纜終端塔為設(shè)計(jì)終點(diǎn)。整個(gè)路徑長(zhǎng)度
約為417.9m，暗挖段采用2.0m×2.3m 暗挖電纜隧道。
1.2 地質(zhì)情況
（1）地層構(gòu)成巖性。按成因類(lèi)型、沉積年代可劃
分為人工堆積層、第四紀(jì)沉積層及長(zhǎng)城紀(jì)沉積層3 個(gè)大
類(lèi)，并按巖性及工程特性進(jìn)一步劃分為7 個(gè)大層及亞層。
表層為人工堆積的碎石填土①層、粉質(zhì)黏土填土① 1 層、
細(xì)砂填土① 2 層；人工堆積層以下為第四紀(jì)沉積的碎石
②層、砂卵石② 1 層、粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)黏土③層、碎
石④層、粉質(zhì)黏土⑤層；第四紀(jì)沉積層以下為長(zhǎng)城紀(jì)沉
積的全風(fēng)化石英砂巖⑥層、強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖⑦層。
工程明開(kāi)隧道底板位于碎石填土①層、碎石②層，
暗挖隧道穿越碎石②層、砂卵石② 1 層、粉質(zhì)黏土、重
粉質(zhì)黏土③層、強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖⑦層。
（2）工程水文條件?？辈炱陂g（2019 年7 月上旬）
于鉆孔勘測(cè)深度內(nèi)（最深23.00m）未發(fā)現(xiàn)地下水。
2 路面沉降控制標(biāo)準(zhǔn)
該隧道在0+84.7 ～ 0+139.5 區(qū)段下穿密三路和密興
路，位于砂卵石地層，隧道覆土厚度6m 左右，卵石粒
徑為10 ～ 180mm，中粗砂充填，低壓縮性。從專(zhuān)業(yè)人員
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料和咨詢(xún)道路產(chǎn)權(quán)單位工作人員處得知，道
路結(jié)構(gòu)為500mm 厚石灰粉煤灰碎石+80mm 瀝青混凝土。
隧道結(jié)構(gòu)施工前，北京廣得安工程有限責(zé)任公司安
排專(zhuān)業(yè)的測(cè)量人員對(duì)隧道穿越現(xiàn)狀道路影響范圍內(nèi)的現(xiàn)
狀地面標(biāo)高進(jìn)行詳細(xì)測(cè)設(shè)。施工過(guò)程中，專(zhuān)業(yè)人員每天
上午和下午各進(jìn)行1 次觀測(cè)，且在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有異常時(shí)加
密觀測(cè)頻率。同時(shí)，保存原始數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)具有可追溯
性，穿越施工完成后，對(duì)整個(gè)施工前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，
用數(shù)據(jù)證明此次施工采取的措施可靠。
初次地面高程測(cè)放發(fā)現(xiàn)，22#、26#、30# 觀測(cè)點(diǎn)處地
面平整度最大間隙為8mm，此為利用3m 檢測(cè)尺查的，其
他觀測(cè)點(diǎn)處平整度最大間隙均小于4mm，滿(mǎn)足規(guī)范要求。
道路結(jié)構(gòu)的面層的平整度是保證行車(chē)安全和舒適性
的重要指標(biāo)，保證隧道下穿輻射范圍內(nèi)的道路結(jié)構(gòu)沉降
滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，是保證道路結(jié)構(gòu)面層平整度的關(guān)鍵。
目前，我國(guó)隧道下穿公路時(shí)引起的路面沉降大多采
用北京、深圳地鐵施工的經(jīng)驗(yàn)值30mm 作為控制標(biāo)準(zhǔn)值，
該工程設(shè)計(jì)單位給出的道路結(jié)構(gòu)沉降允許值為小于等于
30mm，與經(jīng)驗(yàn)值相符。但是，北京廣得安工程有限責(zé)
任公司為以防萬(wàn)一，將道路的沉降允許值控制在小于等
于10mm。當(dāng)超出此值時(shí)，立即封閉掌子面，采取應(yīng)急
措施，控制路面的沉降。
3 地層加固方案比選
為保證暗挖隧道下穿市政道路地層加固方案的可靠
性和可實(shí)施性，暗挖隧道施工之前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地層加固試
驗(yàn)。將隧道0+58.6 ～ 0+78.6 作為試驗(yàn)段，隧道正式加
固范圍為0+81.7 ～ 0+162.5。
3.1 方案一
采用常規(guī)的超前小導(dǎo)管支護(hù)，開(kāi)挖前必須沿拱頂
環(huán)向打超前小導(dǎo)管， 其直徑φ32mm， 長(zhǎng)2.25m； 沿
隧道開(kāi)挖輪廓環(huán)向間距為0.25 ～ 0.3m，小導(dǎo)管仰角為
12 ～ 14°，必須從鋼架腹部穿過(guò)，打設(shè)范圍為拱頂起
拱線(xiàn)以下0.3m，每榀鋼架打設(shè)1 次超前小導(dǎo)管，2 次打
設(shè)超前導(dǎo)管重疊不小于1m。
打入導(dǎo)管后壓注水泥漿加固地層，要求固砂體單軸
抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.3 ～ 0.5MPa，并在注漿后管口周?chē)每?
