一种浅埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法技术领域
本发明属于浅埋暗挖隧道施工技术领域，尤其涉及一种浅埋暗挖隧道穿越箱涵的
施工方法。
背景技术
随着国民经济的发展和城镇化建设的加速,国内城市地铁交通建设发展也越来越
迅速。在地铁交通建设中,会经常遇到隧道穿越既有建筑物、道路、水渠等地面障碍，还包括
地下的下水道、箱涵、管路等地下障碍，此类区段往往影响隧道施工进度和施工安全，在此
类区段施工隧道时既要控制隧道影响范围内的沉降，又要确保工程本身的安全性和进展顺
利,因此对不同的情况采用相应的应对技术十分必要。
箱涵是城市地下建筑中常见的排水装置，浅埋暗挖隧道时，遇到箱涵可以提前下
降隧道开挖深度，然后从箱涵下部安全穿过，但是这种方法需要提前大距离开始倾斜开挖
隧道增加隧道施工埋深，但是地下进行施工隧道范围有限，而且在浅埋层中不能完全避开
箱涵对隧道的影响，不仅需要过大改变施工方向，而且得不到理想的效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种浅埋暗挖
隧道穿越箱涵的施工方法，其隧道变化阶段较短，而且隧道底部的开挖深度不变，仅仅改变
隧道的截面形状，巧妙的避开了现有箱涵对隧道施工的影响。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种浅埋暗挖隧道穿越箱涵的
施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、施工准备：
步骤101、确定箱涵位置：采用雷达探测箱涵与所施工隧道的相对位置，所述箱涵
位于所施工隧道上方且与所施工隧道相交，箱涵的底部与所施工隧道底部之间的距离h1小
于所述所施工隧道的高度h，
步骤102、修筑防水帷幕：对所施工隧道修筑注浆帷幕进行防水；
步骤103、施工管棚：
步骤103-1、采用长度为L的管棚对所述箱涵进行支托，所施工隧道一侧相平行等
间距布设有N个管棚，N≥5，所述管棚与所施工隧道之间的外插角为α，施工管棚的高度与箱
涵底部的高度h1相等，所施工隧道的另一侧设置有M个相平行等间距布设的管棚，M＝N且M
个管棚与N个管棚沿隧道轴线对称布设，其中，管棚的长度![]()
L3为所施工隧道
的收尾段结束的位置与箱涵之间的距离，L1为管棚的起始位置与箱涵之间的距离，d为箱涵
的宽度；
步骤103-2、对步骤103-1中设置好的管棚进行注浆加固；
步骤二、准备段施工：对所施工隧道的准备段进行止水帷幕注浆，并且在地表施工
旋喷桩对土体进行固结加固，所述准备段采用上CD下台阶法进行施工，在掘进的同时要对
所施工隧道的准备段进行加固处理并设置钢架，在钢架闭合成环后对拱部两侧人工开注浆
眼进行注浆止水；
步骤三、确定箱涵段的尺寸：
步骤301、确定箱涵段的高度：所述箱涵段的高度h3＝h1-Δh1，其中，Δh1为箱
涵底部的地基厚度，所施工隧道的下垂过渡段每掘进一米其高度的变化值ΔH为：
![]()
所述箱涵段的高度h3减去2Δh之后大于隧道内列车的行车安全区
域的高度h2，Δh为开挖所施工隧道后施工衬砌和支护的厚度；
步骤302、基于有限元法确定箱涵段的宽度：根据箱涵段的高度变化值ΔH确定n种
箱涵段隧道宽度Di＝{D1，D2，...Dj，…Dn},Dj为第j种箱涵段对应的隧道宽度，其中，j＝{1,
2,...,n}，并将实际尺寸第j种箱涵段对应的隧道宽度Dj整理记录；
步骤302-1、建立有限元模型：先通过对实际的地形和地质情况的勘察并记录相关
数据初建地质模型，然后根据确定的n种箱涵段的隧道宽度Di在已建立的所述地质模型上
开设模拟隧道，一个所述地质模型开设一个所述模拟隧道并与相对应的箱涵段隧道宽度Dj
相对应，n个所述模拟隧道上分别设置相同厚度的初期支护层和相同密度与外插角的锚杆，
