公路施工扰动影响及控制技术
摘要：我国是基础设施建设大国，特别是公路建设规模在逐年扩大。公路施工过程中必然会对围岩造成扰动，从而产生地层移位、路基下沉等问题，影响到施工质量安全，所以需要加强公路施工扰动影响及控制方面的分析，从而确保公路的正常施工和运营。本文利用试验的方式分析围岩扰动的影响因素，在此基础上利用一系列措施（例如超前支护、路基加固、施工安全控制技术等）来增强公路施工的稳定性。希望通过本文的介绍能够对相关专业人士有所帮助。
关键词：公路施工；扰动影响；控制技术 1 引言
公路施工过程中往往会受到所在区域地质条件、地形等环境因素，造成施工过程中容易发生围岩扰动等问题，从而引发路基的沉降、地层移位等问题。若是没有对这些问题进行及时处理非常容易引发塌方等质量安全事故，不但对施工进度造成影响，同时也会影响到施工人员的安全。所以一定要对公路施工扰动的影响因素进行分析，采取针对性的措施进行有效控制，这对于进一步推动公路施工建设具有现实意义。
2 公路施工扰动影响模拟分析 （1）工程基本概况
在进行某公路建设时需要进行隧道施工，隧道的下穿长度达到45m，路基的宽度以及高度分别为25.5m、10m。隧道所在路基区域覆盖有石、砾等粘性土质，主要集中在路基两侧隧道间距离9m区域。该隧道主要采取C10钢筋混凝土管片（壁厚、内径分别为：0.6m、5.4m）进行盾构衬砌，按照先右线、后左线的顺序进行开挖，同时设定开挖重复进尺为2m。
（2）公路施工模拟设定
以公路具体情况以及预设计算结果作为参照，设定公路模型具体尺寸为：160m×100m×70m，主要采取M-C本构模型模拟地层，采取弹性模型模拟隧道衬砌，主要采取板单元对其模拟，采取三维实体单元模拟路基土以及地层，具体材料参数如表1所示。
表1 材料的具体参数
材料类型 弹性模量（GPa） 比 泊松重度粘聚内摩擦角（°） （kN/m³） 力（MPa） 路基土 45 0.45 1850 27.5 24.1 Ⅳ级围岩 6 0.28 23.65 0.5 31 砾质粘性土 69 18.0.35 1738 15.7 18.2 锚杆 215 0.31 7500 - - 素填土 21.36 0.28 1923 25.1 22.3 全风化花岗岩 54 19.0.27 1869 31.6 25.6 强风化花岗岩 78 26.0.27 1930 37.9 26.3 盾构管片 00 3560.25 2600 - - 以隧道具体施工工序为基础，对公路施工进行模拟验证，具体为：
第一，设定具体的土层情况，对于地表边界来说要按照自由边界进行设定，对于模型的底部和周边边界来说要按照法向约束进行设定，将土层自重作为参考指标进行计算，在满足平衡状态要求的基础上将位移去除掉[1]。
第二，在路面区域施加25kPa的外部载荷，在此基础上进行计算求解，在满足平衡状态要求的基础上将位移去除掉。
第三，严格遵照公路的施工计划，完成右线的全部开挖之后再进行左线的开挖，同时设定开挖的重复进尺为2m。
通过以上操作完成公路施工过程的模拟，以此为基础来确定施工扰动的控制技术。
2 公路施工扰动控制技术分析 （1）超前支护
利用有效的超前支护方式能够利用浆液将公路施工过程中相对零散的围岩凝结牢固，从而形成规模较大的整体，防止发生施工扰动的情况，从而保证后续施工的顺利进行。
一般情况下要采用热轧无缝钢管（具体规格为：长：500cm、壁厚：5mm、外径：45mm）进行超前支护的施工。首先要在管壁上钻出相应数量的注浆孔（具体规格为：孔径7mm、孔间距12cm），之后按照梅花形进行钢管的设置，同时一定要确保管尾部25cm位置不能钻注浆孔，从而终止浆液的注入。
（2）路基加固技术
此种技术主要是利用袖阀管进行注浆，从而提升隧道下穿公路区域内路基的强度，防止公路施工过程中扰动所产生的下沉以及坍塌等问题，从而保证隧道下穿公路具有足够的安全性。路基加固施工时可能会对路面交通造成影响，所以施工时要采取相应的交通疏导措施来减少路面交通的堵塞，确保公路交通的通畅性
[2]。具体实施时先要按照
1:1的比例进行水泥、水灰的配置，之后采用φ76的
袖阀管（孔间距设定为2.0m）对路面12m之下范围路基土进行加固，具体情况可以参照图1所示。
图1 路基加固的具体情况
为了明确路基加固措施对于防止路面沉降所起到的作用，可以采用“加固有效率P”作为具体指标，其计算公式为：
其中Si、Si-1分别表示的为路面沉降结果，S0表示的是没有采取路基加固情况下的路基沉降情况，Shmax表示的是加固厚度为hmax情况下的沉降情况。
（3）施工安全控制技术
公路施工过程会受到多种因素的影响而发生各种危险情况，特别是进行隧道施工时更是要进一步加强施工安全控制。对于隧道施工来说，安全控制的关键在于隧道通风的控制，要按照公路隧道内施工人员的数量确定出所需的通风量，具体可以按照如下公式进行通风量的计算：
其中Q表示计算所得通风量，q表示每个施工人员每分钟需要的空气量，m表示施工人员的数量，k表示风量的备用系数，一般情况下设定为1.25。为了防止受到外部因素影响而产生安全隐患，施工方一定要对施工区域周边环境进行充
