林彰银
(邵阳学院 城市建设系， 湖南 邵阳 422000)
[摘 要] 在实际公路施工中，应该对路基沉降进行详细监测，并加强超前支护，以此来控制地层位移，避免地对围岩产生扰动，避免发生路基沉降，提升公路施工质量管控效果。以雪峰山高速公路路堤隧道施工项目为实例，将介绍基于公路路堤下隧道所致路基沉降的施工质量管控问题，分析路基沉降的原因，并制定优化的施工质量管控决策，该方案在实际公路项目中得到了应用验证。
[关键词] 隧道； 公路路堤； 施工质量管控； 路基沉降
在雪峰山高速公路路堤下进行隧道施工，容易对围岩产生扰动，从而形成路基沉降，将影响高速公路中车辆正常通行[1，2]。分析和公路路基沉降的原因，并制定有效的施工质量管控对策，以成为当前高速公路路堤下隧道施工中的难点。以此本篇对此做具体分析，从而制定出优化的施工质量管控决策。
1.1 公路概况
雪峰山高速公路，在湖南省安化县西南部，湘(株洲)黔(贵阳)铁路上。1971年建成。东起柘溪林场茅房溪，西至双龙乡下坪溪。系单线电气化铁路隧道。长2 553.5 m，宽4.88 m，高6.5～7 m。1971年建成。设计时速100 km。本次研究中，针对雪峰山高速公路路堤下开挖隧道项目进行分析，开挖隧道施工中，设计内轮廓断面上部为半圆形，下部为矩形；且施工路段路堤下隧道总长度达到81.57 m，且路堤下隧道的内轮廓净宽达到3 m，净高则是4.9 m。对于本次研究中路堤下隧道施工断面尺寸及支护参数，如图1中所示。
图1 隧道断面示意图
Figure 1 Sketch of tunnel section
隧道两端采用回填法施工，中间段采用明挖法施工，拱部设置19根，纵向排距1.5 m。
1.2 自然地理特征
雪峰山公路施工段，处于山地地区，冬冷夏凉。海拔高达到1 405 m处的雪峰气象站测得，该地区年均温10.5 ℃，1月均温-0.5 ℃，7月18.3 ℃，年降水量1 780 mm，相对湿度87%，雾日247 d，日照时数1 144 h，积雪日数19 d。公路施工段山地主要土壤为黄壤，分布在海拔200～1 000 m地带；1 000～1 400 m地带分布有黄棕壤，顶部为山地草甸土。
1.3 地质情况
雪峰山公路隧道地质条件特别复杂，前期勘测预计有10个断裂层，结果施工中发现有18个，全部为3级以上区域性大断裂层；前期预计有涌泉，结果不仅有频繁的涌泉，还有大量的地下水，施工技术难度在国内隧道施工中较为少见。该段构造位于三江新断陷带的东部坳陷，山区缓慢上升边绝缘厚度20～30余m。该段公路年平均降雨量550 mm。年平均气温22.9 ℃，年平均风速为3.6 m/s，历年最大冻深为2.17 m，历年极端最高气温37.7 ℃，历年极端最低气温为-2.0 ℃。
1.4 公路设计标准
据初步设计提供的预测交通量和《公路工程技术标准》规定交通量与公路等级相适原则，该段公路确定为一般二级公路。其主要技术标准见表1。
表1 公路施工设计标准Table1 Highwayconstructionstandards分类参数计算行车速度80km/h路基宽度12m行车道宽9m平曲线最小半径400m(极限最小半径250m)最大纵坡5%
2.1 路基内部结构被破坏
基于施工人员对高速公路路基填补的相关理论常识的缺乏，在接近路基临界高度时没有强化对路基沉降的实时监测，最终致使路基的内部构造产生破坏、稳定性出现问题，甚至在路基中出现裂纹。
2.2 路基沉降监测体系不完善
现有路基沉降监测的体系不够完善与科学，导致了在施工过程当中，对于路基沉降的评估只能依赖于人工计算的方式[3]。这种计算方式在很大程度上会忽略在施工过程当中的不确定因素，致使在高速公路施工结束之后，没有综合考虑到这些因素而产生的意料之外的高速公路路基不均匀沉降。
2.3 施工单位管理不足
在开展公路隧道施工前，相关施工单位未对施工路段的地质状况查询相关的文献资料，对于施工路段缺乏最基本的了解，缺少严格监控，致使在高速公路建设过程中，发生了大面积沉降[4]。当公路路堤下隧道的路基填料施工方面，若填料的含水量、压实厚度及填料碾压机具选择的不当，就会造路基的压实不足，这样就会使公路路堤下隧道路基的土壤密实度降低，不仅会使路基的土产生软化，还会因冻胀而发生路基不均匀沉降，降低公路使用舒适度。