得到n个已建立的几何模型；
步骤302-2、设置模型参数：根据步骤302-1所建立的n个几何模型结合隧道的具体
情况分别对模型进行相同的方式处理，根据步骤302-1中勘察的结果对几何模型设定相同
的材料参数，根据步骤302-1中建立的几何模型与实际地形的约束情况的比较对几何模型
添加相同的边界约束，得到已设定的n个有限元模型；
步骤302-3、分析有限元模型：根据步骤302-2中所设定好的n个具有材料参数的有
限元模型，先对所述有限元模型布设相同数量的种子，并根据布设的种子选择三维立体单
元类型的网格对模型进行划分网格处理，并设置相同的分析步，然后对已建立好的有限元
模型进行分析，分析的结果生成图表的形式；
步骤302-4、整理分析结果并确定箱涵段宽度：通过对步骤302-3中的有限元模型
的分析结果的整理和采集提取模拟隧道的应变和应力，并选择应变和应力最小的有限元模
型作为最优模型，并将所述应变和应力最小的有限元模型的模拟隧道的宽度转化为具体的
箱涵段的宽度；
步骤四、下垂过渡段施工：
步骤401、施工下垂过渡段时的围岩加固：进行下垂过渡段施工时，对所述施工隧
道进行止水帷幕注浆，并且在地表施工旋喷桩对土体进行固结加固；
步骤402、对隧道的下垂过渡段进行开挖:下垂过渡段的掘进方式为上CD下台阶
法，拱顶根据高度差等差降低至步骤三中箱涵段的设计高度，边墙根据直径差等距变宽至
步骤三中箱涵段的设计宽度，但隧道底部相对位置保持不变，施工下垂过渡段时，在掘进的
同时要对所述下垂过渡段已施工隧道进行加固处理并设置钢架，在钢架闭合成环后对拱部
两侧人工开注浆眼进行注浆止水；
步骤403、设置下垂过渡段的检测点：所述下垂过渡段起始位置和结束位置安装的
钢架均设置有用于测量和记录隧道拱顶沉降数据的沉降检测装置和用于测量和记录隧道
边墙收敛数据的收敛检测装置；
步骤404、初次检验下垂过渡段的支护强度：完成对下垂过渡段的开挖后，读取下
垂过渡段开始位置和结束位置安装的沉降检测装置和收敛检测装置的读数，若下垂过渡段
的沉降和收敛超过安全范围，就要对下垂过渡段进行安全检查和支护加固，若所下垂过渡
段的沉降和收敛在安全范围内，则结束所述下垂过渡段的施工；
步骤五、箱涵段施工：
步骤501、施工箱涵段时的围岩加固：对箱涵段施工隧道的内壁进行加倍加固，拱
顶和边墙设置双层超前支护，在箱涵的底部地层增大注浆量进行注浆固结土体；
步骤502、对隧道的箱涵段进行开挖:箱涵段的掘进方式为CRD法，施工箱涵段时，
在掘进的同时要对箱涵段已施工隧道进行加固处理并设置钢架，在钢架闭合成环后对拱部
两侧人工开注浆眼进行注浆止水；
步骤503、设置箱涵段的检测点：所述箱涵段中间位置和结束位置安装的钢架均设
置有用于测量和记录隧道拱顶沉降数据的沉降检测装置和用于测量和记录隧道边墙收敛
数据的收敛检测装置；
步骤504、初次检验箱涵段的支护强度：完成对箱涵段的开挖后，读取下垂过渡段
的结束位置以及箱涵段的中间位置和结束位置安装的沉降检测装置和收敛检测装置的读
数，若箱涵段的沉降和收敛超过安全范围，就要对箱涵段进行安全检查和支护加固，若箱涵
段的沉降和收敛在安全范围内，则结束箱涵段的施工；
步骤六、上挑过渡段施工：
步骤601、施工上挑过渡段时的围岩加固：进行上挑过渡段施工时，对所述施工隧
道进行止水帷幕注浆，并且在地表施工旋喷桩对土体进行固结加固；
步骤602、对隧道的上挑过渡段进行开挖:上挑过渡段的掘进方式为上CD下台阶
法，拱顶根据高度差等差升高至所施工隧道正常段的高度，边墙根据直径差等距变窄至所
施工隧道正常段的宽度，但隧道底部相对位置保持不变，施工上挑过渡段时，在掘进的同时
要对所述上挑过渡段已施工隧道进行加固处理并设置钢架，在钢架闭合成环后对拱部两侧
人工开注浆眼进行注浆止水；
步骤603、设置上挑过渡段的检测点：所述上挑过渡段结束位置安装的钢架设置有
