CN102345460A - 一种浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种浅埋大断面黄土隧道控制方法，以解决现有浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法混乱的问题。所述的方法为，确定沉降控制标准，并制定沉降管理值；采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分分左、右两侧导洞开挖，每侧导洞分上台阶、中台阶开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，最后开挖仰拱；采用设置双层大管棚和小导管的超前支护方法；采用设置拱脚加固的初期支护方法，所述的拱脚加固包括，设置锁脚锚管和大拱脚。与同类需要控制隧道地表沉降的方法相比，本方法有效地控制了掌子面的稳定，减小了施工对地表的影响，从而有效地控制地表沉降，并且使施工工序得到了简化，效率得到了提高。

Description

一种浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法

技术领域

本发明涉及隧道沉降控制领域，特别是涉及一种浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法。

背景技术

我国从60年代起就开始修建大跨铁路隧道，尤其是近10年来修建的几座大跨隧道，其开挖跨度已达20m以上。这些大跨隧道的修建，促进了我国大跨隧道施工技术的发展。国外一些发达国家也修建了许多大跨隧道工程，并且把大跨度隧道的修建技术作为重点技术攻关项目研究，尤其是日本与欧美等国家正在修建新的高速公路网，已开始规模性地修建大跨度三车道公路隧道，开挖跨度已达21m，如1998年通车的德国最大的高速公路隧道恩戈贝山隧道，开挖断面达到265m²。

我国已经在黄土中建成了多条隧道，包括铁路隧道、公路隧道、引水隧道等，我国均有一定的经验。但是与岩体相比，黄土土体强度低，变形大，自承能力小，工程性质差，受水的影响十分强烈，一旦被水浸泡，达到饱和状态，其强度会明显降低，工程性质发生很大变化。因此，施工的难易程度主要取决于土体的性质和地下水的分布，在黄土中修建隧道的施工难度，远远大于修建同类型的岩石隧道，在施工中可能遇到很多问题。

现有的的研究和工程实践都是针对一般跨度的单双线黄土隧道(开挖面积在50～100m²)开展的，在隧道围岩压力分布规律、支护的力学特征上取得了一些成果和经验。但是，对大跨度黄土隧道(开挖面积大于100m²)的施工方法、围岩压力的分布、演变及支护的力学、变形特征等，国内外实践记录较少、研究深度有限，致使工程设计往往是借用一般跨度隧道的经验进行，带有很大的盲目性。

在沉降控制研究方面，主要集中在城市地铁的沉降控制技术研究，通过模型试验得出：不同的预加固强度、开挖进尺，对隧道的地表沉降、围岩压力、洞周位移都有很大影响。中铁隧道局在暗挖隧道下穿密集建筑物、地下管线、既有地铁线等施工时，采用动态跟踪注浆技术控制邻近建筑物沉降，为在城市复杂的环境下浅埋暗挖法施工保护周边环境开发出一个有效方法。中铁十六局采取超前小导管注浆、强化初期支护、在初期支护后背注浆回填等控制地表沉降的技术措施。崔学东等人根据施工过程中的实测数据，对武英高速公路凤凰关隧道出口地表的沉降特性进行了研究，分析了该隧道地表沉降随隧道开挖进展逐步增加以及变形分布的规律。

从以上国内外研究现状可知，对于隧道地表沉降的研究多侧重于规律分析及总结，研究对象以城市地铁隧道为主，研究方法以模型试验、数值模拟及现场监测为主，而对于大断面黄土隧道则很少有研究，同时，以往研究多针对个别项目，因此未能提出一套完整有效的大断面隧道地表沉降的控制措施。

发明内容

本发明提供了一种浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，以解决现有浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法混乱的问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种浅埋大断面黄土隧道控制方法，包括：

确定沉降控制标准，并制定沉降管理值；

采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分分左、右两侧导洞开挖，每侧导洞分上台阶、中台阶开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，最后开挖仰拱；