3.1 危害分析
随着当前我国高速公路建设数量的增加，高速公路网也在逐渐加密中，因此受地形、高程因素影响，无可避免地就会出现高速公路交叉形成公路、隧道穿越形式。在实际中，对于既有高速公路采用隧道方式修建公路，需要在公路的路堤下修建的隧道，这样的施工方式，若不采取合理的施工质量管控，必将会引起地层位移，出现路基沉降。事实上，路基沉降的发生，不仅会损坏公路的使用品质，还会导致严重妨碍交通安全，从而影响公路的正常运行。
① 公路路基沉降，会影响公路的质量。在公路路堤下隧道，极其容易产生路基沉降，而沉降的产生，必将会直接影响公路的使用质量[5]。
② 在公路路堤下隧道，产生路基沉降，此时公路路面、路基均会产生应力变化，使得路基所受应力变得不均匀，从而使公路的实际使用寿命下降[6]。
③ 路基沉降，也会危害车辆在公路上的行驶安全[7]。在公路路堤下隧道，若是发生路基沉降，则由于车辆受自重以及行车荷载等因素的影响，路基沉降会导致高速行驶的汽车在公路运行过程中出现较大的颠簸，降低车主行车舒适性[8]，也会降低公路行驶安全性。
3.2 进行施工质量管控的意义
路基是公路基本组成部分，与路面共同承担车辆荷载，并把荷载通过其本身传递到地基[9]。针对公路路堤下隧道所致路基沉降进行施工质量管控，可以针对控制路基沉降是高速公路路堤下隧道设计的难点，加强超前支护，提升其结构的强度和刚度[10]，不仅有助于保证隧道项目施工的顺利实施，还可以保障公路的正常运营，发挥积极管控意义。
4.1 提升路基沉降量的观测精度
针对雪峰山高速公路路堤隧道施工路基沉降问题，在进行路基沉降的施工质量管控过程中，应该强化在公路路堤下隧道施工前的调研和设计工作，优化对施工过程中的路径沉降进行监测，以确保可优化制定路基沉降防范策略，从而可减小路基沉降危害，提高公路路堤下隧道施工质量。在具体公路路堤下隧道施工过程中，可使用沉降板联合高程观测法，观测路基沉降量。使用沉降板进行沉降量观测时应配合水准仪共同使用。沉降控制标准见表2。
表2 路基沉降控制标准Table2 Controlstandardofsubgradesettlement沉降观测量最大允许值/cm垂直沉降量观测部位路堤中心线路堤坡角水平位移量/cm1005
在观测管控雪峰山高速公路路堤隧道施工路基沉降过程中，基于通常的情况下，可以将观测沉降用的沉降板放置在公路中心，以此来作为测点。然而，在本次针对公路路堤下隧道的公路沉降观测中，由于隧道引道属于公路施工中的特殊路段，必需增设一些测点，可以选择在坡址以及路肩增设测点，以确保提升观测结果精度。
4.2 实施机械化施工
对于雪峰山高速公路路堤下隧道施工过程中，为控制路基沉降，在其具体的施工质量管控决策，可以优选隧道的机械化施工设备，可以根据工程规模、施工场地大小、公路填料的种类以及路基压实度等因素，综合考虑确定压实机械，确保路基压实施工质量达标。如表3所示。
表3 机械选择因素Table3 Mechanicalselection机械名称土的类别细粒土砂类土砾石土巨粒土备注6～8t两轮压AAAA用于预压整平12～18t三轮光轮压路机AAAB最常使用25～50t轮胎压路机AAAA最常使用羊足碾AB或CCC粉、粘土质砂可用振动压路机BAAA最常使用凸块式振动压路机AAAA最宜使用于含水量较高的细粒土手扶式振动压路机BAAC用于狭窄地点振动式平板夯BAAB或C用于狭窄地点手扶式振动夯AAAB用于狭窄地点夯锤AAAA夯击影响深度最大推土机AAAA仅用于摊平土层和预压 注：表中符号：A代表适用；B代表无适用机械进可用；C代表不可用。
4.3 做好隧道超前支护施工
加强超前支护，通过导管浆将掌子面前方的较为破碎的围岩进行固结的一种方法，使围岩形成一个整体后再进行下一步工序。如图2所示。
图2 隧道超前支护的示意图
Figure 2 Sketch map of the advance support of the tunnel