硬性水泥封死。
將φ32mm 無(wú)縫鋼管截成3m/ 段，端部1.15m 打溢
2020 年第 23 期 Engineering Management | 工程管理 | ·153·
漿孔，按直徑8mm、間距200mm 梅花狀布置，并在鋼
管的一端做成100mm 長(zhǎng)的圓錐狀，以便于插打。
采用此方案遇到以下問(wèn)題：第一，注完漿后，砂卵
石地層被漿液包裹固化，形成了強(qiáng)度較大的固結(jié)體，隧
道開(kāi)挖時(shí)難度較大；第二，通過(guò)分析地面沉降觀測(cè)點(diǎn)觀
測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，沉降已達(dá)到50mm，超過(guò)道路結(jié)構(gòu)最大允
許沉降值30mm。
3.2 方案二
開(kāi)挖前對(duì)隧道設(shè)計(jì)路由地層進(jìn)行地面深孔注漿加
固，在地面畫(huà)出需要加固的土體的范圍，按間距1m 梅
花狀布置。
第一，成孔。采用鉆機(jī)在注漿點(diǎn)位鉆孔，鉆機(jī)鉆進(jìn)
前需整好鉆桿鉆入角度，過(guò)程中隨時(shí)檢査鉆入角度，以
防偏孔。如出現(xiàn)偏孔，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于偏差過(guò)大的，
采用干砂回填，重新鉆孔。
第二，清孔。為保證地層加固的質(zhì)量和效果，必須
清理完畢鉆孔進(jìn)行后再注漿（至少進(jìn)行2 次清孔）。
第三， 注漿管。地層加固的注漿管采用外徑
40mm、壁厚3mm 熱軋無(wú)縫鋼管加工制成。鋼管尾部焊
上φ6mm鋼筋勁箍，導(dǎo)管的長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整，
注漿管端頭加工成圓錐形。注漿管端部1m 范圍內(nèi)設(shè)置
溢漿孔，孔徑為10mm，間距為200mm，梅花狀布置；
剩余部分不設(shè)溢漿孔。
第四，漿液制備。注漿漿液采用P·O42.5 普通硅酸
鹽水泥單液漿，注漿參數(shù)如下：W ∶ C=1 ∶ 1；注漿壓
力為500 ～ 800kPa；注漿參數(shù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，注漿
量視情況調(diào)整；水泥漿制備采用攪拌機(jī)進(jìn)行，水泥漿邊
拌邊用，制備完成后應(yīng)在30min 內(nèi)用完，超過(guò)30min 重
新拌漿。
第五，注漿。采用分段分塊注漿，注漿前調(diào)整好注
漿壓力。隨注漿阻力的増大，泵壓會(huì)隨之升高，因此當(dāng)
注漿阻力減小時(shí)，適當(dāng)減小注漿壓力。注漿按從低至高
的順序進(jìn)行注漿，并在注漿過(guò)程中派專(zhuān)人時(shí)刻關(guān)注注漿
情況，觀察地表的變化，以及時(shí)根據(jù)注漿情況調(diào)整注漿
的漿液濃度和注漿壓力。
采用此方案遇到以下問(wèn)題：第一，注漿量比原設(shè)計(jì)
注漿量增加將近1 倍，材料消耗太大，同時(shí)造成的地層
污染也大大增加。第二，由于是壓力注漿，漿液沿著孔
隙四處亂竄，隧道開(kāi)挖面內(nèi)進(jìn)入大量漿液，使得隧道開(kāi)
挖面范圍內(nèi)存在大范圍漿液與卵石的固結(jié)體，隧道開(kāi)挖
難度大大增加。
3.3 方案三
采用超前深孔注漿，上半斷面注漿，即隧道拱頂及
兩側(cè)起拱點(diǎn)以下600mm 注漿。帷幕注漿施工前，對(duì)隧
道掌子面進(jìn)行封閉處理。處理方式為錨噴C20 混凝土+
鋼筋網(wǎng)片，厚度為150 ～ 200mm。必要時(shí)，可打設(shè)錨管，
確保注漿時(shí)掌子面所封閉的混凝土不產(chǎn)生裂紋和隆起。
采用半斷面帷幕注漿施工工藝，加固范圍為電力隧
道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外1.5m 范圍。采用小型機(jī)械鉆機(jī)成孔，
鉆機(jī)成孔直徑為75mm，注漿管采用直徑48mm、壁厚
3.5mm 的無(wú)縫鋼管。地層加固所采用的注漿材料為水泥
水玻璃雙液漿。施工鉆孔按照“先外圈再內(nèi)部、先上后
下、跳孔施工”的順序進(jìn)行，注漿管循環(huán)搭設(shè)，注漿管
長(zhǎng)度為9m，注漿管尾部預(yù)留止?jié){段長(zhǎng)度為3m，搭接長(zhǎng)