采用设置双层大管棚和小导管的超前支护方法；

采用设置拱脚加固的初期支护方法，所述的拱脚加固包括，设置锁脚锚管和大拱脚。

优选的，所述确定沉降控制标准，并制定沉降管理值包括：下穿段设定50mm的控制沉降基准。

优选的，所述采用设置双层大管棚的超前支护方法包括：所述的双层大管棚布设于边墙最大跨度处以上的拱部。

优选的，所述采用设置小导管的超前支护方法包括：所述的小导管在侧壁处布设于上半断面临时支护处。

优选的，所述采用设置小导管的超前支护方法包括：大管棚高于设计开挖轮廓外0.3m以上时，所述的小导管布设于掌子面拱部边缘。

优选的，所述采用设置拱脚加固的初期支护方法包括：所述的缩脚锚杆设置在初期支护和临时支护的拱脚处，以及设置在初期支护的墙角处。

优选的，所述采用设置拱脚加固的初期支护方法包括：

所述的大拱脚设置在初期支护的拱脚处。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本发明采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分分左、右两侧导洞开挖，每侧导洞分上台阶、中台阶开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，最后开挖仰拱，与同类需要控制隧道地表沉降的方法相比，本方法有效地控制了掌子面的稳定，减小了施工对地表的影响，从而有效地控制地表沉降，并且使施工工序得到了简化，效率得到了提高，本方法还在拱脚加固时增设大拱脚、钢牛腿和钢板垫板。可明显地减小下台阶及中部土体开挖引起的拱部下沉，有效地控制隧道的沉降。

而且，本发明在综合分析国内外规范及工程类比的基础上，结合具体浅埋大断面黄土隧道的施工情况，确定沉降控制标准，并制定沉将控制值，更加适合在具体实践中应用，有很强的实用性。

并且，本发明在有效的控制地表沉降的基础上，减少了相应的翻修公路路面和重新施作公路边坡防护工程的工作，从而减少了相应的工程费用，降低了工程造价。

附图说明

图1是本发明浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法实施例的流程图；

图2是本发明优选实施例中的围岩应力示意图；

图3是本发明优选实施例中的初期支护应力示意图；

图4是本发明优选实施例中的施工工序图；

图5是本发明优选实施例中的超前支护与初期支护设置图；

图6是本发明优选实施例中的拱脚支护细部图；

图7是本发明优选实施例中的墙脚支护细部图；

图8是本发明优选实施例中的临时支护细部图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

针对现有浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法混乱的问题，本发明创造性地提出了一种浅埋大断面黄土隧道控制方法，是针对现有浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法的改进，使得施工工序更加简化，对地表沉降的控制效果更加显著。

下面结合本发明的实施例，具体阐述本发明所使用的方法。

参照图1，给出了本发明浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法实施例的流程图，包括以下步骤：

步骤101，确定沉降控制标准，制定沉降管理值。

根据工程的具体实际情况综合分析，确定沉降控制标准，在下穿段设定50mm的控制沉降基准，并制定沉降管理值，设定沉降达最大沉降的50％为警戒值，当施工中沉降达到警戒值时，应当注意控制沉降，进一步采取相应的优化措施，因而可以在施工中更好的控制沉降。

步骤102，隧道采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分分左、右两侧导洞开挖，每侧导洞分上台阶、中台阶开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，最后开挖仰拱。

侧导洞分四步开挖，减少每步的开挖面积，并预留核心土、减小上中台阶长度，这样能有效的控制掌子面的稳定，减小施工对地表的影响。中间导洞在开挖上台阶时预留核心土，以及中下台阶同时开挖。这样能有效的控制掌子面的稳定，并快速的封闭仰供，减小地表的沉降。

步骤103，采用设置双层大管棚和小导管的超前支护方法。

设置双层大管棚，可以加大管棚刚度，减小管棚间距，扩大管棚范围，掌子面拱部边缘加设超前小导管支护加固土体，防止掌子面拱部坍方，

步骤104，采用拱脚加固的初期支护方法，所述的拱脚加固包括，设置锁脚锚管、大拱脚。

由于钢架整体沉降较大，因此必须加强钢拱架的锁脚处理，设置锁脚锚管，并且，侧导洞上台阶施做大拱脚后，在下台阶及中部土体开挖时将发挥支撑拱部结构的重要作用，可明显地减小下台阶及中部土体开挖引起的拱部下沉。

综上所述，首先，本发明采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分分左、右两侧导洞开挖，每侧导洞分上台阶、中台阶开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，最后开挖仰拱。与同类需要控制隧道地表沉降的方法相比，本方法有效地控制了掌子面的稳定，减小了施工对地表的影响，从而有效地控制地表沉降。而且本发明所提出的方法，与同类需要控制地表沉降的隧道所使用的方法相比，有效地控制了掌子面的稳定，减小了施工对地表的影响，可以快速的封闭断面，减少开挖面暴露的时间，减少地应力的释放，从而减小地表沉降，使得施工工序得到了简化，效率得到了提高。并且，本方法还在拱脚加固时增设大拱脚、钢牛腿和钢板垫板。大拱脚在下台阶及中部土体开挖时发挥了支撑拱部结构的重要作用，可明显地减小下台阶及中部土体开挖引起的拱部下沉，有效地控制隧道的沉降。