用于测量和记录隧道拱顶沉降数据的沉降检测装置和用于测量和记录隧道边墙收敛数据
的收敛检测装置；
步骤604、初次检验上挑过渡段的支护强度：完成对上挑过渡段的开挖后，读取箱
涵段的结束位置和上挑过渡段的结束位置安装的沉降检测装置和收敛检测装置的读数，若
上挑过渡段的沉降和收敛超过安全范围，都要对上挑过渡段进行安全检查和支护加固，若
上挑过渡段的沉降和收敛在安全范围内，则结束上挑过渡段的施工；
步骤七、收尾段施工：对所施工隧道的收尾段进行止水帷幕注浆，并且在地表施工
旋喷桩对土体进行固结加固，所述收尾段采用上CD下台阶法进行施工，在掘进的同时要对
收尾段的已施工隧道进行加固处理并设置钢架，在钢架闭合成环后对拱部两侧人工开注浆
眼进行注浆止水，当隧道掘进至距离箱涵位置L3的位置时，结束收尾段施工；
步骤八、检验穿越箱涵总体施工隧道段的支护强度：
所述步骤七中收尾段施工结束后，暂停施工等待一段时间后读取所有沉降检测装
置和收敛检测装置的数据，判断数值是否符合强度要求，如果符合要求则对已开挖隧道进
行隧道内壁进行衬砌施工，如果不符合要求则需要对已开挖隧道进行安全排查和加固，直
到符合要求为止；
步骤九、恢复所施工隧道的正常开挖：穿越箱涵施工完成，恢复隧道的正常施工。
上述的一种浅埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其特征在于：所述上CD下台阶法
的施工步骤如下：
步骤a、开挖上层左侧的Ⅰ部并安装钢架：首先，在拱部和中隔壁设置超前小导管并
注浆，然后，开挖Ⅰ部并预留核心土，开挖后，对隧道开挖的Ⅰ部进行初喷砼、安装钢筋网、安
装拱顶及边墙的钢架，边墙设置砂浆锚管并安装中隔壁和临时仰拱，最后设置锁脚锚管，拱
部预埋注浆管并注浆，喷砼至设计厚度；
步骤b、开挖上层右侧的Ⅱ部并安装钢架：首先，在拱部设置超前小导管并注浆，然
后，延后Ⅰ部开挖Ⅱ部并预留核心土，开挖后，对隧道开挖的Ⅱ部进行初喷砼、安装钢筋网、
安装拱顶及边墙的钢架，边墙设置砂浆锚管并安装中隔壁和临时仰拱，最后设置锁脚锚管，
拱部预埋注浆管并注浆，喷砼至设计厚度；
步骤c、开挖下层的Ⅲ部并安装钢架：首先，延后Ⅱ部开挖Ⅲ部并预留核心土，开挖
后，对隧道开挖的Ⅲ部进行初喷砼、安装钢筋网、安装边墙的钢架，然后施工边墙的砂浆锚
管，喷砼至设计厚度；
步骤d、闭合成环：首先，开挖隧底，开挖后对隧道开挖的隧底进行初喷砼、安装钢
筋网、安装钢架，然后喷砼至设计厚度，隧道支护闭合成环。
上述的一种浅埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其特征在于：所述步骤103-1中的
所述管棚的起始位置与箱涵位置的距离L1＝9m～11m。
上述的一种浅埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其特征在于：所述步骤103-1中的
管棚与隧道的外插角α＝20°，相邻两个管棚在隧道壁上的设置位置间隔为20cm～30cm。
上述的一种浅埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其特征在于：所述收尾段结束位
置与箱涵的距离L3等于所述管棚的起始位置与箱涵的距离L1，取L1＝L3＝10m。
上述的一种浅埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，其特征在于：所述下垂过渡段、箱
涵段和所述上挑过渡段设置的拱架与拱架之间的距离小于正常段设置的拱架与拱架之间
的距离。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过设置下垂过渡段和上挑过渡段，将正常段的隧道的宽和高逐渐改变
的适应箱涵底的地形条件，在不改变隧道线路的方向的前提下安全穿过箱涵施工，巧妙的