在本次雪峰山高速公路路堤隧道施工中，对于其施工质量管控中，为避免发生路基沉降，可以应用超前小导管进行超前支护。本次施工中应用的超前小导管为热轧无缝钢管，其外径为42 mm，壁厚为4 mm，长度达到450 cm，并给钢管的前端呈尖锥状，方便施工。具体施工过程中，可以在管壁的四周钻好注浆孔，孔径的大学为8 mm，并且孔间为10 cm，然后应用梅花形布置方式布置超前小导管，在超前小导管的尾部30 cm，不钻注浆孔，以此来作为止浆段。具体的超前支护过程，如下所示：
a： 可以按雪峰山高速公路路堤下隧道施工设计的要求，可以在隧道掌子面上，准确的画出本次隧道施工中需要架设小导管的孔位。
b： 在隧道施工中为超前支护来钻孔。在为小导管打孔前，可以先按施工设计的要求，划出小导管在隧道施工支护中的具体位置，并清楚的标明。然后，可以应用凿岩风钻来打孔，确保成孔直径可以达到Φ53，并保证孔口钻眼的偏差可以小于50 mm，确保提升施工质量，避免发生路基沉降。
c： 然后，可用钻机将钢管插入钻孔，且在钢管的末端焊上挡圈，同时应用胶泥麻筋将其缠成楔形，这样可堵塞钢管顶进孔后外壁与孔岩壁的间隙。
d： 在超前支护中，应用M20水泥砂浆注浆，将管口封堵，防治浆液倒流到管外。
e： 计算超前支护施工中对于小导管的注浆量。
实际施工过程中，可以按以下公式进行计算：
Q=π·R2·L……K
式中：R为浆液的扩散半径，可以设置为0.25 m；L为小导管的长度；η为隧道施工过程中岩体孔隙率；K为可以表示充填材料系数，取值范围在0.3～1.0；针对粉粘土材料，可取较小值；对碎石土以及砂土材料，则可以取较大值。
f： 最后进行小导管注浆，具体不再分为三步，如下所示：
① 在注浆前，可以应用喷射混凝土的方式封闭作业面，并且为防止漏浆，确保喷射混凝土材料不小于4 cm；
② 在注浆施工中，对于注浆材料的选择，需要根据公路路堤下隧道具体的地质条件，并全面考虑注浆目的以及注浆工艺因素，采用耐侵蚀的注浆材料，保证浆液在施工前的流动性好，在固结后的收缩小，避免路基沉降[11]；
③ 在雪峰山高速公路路堤下隧道施工中，其具体的注浆过程为，先设置注浆压力为0.5～1.0 MPa，并且在注浆结束后，需要检查其注浆效果，对于不合格者应进行补注浆，确保注浆达到目标效果后，才可继续进行填方处理，确保隧道施工能够正常进行。
4.4 路基压实施工
对于控制路基沉降过程中，在压实路基过程中，选择路堤压实填料时，需要根据砂砾的含水量、塑性指数、含水量等指标，优选路基填料，避免使用沼泽土、淤泥、冻土以及有机土。若是路基填料的液限可以大于50，塑性指数能够大于26，则不将其作为公路路基填土。因此，在进行公路路基沉降控制中，应该对路基填料进行优化选择，作出如下处理：
a. 可以控制路基填料的最佳含水量：主要可以通过翻晒填料，或是通过洒水的方式，使填料含水量满足实际要求，保证路基填料的最佳含水量，这样才可以确保路基压实后可以达到最佳的压实度。
b. 可以在填料中掺外加剂进行改良。如果雪峰山高速公路路堤施工中填筑不良土质，在完工后，容易出现沉降。因此，对一些含水量大的填料，或是塑性高、强度不足填料，可以在其中掺入水泥工业废料、石灰以及凝固剂，改良填土的性质，确保填料达到本次公路施工质量管控的要求。
在雪峰山高速公路路堤施工中，进行公路路基压实之时，需要依据“先轻后重、先慢后快以及先边缘后中间”的施工原则，当路基的含水量接近本次施工中设计的最佳含水量之时，应快速对路基进行压实。当需要对土采用人工加水时，达到压实最佳含水量所需要的加水量可按下式估算：
m=(w-w0)Q/(1+w0)
式中：m为所需加水量，kg；w0为隧道路基土中原来含水量；w为压实路基材料的最佳含水量；Q为需在进行路基压实过程中加水材料的质量，kg。
在应用机械压实路基时，慢速最大速度不宜超过4 km/h；小半径曲线段由内侧向外侧，纵向进退式进行。并且在压实全过程之中，可经常检查公路路基施工材料的含水量及密实度，以确保公路路基压实施工能够达到规定的压实度，提升施工质量。
同样，在进行雪峰山高速公路路堤施工过程中，在进行机械化施工时，还应该特别注意做好以下几点：
a. 首先，能够建立和健全针对隧道施工的管理体制，并可以设置相应的组织机构，建立用于专业化技术技能的机械筑路队伍，对施工和机械实行统一计划，统一管理，统一调度。
b. 制订严密的施工组织计划，合理确定施工方案，正确选择施工机械，加强作业计划的工作，使各工序各环节配合得当，协调一致。