其次，本发明在综合分析国内外规范及工程类比的基础上，结合具体浅埋大断面黄土隧道的施工情况，确定沉降控制标准，并制定沉将控制值，更加适合在具体实践中应用，有很强的实用性。

再次，本发明在有效的控制地表沉降的基础上，减少了相应的翻修公路路面和重新施作公路边坡防护工程的工作，从而减少了相应的工程费用，降低了工程造价。

下面给出了本发明的一种优选实施例。

选取某段隧道为试验段，下面进行具体阐述。

首先，选取隧道试验段，进行大断面黄土隧道沉降影响因素研究；

本实施例所述隧道里程为DK298+440～DK299+210，全长770m，为双线大跨浅埋黄土隧道。隧道在DK298+780～DK299+050以15°的小角度下穿某高速公路，下穿段长度达270m。下穿段分两部分：DK298+850～DK299+010段，长160m，从公路正下方穿过，此段的埋深仅有10m左右；DK298+780～+850、DK299+010～050两段从公路路堑边坡下方穿过，共计110m，埋深为10～24m。地层从上到下分别为：<1-3>砂质黄土、<2-1>砂质黄土、<2-2>砂质黄土、<2-3>砂质黄土。选取试验段支护参数：1)初期支护：采用I25a型钢钢架、挂网喷混凝土，钢架间距为0.8m。在边墙采用

药包锚杆加强支护，药包锚杆长4m，间距1.0m，梅花形布置。2)超前支护：采用壁厚8mm的

单层大管棚，管棚的间距为40cm，在拱顶110°范围施作，长度为70m。掌子面采用

纤维锚杆，长12m，间距1.2m，梅花形布置。

试验段的现场测试项目分为隧道洞内和隧道洞外两部分，测量试验的内容包括有以下的几个方面。隧道内：(1)试验段DK298+760-DK298+800的拱顶沉降与水平收敛；(2)试验段DK298+780断面支护应力、应变，周围土体压力、二衬钢筋应力；(3)试验段DK298+775-DK298+785范围拱顶管棚应力、应变。隧道外：(1)试验段DK298+760-DK298+800纵向40m，横向10～15m范围地表沉降；(2)试验段DK298+780断面土体分层沉降；(3)试验段DK298+780断面土体水平位移；(4)试验段DK298+780断面隧道拱顶沉降。

1、给出本实施例所述试验段拱顶沉降及地表沉降规律；

结合现场施工步序及监测量控结果，得到表1。

各开挖步产生的沉降及比例    表1

从隧道各开挖步沉降比例可以看出：

(1)隧道拱顶的总沉降比地表总沉降小，拱顶沉降在310～460mm之间，地表沉降在480～540mm之间，拱顶总沉降为地表总沉降的65％～94％。

(2)左导洞超前右导洞5m左右、超前中间导洞12m左右。左导洞拱顶超前沉降占总沉降11％，左导洞地表超前沉降占总沉降18％；右导洞拱顶超前沉降占总沉降15％，右导洞地表超前沉降占总沉降22％；中间部分拱顶超前沉降占总沉降72％，中间部分地表超前沉降占总沉降58％，主要受两侧导洞开挖的影响。

(3)左、右导洞上下台阶法开挖，拱顶沉降的超前影响距离均为4m左右，地表沉降的超前影响距离均为8m左右；中间导洞三台阶法开挖，拱顶沉降的超前影响距离8m左右，地表沉降的超前影响距离12m左右。

(4)地表沉降与拱顶沉降曲线规律一致，在侧导洞开挖到DK298+780断面之后到中间导洞也开挖到该断面时，这段时间内发生较大沉降，占总沉降的65％～80％，中间部分土体开挖引起的沉降占15％～20％，全断面封闭后的沉降仅占3％。