避免了箱涵对隧道施工的影响。
2、本发明通过采用有限元分析法对所施工隧道变断面施工的断面尺寸进行了有
限元分析，采用最优方案的尺寸和形状也能够增加隧道的抗沉降和收敛的能力。
3、本发明通过设置沉降检测装置和收敛检测装置，对已挖隧道的沉降情况和收敛
情况实时检测，一旦超过安全标准要求的沉降量和收敛量，便要停止施工对已施工部分进
行安全排查，极大的避免了危险的发生。
4、本发明通过设置密集的拱架，双倍的加固，保证在箱涵段施工时能够提供足够
强度和足够安全的支护，保证施工进度和施工安全。
综上所述，本发明隧道变化阶段较短，而且隧道底部的开挖深度不变，仅仅改变隧
道的截面形状，巧妙的避开了现有箱涵对隧道施工的影响，在保证施工安全的前提下，保证
施工进度。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的系统流程图。
图2为本发明的管棚支托结构示意图。
图3为本发明的结构示意图。
图4为本发明的上CD下台阶法的流程图。
图5为本发明的箱涵段隧道截面与正常隧道截面的结构示意图。
图6为本发明的上CD下台阶法的结构示意图。
图7为本发明的沉降监测点和收敛点在拱架上的布设位置示意图。
图8为本发明的箱涵段隧道有限元模型分析图。
附图标记说明:
1—箱涵； 2—下垂过渡段； 3—上挑过渡段；
4—箱涵段； 5—管棚； 6—正常段；
7—超前小导管； 8—砂浆锚管； 9—锁脚锚管；
10—临时仰拱； 11—钢架； 12—中隔壁；
13—沉降检测装置； 14—收敛检测装置； 15—注浆管；
16—准备段； 17—收尾段。
具体实施方式
一种浅埋暗挖隧道穿越箱涵的施工方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、施工准备：
步骤101、确定箱涵位置：采用雷达探测箱涵1与所施工隧道的相对位置，所述箱涵
1位于所施工隧道上方且与所施工隧道相交，箱涵1的底部与所施工隧道底部之间的距离h1
小于所述所施工隧道的高度h，
如图2和图3所示，需要说明的是箱涵1的底部与所施工隧道底部的距离h1小于所
述所施工隧道的高度h，说明箱涵1的高度过低，影响到所施工隧道的原计划施工，所述箱涵
段4的高度h3减去2Δh之后大于隧道内列车的行车安全区域的高度h2，所述隧道的加固层和
衬砌厚度2Δh包括拱顶的衬砌和支护Δh以及仰拱的衬砌和支护Δh，表明在隧道箱涵段4
内列车可以保持正常行驶且与隧道壁有一定的安全距离，总之，所述箱涵1的位置与所施工
隧道底部的距离不仅小于所施工隧道的高度，而且要保证箱涵段4衬砌后的隧道能够保证
列车的正常行驶，对于整段所施工隧道的底部高度是不变化的，在穿越箱涵1时，只需对所
施工隧道的拱顶高度和两侧宽度进行调整，且需要所述箱涵段4的高度h3减去2Δh之后大
于隧道行车的安全高度h2，即h3＞h2，所述隧道内列车的行车安全区域的高度h2为轨道厚
度、列车高度和列车行进与隧道拱顶的安全距离之和；
步骤102、修筑防水帷幕：对所施工隧道修筑注浆帷幕进行防水；
施工隧道埋深过浅，受地表水影响较大，隧道靠近箱涵1，箱涵1易发生漏水渗水，
地层含水量较高，所施工隧道全程采用水泥—水玻璃帷幕注浆止水，箱涵段4加大注浆量固
结土体，防止渗水冲走砂层造成空洞，影响支护强度。
步骤103、施工管棚：
步骤103-1、采用长度为L的管棚5对所述箱涵1进行支托，所施工隧道一侧相平行
等间距布设有N个管棚5，N≥5，所述管棚5与所施工隧道之间的外插角为α，施工管棚5的高
度与箱涵1底部的高度h1相等，所施工隧道的另一侧设置有M个相平行等间距布设的管棚5，
M＝N且M个管棚5与N个管棚5沿隧道轴线对称布设，其中，管棚5的长度![]()
L3为
所施工隧道的收尾段17结束的位置与箱涵1之间的距离，L1为管棚5的起始位置与箱涵1之
间的距离，d为箱涵1的宽度；