分调查，提前做好针对性的防护措施。同时要对施工人员进行专业的安全技术培训，不断提升其安全意识，避免施工时由于操作发生失误而引发安全问题。除此之外，要在施工区域设置全面的安全监控设施，一旦发生安全隐患要第一时间发现并排除。
3 公路施工扰动影响情况及控制分析 3.1 施工扰动影响因素分析
（1）随着路基填筑高度的提升，不同包边土厚度（分别为：0.5m、1m、1.5m）情况下的安全系数情况如图2所示。
图2 不同路基填筑高度下安全系数情况
图3 不同路堤边坡坡比的安全系数
从上图中能够得知，不同包边土厚度条件下安全系数都会随着路基填筑高度的上升而下降，特别是在路基填筑高度在10m以上时安全系数下降更快。在同种路基填筑高度情况下，包边土厚度在1.5m时安全系数相对较高。通过上述数据能够说明，路基填筑高度、包边土厚度等因素都会对公路施工扰动造成非常大的影响，包边土厚度越小扰动影响越发显著[3]。因此在实际施工时，为了保证公路施工的稳定性，往往要控制路基填筑高度在10m以下。
（2）分析路堤边坡坡比对于公路施工扰动的影响，分别设定路堤边坡坡比为1:1.25、1:1.5、1:1.75、1:2等，能够得到图3所示的安全系数。从图中可知，随着路堤边坡坡比的下降，安全系数会有所上升。路堤边坡坡比从1:1.25变化到1:2过程中安全系数从4.08上升到4.9。这也充分说明了路堤边坡坡比严重影响着公路施工的稳定性，减小路堤边坡坡度能够大大降低公路施工的扰动。
（3）分析填砂粘聚力在1kPa以及20.5kPa情况下，不同填砂内摩擦角时所得到的安全系数，具体情况如图4、图5所示。
图4 不同填砂内摩擦角的安全系数
图5 不同路面离路肩外边缘水平距离的位移变化
从上图可知，随着填砂内摩擦角的上升，不同的填砂粘聚力情况下安全系数都有所增加，从最小填砂内摩擦角到最大填砂内摩擦角，两种填砂粘聚力的安全系数分别上升了111%以及86%。另外，相对于填砂粘聚力在1kPa的情况来说，填砂粘聚力在20.5kPa时的安全系数更高。从上述分析可知，公路施工时填砂粘聚力以及填砂内摩擦角等都会对扰动造成较大影响，主要是受到路堤压实情况所限。所以为了进一步降低公路施工扰动方面的影响，需要控制好路堤压实，这样才能够得到符合标准要求的填砂粘聚力以及填砂内摩擦角的值。
（4）分析路面距离路肩外边缘水平距离对于公路施工扰动的影响，设定不同参考值时水平位移、竖直位置的情况如图5所示。从中能够得知，该值在15m
以下时会造成水平位移的加大（最大值可以达到-17mm）；该值在15m以上时则会造成水平位移的下降，在下降到一定值后逐渐稳定（稳定在-7mm）。通过上述分析可知，路面离路肩外边缘水平距离的位移变化对于公路施工扰动具有较大影响，容易使得路面产生不均匀沉降的情况。
3.2 控制技术分析
（1）不同隧道长度情况下采用、未采用超前支护的路基累积沉降情况如图6所示。
a.使用超前支护
b.未使用超前支护
图6 采用、未采用超前支护路基累计沉降曲线
从中可知两种情况下路基沉降都是对称分布的，采用超前支护的路基沉降呈现为正态分布态势，每条曲线并不重合，同时隧道长度10m情况下路基沉降最为严重，达到36m。为采用超前支护情况下隧道长度15m和20m的曲线发生重合，并且相对采用超前支护的情况来说最大沉降增加了36mm，这就表明超前支护技术具有较好效果。
（2）路基加固、未采用路基加固情况的稳定性结果如图7所示。
图7 采用、为采用路基加固时路基稳定性结果
从中可知采用路基加固技术后总下滑力以及土体下滑力分别下降33%、44%，总抗滑力以及土体抗滑力分别提升60%、29%。这就表明该技术对于控制施工扰动具有较好效果。
（3）不同路基加固厚度情况下路面沉降情况、加固有效率结果如图8、9所示。
图8 不同加固厚度路面沉降结果
图9 不同加固厚度加固有效率结果
从中可知在加固厚度＜6m时加固厚度的增加对于控制路面沉降的效果并不显著，而在加固厚度＞6m情况下加固有效率先升后降的趋势，同时在加固厚度在11m情况下加固有效率达到最大，达到最为有效的控制效果。
4 结束语
公路施工中扰动问题对于公路的施工质量、安全等都会造成严重影响，本文主要对公路施工扰动影响因素进行了模拟分析，同时从超前支护、路基加固、安全控制技术等方面提出了控制措施，能够对类似工程施工提供参考和帮助，对于进一步推动公路施工具有现实意义。
参考文献
[1]张志刚. 高速公路施工扰动影响及控制技术[J]. 建筑机械, 2022(03):57-60
[2]刘鑫榕. 地铁隧道长距离下穿高速公路施工扰动影响及控制技术研究[J]. 中外公路, 2019(08):117-119
[3]许崇帮. 公路隧道施工扰动分析方法探讨[J]. 公路交通科技, 2021(06):88-91
作者简介：李德彬（1986-），男，汉族，四川成都人，本科，工程师，主要从事工程项目现场管理。