2、给出本实施例所述试验段洞内净空位移规律；

洞内各断面的拱顶沉降及水平收敛(单位：mm)    表2

由表2可以看出，DK298+770整个断面的初衬封闭，洞内侧导沉降为155mm。此时地表沉降为600mm，除去地表塌陷影响(约为160mm的沉降)，还有3倍的差别。导洞的开挖对变形的影响很大，中间部分土体开挖影响较小，全断面封闭后变形很快稳定。

3、给出围岩压力及支护内力规律。

参照图2，给出了本发明优选实施例中的围岩应力示意图；

参照图3(a)和图3(b)，给出了本发明优选实施例中的初期支护应力示意图

其中，单位：MPa，“+”为拉力、“-”为压力。18#管棚最大拉应力达80MPa，最大压应力达-150MPa；18#管棚最大拉应力达210MPa，最大压应力-150MPa。

由图2和图3中数据分析可知：

(1)土压力分布规律与初支钢架受力规律基本一致。左右导坑拱顶处的土压力在全断面未封闭之前增加很快，左导坑拱顶土压力最大达450KPa，右导坑拱顶土压最大达630KPa，全断面封闭后逐渐减小。

(2)初支钢架的拱顶内外侧均受拉，其他部分钢架内外侧均为受压。先开挖左右导坑的钢架受中间部开挖影响明显，中间拱部土体的开挖能使两侧导坑钢架的应力改变10～40MPa。

(3)管棚作用效果较明显，管棚起到转移荷载的作用，将掌子面上方的土压力一部分转移到掌子面前方土体，一部分转移到已做好的支护上。

其次，根据大断面黄土隧道沉降影响因素分析，确定沉降技术。

1、沉降控制标准；

目前，隧道下穿高速公路对地表沉降控制尚没有统一的技术标准。但根据国内大量隧道下穿高速公路以及城市地铁施工的实际工程调查分析，大多数要求地表最大沉降量小于30mm。根据现场测试结果来看，只要采取适当的工程措施，这一技术要求大部分情况下可以得到满足，也有一些工程远远超过这一标准。而国外如日本、法国、德国等规范要求地表最大沉降值在50mm以内即可。

根据《公路工程质量检验评定标准》对高速公路质量控制的要求，路面结构在3m范围内的不平整度应该限制在3mm以内，亦即其局部倾斜度不超过0.1％。当满足这一要求时，隧道下穿高速公路施工对高速公路的质量和运行不产生影响。

大量的工程实践都说明浅埋黄土隧道施工的沉降值较大，地表沉降较难控制。在本实施例所述的隧道的试验段，也产生了大于300mm的地表沉降。因此，经综合分析，并结合本实施例所述的隧道的现场施工情况，为保证隧道穿越高速公路的安全，并使工程造价控制在合理的范围内。本实施例所述的隧道在下穿高速公路施工时，控制标准定为：最大沉降50mm，最大倾斜度1/1000，并作好路面快速铺填的预案。

根据此标准制定的地表沉降管理值如表3所示。警戒值的设定都取相应值的50％，因为从试验段的沉降变形曲线上可知，当沉降到达最大沉降一半时，沉降仍处在迅速发展的阶段，所以当沉降超过50％设计值时，应该加以注意，采取进一步的优化措施，此值即确定为警戒值。

地表沉降管理值    表3

项目	离隧道中心线距离(m)	设计值(mm)	警戒值(mm)	允许值(mm)
					1	-20	4	2	5
2	-10	20	10	25
					3	-5	36	18	45
4	0	40	20	50
					5	5	36	18	45
6	10	20	10	25
					7	20	4	2	5
8	沉降坡度	1∶679	1∶350	1∶280
					9	日变形速率	12	6	20

2、施工工法及工艺；

(1)施工工艺；

1)试验段初期的施工工艺

试验段采用双侧壁导坑法施工。侧导洞分上下台阶开挖，先开挖上台阶，台阶高度约7m、长约6m，开挖后立即架设钢架、钢筋网，喷射混凝土；下台阶和仰供一次开挖，台阶高约3m，开挖后立即进行仰拱支护闭合，待仰拱喷混凝土凝固后，即临时回填，以维持施工道路通畅；每次进尺约0.8m；左侧导坑与右侧导坑开挖面维持5m以上间距。

中间导洞分上、中、下三台阶开挖，上台阶高度约4m，每次进尺约0.8m，开挖时同时凿除侧导坑内侧壁，在开挖约2m后，即采取台阶与仰拱一次开挖，并施作喷混凝土以闭合仰拱，随后即临时回填，以维持施工道路通畅。由于侧导洞上台阶太高，土质又十分松散，因此经常出现塌方。