需要说明的是，由于箱涵1埋深过浅，土质疏松易变形，在箱涵1底部开挖隧道有可
能造成箱涵沉降严重，使用管棚5对箱涵1进行支护，减少箱涵1的沉降量，避免了箱涵1由于
自重发生沉降对所施工隧道产生影响，如图3所示，管棚5的设置位置需与箱涵1保持同一高
度，高度误差过大会造成有的管棚5无法起到应有的支撑效果，有的管棚5过载支撑，影响支
护的稳定性，施工管棚5的高度与箱涵1底部的高度的误差范围为0cm～-5cm，即施工的管棚
5在对箱涵1进行支护时，误差允许在箱涵1底部以下5cm的区域。
步骤103-2、对步骤103-1中设置好的管棚5进行注浆加固；
步骤二、准备段施工：对所施工隧道的准备段16进行止水帷幕注浆，并且在地表施
工旋喷桩对土体进行固结加固，所述准备段16采用上CD下台阶法进行施工，在掘进的同时
要对所施工隧道的准备段16进行加固处理并设置钢架11，在钢架11闭合成环后对拱部两侧
人工开注浆眼进行注浆止水；
需要说明的是，在地表施工旋喷桩对土体进行固结加固是为了减少开挖前后地层
沉降对箱涵1产生的影响，箱涵1的埋深过浅，易发生沉降，地表土质较为疏松易散落，增加
了施工的难度和危险性，在箱涵1两侧的地面进行旋喷桩的施工，使两侧地表图层固结为一
体，增加了土质的强度，避免在施工过程中发生过大沉降。所述钢架11为根据开挖方法的步
骤逐步支护，在隧道开挖完成后将隧道底部开挖设置仰拱使钢架11闭合成环，在钢架11闭
合成环后对拱部两侧人工开注浆眼进行注浆止水，注浆材料为水泥—水玻璃双液浆，注浆
以达到不渗漏水为目的，初支无明水后立即停止注浆，防止注浆对初支造成荷载。如图2所
示，所述准备段16的长度为管棚5的施工位置与步骤101中的箱涵1的位置的距离L1减去下
垂过渡段的长度L2。
步骤三、确定箱涵段的尺寸：
步骤301、确定箱涵段的高度：所述箱涵段4的高度h3＝h1-Δh1，其中，Δh1为
箱涵1底部的地基厚度，所施工隧道的下垂过渡段2每掘进一米其高度的变化值ΔH为：
![]()
所述箱涵段4的高度h3减去2Δh之后大于隧道内列车的行车安全
区域的高度h2，Δh为开挖所施工隧道后施工衬砌和支护的厚度；
需要说明的是，如图3所示，对于箱涵段4的高度h3＝h1-Δh1，是指箱涵段4的高度
h3等于箱涵1高度h1减去箱涵1底部的地基厚度Δh1，箱涵段4的高度h3由箱涵1的高度h1决
定，箱涵1的高度h1已知，则箱涵段4的隧道高度h3确定，箱涵段4的底部与正常段6的底部平
齐，箱涵段4的高度下降且宽度增加，箱涵段4与正常段6之间的下垂过渡段2的距离确定则
所述下垂过渡段2内的高度变化可知，根据其高度变化情况可以设置合理的箱涵段4宽度进
行分析。
步骤302、基于有限元法确定箱涵段的宽度：根据箱涵段的高度变化值ΔH确定n种
箱涵段4隧道宽度Di＝{D1，D2，...Dj，...Dn},Dj为第j种箱涵段4对应的隧道宽度，其中，j＝
{1,2,...,n}，并将实际尺寸第j种箱涵段4对应的隧道宽度Dj整理记录；
如图5所示，箱涵段4与所施工隧道的正常施工段的隧道段面比较，箱涵段4的底部
高度不变，隧道高度变低，隧道宽度变宽，本实施例中，为方便分析，箱涵段4的宽度Di＝D+λ
ΔH×L2，D为所施工隧道正常施工的宽度，λ为宽度变化的系数，有排列地选用λ＝60％、λ＝
80％、λ＝100％、λ＝120％、λ＝140％五组数据，根据设置相同的参数和分析方法进行分析，
确定最优的宽度参数。
步骤302-1、建立有限元模型：先通过对实际的地形和地质情况的勘察并记录相关
数据初建地质模型，然后根据确定的n种箱涵段4的隧道宽度Di在已建立的所述地质模型上
开设模拟隧道，一个所述地质模型开设一个所述模拟隧道并与相对应的箱涵段4隧道宽度
Dj相对应，n个所述模拟隧道上分别设置相同厚度的初期支护层和相同密度与外插角的锚
杆，得到n个已建立的几何模型；
本实施例中采用ABAQUS软件先建立几何模型，采用直接建模分析的方法确定模型