c. 在机具设备有限制的条件下，把主要力量集中在重点工程上。
d. 加强技术教育，实行技术考核，严格质量检查，鼓励技术革新，实行安全生产和文明生产，不断提高管理水平与技术水平。
在雪峰山高速公路路堤施工中，填筑隧道填土，需要在两侧进行对称均匀的回填，对于隧道涵顶的填土，若是松铺厚度可以小于50～100 cm，则不可以使重型车辆、施工机械等靠近，并且在100 cm范围内也不得有大型机械行驶或是作业。在公路路堤下隧道施工中，对于路堤与隧道涵洞连接处，可以设置一个过滤段，然后应用混凝土回填以及碎石分层填筑的方法，压实过滤段，做好过滤段填筑施工的质量控制工作。在公路隧道施工过程中，在路基沉降质量管控中，为保持公路路基可以经常处于干燥、坚固的状态，应该做好排水系统，完善排水设施。雪峰山高速公路路堤施工过程中，排除地表水，应该将能够影响路基稳定一些地面水进行拦截，并将这些水排到路基施工范围以外，避免因含水量高的因素，造成路面沉降，影响施工质量。
综上所述，在实际雪峰山高速公路路堤施工过程中，应该对路基沉降进行详细监测，并加强超前支护，以此来控制地层位移，避免地对围岩产生扰动，避免发生路基沉降，提升公路施工质量管控效果，发挥积极影响，可以在实践中推广应用该施工质量管控决策。
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Analysis of Construction Quality Control of Roadbed Settlement Caused by Highway Embankment
LIN Zhangyin
(Shaoyang University， Shaoyang， Hunan 422000， China)
Abstract：In the actual highway tunnel construction process，should conduct a detailed monitoring of the subgrade settlement，and strengthen the advance support，in order to control the displacement of surrounding rock strata，avoid the disturbance，avoid the occurrence of subgrade settlement，improve highway construction quality control effect.In this paper，the construction project of a highway embankment tunnel as an example，introduces the construction quality control of highway embankment caused by tunneling under the roadbed settlement based on the analysis of the reasons of subgrade settlement，construction quality control and make decision optimization，this scheme has been verified in actual highway project.
[Key words] tunnel； highway embankment； construction quality control； subgrade settlement
[收稿日期] 2016 — 11 — 10
[基金项目] 湖南省教育厅科研项目(14C1016)
[作者简介] 林彰银(1973 — )，男，湖南武冈人，工程硕士，讲师，研究方向：工程项目管理。
[中图分类号] U 416.1
[文献标识码]A
[文章编号]1674 — 0610(2017)01 — 0156 — 04
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