2)试验段施工后期的施工工艺

由于初期在两侧导洞开挖时连续发生不同程度的坍方，因此进行了施工工艺的改进。

下穿段采用双侧壁导坑法施工，施工工艺在试验段后期的施工工艺基础上做进一步的优化，主要参数及工艺如下。

侧导洞分为四步开挖：上台阶、中台阶、下台阶及仰拱，上台阶长度2.4～3m，中台阶长度2.4～3m，下台阶长度5m左右；上台阶预留一定核心土；上台阶和中台阶开挖进尺均为0.6m，即一次开挖1榀钢架，下台阶开挖进尺为1.2m，即一次开挖2榀钢架，仰拱的开挖进尺为2.4～3.0m，即一次开挖4～5榀钢架；左右导洞掌子面错开距离2.5-3m。

中间导洞分为三步开挖：上台阶、中台阶和下台阶，上台阶长度10m左右，中台阶和下台阶一次开挖；上台阶预留一定核心土，核心土的宽度为4.0m，高度为1.2m左右；上台阶开挖进尺为0.6m，即一次开挖1榀钢架，中台阶和下台阶的开挖进尺为5.2m，即一次开挖进尺约9榀钢架；中间导洞掌子面距左导洞掌子面10～15m。

参照图4，给出了本发明优选实施例中的施工工序图。

图4中①-⑧分别为本实施所述方法中施工工序的施工步骤1-8，还包括水平锚杆1，钢架横撑2，钢架临时支护3，

双层大管棚4。

步骤1：人工开挖左导洞上台阶和中台阶，预留核心土，并进行人工修边。开挖后及时架设工字钢架及钢筋网，然后喷射砼；架设格栅钢架及钢筋网，然后喷射砼。

步骤2：在左导洞中部施作横向支撑后，机械开挖左导洞下台阶，并进行人工修边。开挖后及时架设工字钢架及钢筋网，然后喷射砼；架设格栅钢架及钢筋网，然后喷射砼。

步骤3：左导洞仰拱开挖落底并及时施作仰拱初期支护，及早封闭成环。

步骤4：人工开挖右导洞上台阶和中台阶，预留核心土，并进行人工修边。开挖后及时架设工字钢架及钢筋网，然后喷射砼；架设格栅钢架及钢筋网，然后喷射砼。

步骤5：在右导洞中部施作横向支撑后，机械开挖右导坑下台阶，并进行人工修边。开挖后及时架设工字钢架及钢筋网，然后喷射砼；架设格栅钢架及钢筋网，然后喷射砼。

步骤6：右导洞仰拱开挖落底并及时施作仰拱初期支护，及早封闭成环。

步骤7：机械开挖中间部分上台阶，预留核心土，并进行人工修边。开挖后及时架设工字钢架及钢筋网，然后喷射砼；架设格栅钢架及钢筋网，然后喷射砼。

步骤8：中间部分中台阶和下台阶开挖落底并及时施作仰拱初期支护以及仰拱填充混凝土，及早封闭成环。

3)施工工艺优化的优点

根据试验段数据分析发现，试验段施工工艺仍不能较好的控制地表沉降，下穿段施工工艺需要进一步优化，采用优化施工工艺有以下的优点：

首先，根据现场量测结果发现，由于侧导洞开挖产生的沉降所占的比例最大，因此，为了控制沉降，在侧导洞开挖时分为四步(即三个台阶和仰拱)，减小了每步的开挖面积，并预留核心土、减小上中台阶长度，这样能有效的控制掌子面的稳定，减小施工对地表的影响。

其次，中间导洞开挖基本上与试验段一样，也是分上中下三台阶开挖，改进的是在开挖上台阶时预留核心土，以及中下台阶同时开挖。这样能有效的控制掌子面的稳定，并快速的封闭仰供，减小地表的沉降。

再次，开挖进尺由原来的0.8m减小为0.6m，即每次开挖一榀钢架，这样能快速封闭开挖面，减少开挖面暴露的时间，减少地应力的释放，从而减小地表沉降。

再次，侧导洞中台阶不再分左右两部分开挖，并且侧导洞下台阶及仰供、中间导洞上中下台阶都采用机械开挖，这样有利于快速施工，快速封闭仰供，能更有效的控制地表沉降。

并且，本实施例所述的优化的施工工艺还可以及时封闭断面。

首先，施工中对工艺及工序进行了优化，缩短了各洞室的封闭距离及全断面的封闭距离。右导洞掌子面超前左导洞掌子面2.1m，超前中间导洞掌子面13.6m；右导洞封闭距右导洞掌子面8.2m，左导洞封闭距左导洞掌子面9.5m，中间导洞封闭距中间导洞掌子面11m；全断面封闭距右导洞掌子面24.6m。