度為2m。注漿采用后退式分段注漿，將長(zhǎng)注漿管分為
2m/ 段，通過(guò)調(diào)整注漿管內(nèi)的止?jié){閥位置實(shí)現(xiàn)分段注漿。
注漿材料的配比可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。注漿效
果可通過(guò)預(yù)留觀察孔、注漿壓力和注漿量等因素綜合分
析預(yù)判，注漿壓力一般不得超過(guò)600kPa。拱頂及側(cè)墻注
漿量為5m3/m。成孔安放注漿管后，應(yīng)采用速凝水泥封
堵孔壁和管壁間空隙，封堵深度為0.5m，滿(mǎn)足壓力注漿
的要求。
注漿材料如下：管材為φ48mm 普通鋼管，壁厚
3.5mm，管頭為30°椎體，長(zhǎng)度為12m，預(yù)留止?jié){段
3m；漿液為水泥- 水玻璃漿液。
注漿控制值如下：注漿后土層要求單軸抗壓強(qiáng)度不
小于l5 ～ 30MPa。
此方案漿液選用水泥漿+ 改性水玻璃，由于漿液
加入了水玻璃，隧道開(kāi)挖時(shí)圍巖強(qiáng)度不高，開(kāi)挖難度較
?。挥捎跐{液的固結(jié)和膠結(jié)作用，使開(kāi)挖面基本無(wú)坍塌，
開(kāi)挖輪廓控制較好、地層穩(wěn)定；經(jīng)地面沉降觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，
地面由于隧道開(kāi)挖產(chǎn)生的沉降為6mm，小于允許沉降
10mm，滿(mǎn)足道路安全和舒適的要求。
3.4 方案比選
通過(guò)對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行比較分析，超前深孔上半斷面
注漿能夠滿(mǎn)足施工要求，能夠滿(mǎn)足路面沉降的要求，施
工風(fēng)險(xiǎn)小。因此，綜合考慮，確定地層加固采用超前深
孔上半斷面注漿，即方案三。
4 施工觀測(cè)
采取信息化施工，應(yīng)檢測(cè)地表沉降、拱頂沉降、凈
空收斂等項(xiàng)目，以判斷道路結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，及時(shí)調(diào)
整施工參數(shù)，控制施工風(fēng)險(xiǎn)。在現(xiàn)況地面設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，
在地表下5m、2.5m 處埋設(shè)分層沉降儀進(jìn)行地層沉降檢測(cè)。
檢測(cè)結(jié)果表明，地表沉降、分層沉降、拱頂沉降及洞內(nèi)
收斂沉降均屬可控狀態(tài)；隧道穿過(guò)后，發(fā)現(xiàn)22#、26#、
30# 觀測(cè)點(diǎn)處地面平整度最大間隙仍為8mm，其他觀測(cè)
點(diǎn)處平整度最大間隙均小于5mm，滿(mǎn)足規(guī)范要求，地面
最大沉降為15mm，能夠保證行車(chē)的安全性和舒適性。
5 結(jié)論及建議
淺埋暗挖隧道穿越砂卵石地層時(shí)，采取合理的注漿
加固措施，利用信息化施工，做好監(jiān)控和監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)
整施工參數(shù)，并遵守“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、
快封閉、勤量測(cè)”十八字方針，可以保證施工安全和地
表路面的安全性和出行的舒適性。同時(shí)，淺埋暗挖隧道
施工應(yīng)加強(qiáng)新工藝新技術(shù)方面的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，加強(qiáng)信息
化管理和動(dòng)態(tài)過(guò)程控制、過(guò)程檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化分析與
施工，并根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)調(diào)整施工工藝，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安
全和社會(huì)安全。
參考文獻(xiàn)：
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