的受力情况此种方法对使用者的要求低，使用方便直观了解分析原理，相较于基于python
语言的建模方法，需要对python语言有一定的了解程度和熟练程度，学习难度较高，根据对
实际的地形和地质情况的勘察情况建立模拟隧道的围岩，建立的地质模型一般采用规则模
型，然后根据不同的情况对模型进行边界条件的约束，本实施例中模型形状采用长方体模
型，易于建立。
步骤302-2、设置模型参数：根据步骤302-1所建立的n个几何模型结合隧道的具体
情况分别对模型进行相同的方式处理，根据步骤302-1中勘察的结果对几何模型设定相同
的材料参数，根据步骤302-1中建立的几何模型与实际地形的约束情况的比较对几何模型
添加相同的边界约束，得到已设定的n个有限元模型；
本实施例中模型形状采用长方体模型，首先对模型各部分进行参数设定，根据现
场的取样实测及已有类似地层工程文献资料的参考数据，为围岩设定弹性模量、泊松比、内
摩擦角、粘聚力和天然密度等参数，对锚杆设定弹性模量，对初期支护层设定弹性模量和泊
松比，然后，在几何模型上方表面加相应的载荷以模拟上方地层产生的压力，四周添加法向
约束，顶部为自由面，底部为固定约束，在长方体型的模拟土体开设已定尺寸和形状的隧
道，并设置以注浆锚管，每个长方体型的模拟土体开设一个隧道，五个不同尺寸和形状的模
拟隧道需要建立五个模型。
步骤302-3、分析有限元模型：根据步骤302-2中所设定好的n个具有材料参数的有
限元模型，先对所述有限元模型布设相同数量的种子，并根据布设的种子选择三维立体单
元类型的网格对模型进行划分网格处理，并设置相同的分析步，然后对已建立好的有限元
模型进行分析，分析的结果生成图表的形式；
如图8所示，该模型为已划分网格的箱涵段隧道有限元分析模型，由于只对隧道的
尺寸形状有变化，要得到最优方案，我们需要采用控制变量法控制其他的实验参数不变，在
对模型进行ABAQUS有限元分析软件的有关设定时，需保持相同的材料参数和边界约束，在
允许的条件下对分析步的设定也尽量一致，这可以保证大致相同的分析误差，划分网格的
方式也尽量采用同一种方式。
步骤302-4、整理分析结果并确定箱涵段宽度：通过对步骤302-3中的有限元模型
的分析结果的整理和采集提取模拟隧道的应变和应力，并选择应变和应力最小的有限元模
型作为最优模型，并将所述应变和应力最小的有限元模型的模拟隧道的宽度转化为具体的
箱涵段4的宽度；
模型设定好后，运行函数对建立好的n个几何模型进行分析，分析得到的后处理模
型提取模型的变化参数并制成图表，对五个模型的应力应变进行对比，并根据实际的地形
和施工情况选择最合适的隧道尺寸和形状，并将模型参数还原成实际的施工参数。
步骤四、下垂过渡段施工：
步骤401、施工下垂过渡段时的围岩加固：进行下垂过渡段2施工时，对所述施工隧
道进行止水帷幕注浆，并且在地表施工旋喷桩对土体进行固结加固；
步骤402、对隧道的下垂过渡段进行开挖:下垂过渡段2的掘进方式为上CD下台阶
法，拱顶根据高度差等差降低至步骤三中箱涵段4的设计高度，边墙根据直径差等距变宽至
步骤三中箱涵段4的设计宽度，但隧道底部相对位置保持不变，施工下垂过渡段2时，在掘进
的同时要对所述下垂过渡段2已施工隧道进行加固处理并设置钢架11，在钢架11闭合成环
后对拱部两侧人工开注浆眼进行注浆止水；
需要说明的是，下垂过渡段2的施工方法与正常段6的施工方法可以一致，方法一
致可以避免改变施工方法的繁复过程，也可以根据实际的地质和水文情况决定是否更换施
工方式，本实施例中，优选的下垂过渡段2和正常段6的施工方式均为上CD下台阶法；如图3
和图5所示，拱顶根据高度差等差降低，边墙根据直径等距变宽，拱顶的高度在相同的隧道
长度内的下降高度是一样的，隧道两侧边墙的距离在相同的隧道长度内的增加距离是一样
的，这样就保证了下垂过渡段2的内表面为平滑的曲面，在钢架11闭合成环后对拱部两侧人