其次，施工中做到了及时封闭，缩短了各部的封闭时间。上中台阶封闭时间7.5h，一次封闭长度0.6m；下台阶封闭时间6h，一次封闭长度1.2m；导洞断面封闭时间为10d，一次封闭2.4～3.0m；全断面封闭仅为25d，一次封闭5.2m。

从大量黄土隧道的施工监测数据可以看出，断面封闭后的沉降占总沉降10％以下，本实施例所述隧道试验段仰供封闭后的地表沉降占总沉降不到5％，而且断面封闭后很快稳定。因此，断面的及时封闭对控制地表沉降十分重要。本实施例所述隧道下穿段通过改进施工工艺以及人工开挖与机械开挖相结合，在很大程度上加快了开挖面封闭、加快了导洞断面封闭、加快了隧道全断面封闭，能非常有效的控制地表沉降。

3、超前支护及初期支护

参照图5，给出了本发明一种优选实施例中的超前支护与初期支护设置图；

图5中包括，

双层大管棚4，初期支护5，I25a型钢牛腿6，

锁脚锚杆7，

超前小导管8。

(1)超前支护

本实施例在下穿段采用设置双层大管棚和小导管的超前支护的方法。

在试验段中，由于单层大管棚的间距(0.4m)过大，开挖过程中经常发现管棚间以及拱脚处的土体剥落、坍塌，对地表沉降影响很大，而且管棚受力较大，管棚最大应力达到214MPa。

综合考虑便于施工的条件下，确定采用双层大管棚方法，管棚长度按下穿段实际情况设定。在本实施例所述的试验段中，双层大管棚4布设于边墙最大跨度处以上的拱部，外插角1°，壁厚8mm，长38～60m，环向间距0.4m，管内插入3根

的钢筋，管内压注水泥浆，每环共计127根。

从试验段可以看出，当管棚太长时施做的精度就难以保证，有的管棚离开挖轮廓线较远，如果不加以保护，这部分土体很容易坍塌而影响地表沉降。

因此，在隧道下穿高速公路时，如果拱部管棚离开挖轮廓线大于0.3m，则增设超前小导管。同时，为加强临时支护的支撑能力，在临时支护的侧壁设置小导管。在本实施例所述的试验段中，侧壁φ42小导管8布设于上半断面临时支护处，长3.5m，环向间距0.5m，纵向间距2.5m；施工中，当大管棚4高于设计开挖轮廓外0.3m以上时，掌子面拱部边缘加设

超前小导管8支护加固土体，防止掌子面拱部坍方，

超前小导管8长3.5m，每2.5m一环，环向间距0.4m，每环46根。

采用双层大管棚，加大了管棚刚度，同时减小管棚间距，扩大管棚范围，同时，如果拱部管棚离开挖轮廓线大于0.3m，则增设超前小导管，并且在临时支护的侧壁设置小导管，加强了临时支护的支撑能力。因此，有效地控制了管棚间以及拱脚处的土体剥落、坍塌，并且使体表沉降得到了有效地控制，在实际应用中，取得了良好的效果。

(2)拱脚加固

参照图6，给出了本发明一种优选实施例中的拱脚支护细部图；

参照图7，给出了本发明一种优选实施例中的墙脚支护细部图；

参照图8，给出了本发明一种优选实施例中的临时支护细部图。

图6至图8中包括，I25a型钢牛腿6，锁脚锚杆7，1.6cm厚钢板垫板9，1.6cm厚连接钢板10，I25a临时横撑11，，I25a型钢钢架12。

由现场试验的结果可知：拱脚处锁脚锚杆轴力比边墙处锁脚锚杆轴力普遍要大，并且随着锚杆插入角增大，可更加有效地控制变形。由于试验段的钢架整体沉降较大，因此必须加强钢拱架的锁脚处理。在下穿段初期支护及临时支护拱脚的锁脚锚管由原来的2根增加至4根，初期支护墙脚处保留原来的2根，并且增加所有锁脚锚管插入角到60°(与水平面夹角)。