工开注浆眼进行注浆止水，进行注浆止水的注浆材料为水泥—水玻璃。
步骤403、设置下垂过渡段的检测点：所述下垂过渡段2起始位置和结束位置安装
的钢架11均设置有用于测量和记录隧道拱顶沉降数据的沉降检测装置13和用于测量和记
录隧道边墙收敛数据的收敛检测装置14；
如图7所示，在隧道变断面施工过程中，有效控制和检测隧道的沉降和收敛一般是
施工的重点，设置沉降检测装置13是为了检测拱顶的沉降变形程度，设置收敛检测装置14
是为了检测边墙的收敛变形程度，两者共同作用，检测整个隧道的变形量，以此来推断隧道
的支护强度是否合格，如果不合格，也可以快速找出支护强度不足的区域所在，加快了发现
支护问题的速度，从而去解决支护问题，间接加快了隧道的施工速度。
步骤404、初次检验下垂过渡段的支护强度：完成对下垂过渡段2的开挖后，读取下
垂过渡段2开始位置和结束位置安装的沉降检测装置13和收敛检测装置14的读数，若下垂
过渡段2的沉降和收敛超过安全范围，就要对下垂过渡段2进行安全检查和支护加固，若所
下垂过渡段2的沉降和收敛在安全范围内，则结束所述下垂过渡段2的施工；
由于箱涵1和所施工隧道均位于浅埋层，地质疏松易散，含水量较大，更易产生沉
降，在所施工隧道施工完下垂过渡段2以后，先对所述下垂过渡段2进行沉降收敛检测，确定
下垂过渡段2的支护和加固合格后，再进行下一隧道段的施工，否则查出问题并进行加固，
需要说明的是对于已开挖隧道上已设置的沉降检测装置13和收敛检测装置14，每隔12小时
读数一次。
步骤五、箱涵段施工：
步骤501、施工箱涵段时的围岩加固：对箱涵段4施工隧道的内壁进行加倍加固，拱
顶和边墙设置双层超前支护，在箱涵1的底部地层增大注浆量进行注浆固结土体；
如图3所示，箱涵段4位于箱涵1正下方，受箱涵1的影响最大，所以要采取加倍的加
固和支护，采取更稳固的掘进方式，本实施例中采取双倍加固。
步骤502、对隧道的箱涵段进行开挖:箱涵段4的掘进方式为CRD法，施工箱涵段4
时，在掘进的同时要对箱涵段4已施工隧道进行加固处理并设置钢架11，在钢架11闭合成环
后对拱部两侧人工开注浆眼进行注浆止水；
箱涵段4采用CRD法进行施工可以确保施工安全和一定的施工速度，与此同时，由
于下垂过渡段2和正常段6均采用上CD下台阶法的施工方案，因此从下垂过渡段2到箱涵段4
的施工结构的转化也是非常重要的，到现在还没有一套完整的暗挖隧道施工结构转换的方
法和标准，由于CRD法和上CD下台阶法结构类似，只需加半条中隔壁12即可，而且CRD法本身
适用于软弱地层的隧道施工，特别是对于控制地表沉陷有很好的效果，有利于围岩稳定，保
证施工安全，综合上述原因，选择箱涵段4采用CRD法施工方案。箱涵1存在裂缝渗水，箱涵1
的底部隧道初期支护后渗漏水较大，对电焊作业和施工照明等用电设备存在较大安全隐
患，人员、机械施工操作因拱部渗水操作不便，所以在闭合成环后对拱部两侧人工开注浆眼
进行注浆止水作业，优选的，本实施例中注浆材料为水泥—水玻璃双液浆，注浆以达到不渗
漏水为目的，当初期支护上无明水后立即停止注浆，防止注浆过重对初支造成荷载。
步骤503、设置箱涵段的检测点：所述箱涵段4中间位置和结束位置安装的钢架11
均设置有用于测量和记录隧道拱顶沉降数据的沉降检测装置13和用于测量和记录隧道边
墙收敛数据的收敛检测装置14；
需要说明的是此处设置沉降检测装置13和收敛检测装置14的目的与方式与步骤
403中的沉降检测装置13和收敛检测装置14的设置相同。
步骤504、初次检验箱涵段的支护强度：完成对箱涵段4的开挖后，读取下垂过渡段
2的结束位置以及箱涵段4的中间位置和结束位置安装的沉降检测装置13和收敛检测装置
14的读数，若箱涵段4的沉降和收敛超过安全范围，就要对箱涵段4进行安全检查和支护加
固，若箱涵段4的沉降和收敛在安全范围内，则结束箱涵段4的施工；