具体参数如下：在初期支护及临时支护拱脚处的每榀钢架两侧设4根

锁脚锚管7，每根长4.0m，插入角30°。在初支墙脚处的每榀钢架两侧设2根

锁脚锚管7，每根长4.0m，插入角30°。

计算分析表明：拱脚厚度由0.8m增长至1.2m，拱顶及拱脚下沉减少10％左右。因此，为了更好的控制支护结构的沉降，在下穿段初期支护的拱脚处增设大拱脚，同时增设I25a型钢牛腿6和1.6cm厚钢板垫板9。

通过对拱脚加固的优化，锁脚锚管更加有效地控制了初期支护拱脚、临时支护拱脚和初期支护墙脚的变形，从而，有效地控制了钢架的整体沉降，并且，侧导洞上台阶施做大拱脚后，在下台阶及中部土体开挖时发挥了支撑拱部结构的重要作用，可明显地减小下台阶及中部土体开挖引起的拱部下沉，在实际的应用中，取得了良好的效果。

综上所述，首先，本发明在综合分析国内外规范及工程类比的基础上，结合具体浅埋大断面黄土隧道的施工情况，确定控制标准，制定沉降控制管理值，更加适合在具体实践中应用，有很强的实用性；

其次，本发明采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分上台阶、中台阶、下台阶和仰拱四步开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，与同类需要控制地表沉降的隧道所使用的方法相比，有效地控制了掌子面的稳定，减小了施工对地表的影响，可以快速的封闭断面，减少开挖面暴露的时间，减少地应力的释放，从而减小地表沉降，使得施工工序得到了简化，效率得到了提高；

再次，采用双层大管棚，减小管棚间距，扩大管棚范围，如果拱部管棚离开挖轮廓线大于0.3m，则增设超前小导管，并且在临时支护的侧壁设置小导管，加强了临时支护的支撑能力，有效地控制了管棚间以及拱脚处的土体剥落、坍塌，并且使体表沉降得到了有效地控制；

再次，锁脚锚管更加有效地控制了初期支护拱脚、临时支护拱脚和初期支护墙脚的变形，有效地控制了钢架的整体沉降，大拱脚在下台阶及中部土体开挖时发挥了支撑拱部结构的重要作用，可明显地减小下台阶及中部土体开挖引起的拱部下沉，有效地控制隧道的沉降。

再次，本发明在有效的控制地表沉降的基础上，减少了相应的翻修公路路面和重新施作公路边坡防护工程的工作，从而减少了相应的工程费用，降低了工程造价。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的一种浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的方法进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种浅埋大断面黄土隧道控制方法，其特征在于，所述的控制方法包括：

确定沉降控制标准，并制定沉降管理值；

采用双侧壁导坑法施工，其中侧导洞分分左、右两侧导洞开挖，每侧导洞分上台阶、中台阶开挖，中间导洞分上台阶、中台阶和下台阶三步开挖，侧导洞和中间导洞开挖时预留核心土，最后开挖仰拱；

采用设置双层大管棚和小导管的超前支护方法；

采用设置拱脚加固的初期支护方法，所述的拱脚加固包括，设置锁脚锚管和大拱脚。

2.根据权利要求1所述的浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，其特征在于，所述的确定沉降控制标准，并制定沉降管理值包括：

在下穿段设定50mm的控制沉降基准。

3.根据权利要求1所述的浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，其特征在于，所述的采用设置双层大管棚的超前支护方法包括：

所述的双层大管棚布设于边墙最大跨度处以上的拱部。

4.根据权利要求1所述的浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，其特征在于，所述的采用设置小导管的超前支护方法包括：

所述的小导管在侧壁处布设于上半断面临时支护处。

5.根据权利要求1所述的浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，其特征在于，所述的采用设置小导管的超前支护方法包括：

大管棚高于设计开挖轮廓外0.3m以上时，所述的小导管布设于掌子面拱部边缘。

6.根据权利要求1所述的浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，其特征在于，所述采用设置拱脚加固的初期支护方法包括：

所述的缩脚锚杆设置在初期支护和临时支护的拱脚处，以及设置在初期支护的墙角处。

7.根据权利要求1所述的浅埋大断面黄土隧道沉降控制方法，其特征在于，所述采用设置拱脚加固的初期支护方法包括：

所述的大拱脚设置在初期支护的拱脚处。

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