在所施工隧道施工完箱涵段4以后，先对所述箱涵段4进行沉降收敛检测，确定箱
涵段4的支护和加固合格后，再进行下一隧道段的施工，否则查出问题并进行加固，需要说
明的是对于已开挖隧道上已设置的沉降检测装置13和收敛检测装置14，每隔12小时读数一
次。
步骤六、上挑过渡段施工：
步骤601、施工上挑过渡段时的围岩加固：进行上挑过渡段3施工时，对所述施工隧
道进行止水帷幕注浆，并且在地表施工旋喷桩对土体进行固结加固；
如图3所示，由于穿越箱涵1的隧道施工结构对称，上挑过渡段3的加固方式也采用
步骤401中下垂过渡段2的加固方式。
步骤602、对隧道的上挑过渡段进行开挖:上挑过渡段3的掘进方式为上CD下台阶
法，拱顶根据高度差等差升高至所施工隧道正常段6的高度，边墙根据直径差等距变窄至所
施工隧道正常段6的宽度，但隧道底部相对位置保持不变，施工上挑过渡段3时，在掘进的同
时要对所述上挑过渡段3已施工隧道进行加固处理并设置钢架11，在钢架11闭合成环后对
拱部两侧人工开注浆眼进行注浆止水；
所述上挑过渡段3和下垂过渡段2的施工方法相同，本实施例中，上挑过渡段2的施
工方式为上CD下台阶法；如图3和图5所示，拱顶根据高度差等差升高，边墙根据直径等距变
窄，拱顶的高度在相同的隧道长度内的上升高度是一样的，隧道两侧边墙的距离在相同的
隧道长度内的减小距离是一样的，这样就保证了上挑过渡段3的内表面为平滑的曲面，在钢
架11闭合成环后对拱部两侧人工开注浆眼进行注浆止水，进行注浆止水的注浆材料为水
泥—水玻璃。
步骤603、设置上挑过渡段的检测点：所述上挑过渡段3结束位置安装的钢架11设
置有用于测量和记录隧道拱顶沉降数据的沉降检测装置13和用于测量和记录隧道边墙收
敛数据的收敛检测装置14；
需要说明的是此处设置沉降检测装置13和收敛检测装置14的目的与方式与步骤
403中的沉降检测装置13和收敛检测装置14的设置相同。
步骤604、初次检验上挑过渡段的支护强度：完成对上挑过渡段3的开挖后，读取箱
涵段4的结束位置和上挑过渡段3的结束位置安装的沉降检测装置13和收敛检测装置14的
读数，若上挑过渡段3的沉降和收敛超过安全范围，都要对上挑过渡段3进行安全检查和支
护加固，若上挑过渡段3的沉降和收敛在安全范围内，则结束上挑过渡段3的施工；
在所施工隧道施工完箱上挑过渡段3以后，先对所述上挑过渡段3进行沉降收敛检
测，确定上挑过渡段3的支护和加固合格后，再进行下一隧道段的施工，否则查出问题并进
行加固，需要说明的是对于已开挖隧道上已设置的沉降检测装置13和收敛检测装置14，每
隔12小时读数一次。
步骤七、收尾段施工：对所施工隧道的收尾段17进行止水帷幕注浆，并且在地表施
工旋喷桩对土体进行固结加固，所述收尾段17采用上CD下台阶法进行施工，在掘进的同时
要对收尾段17的已施工隧道进行加固处理并设置钢架11，在钢架11闭合成环后对拱部两侧
人工开注浆眼进行注浆止水，当隧道掘进至距离箱涵1位置L3的位置时，结束收尾段17施
工；
由于所施工隧道开挖至上挑过渡段3段结束后，还没有完全脱离箱涵1的影响范
围，所以出于与穿越箱涵1前的准备段16相同的目的设置有收尾段17，所述收尾段17的加固
方式和开挖方式与准备段16的加固方式和开挖方式相同。
步骤八、检验穿越箱涵总体施工隧道段的支护强度：
所述步骤七中收尾段17施工结束后，暂停施工等待一段时间后读取所有沉降检测
装置13和收敛检测装置14的数据，判断数值是否符合强度要求，如果符合要求则对已开挖
隧道进行隧道内壁进行衬砌施工，如果不符合要求则需要对已开挖隧道进行安全排查和加
固，直到符合要求为止；
施工完毕后必须对已施工隧道段进行支护强度检测，保证已开挖隧道的安全性，
如果支护不合格就要及时对已开挖隧道进行检查，找出问题所在并及时处理处理问题，使
隧道支护结构强度合格，才可以进行下一步步骤。
步骤九、恢复所施工隧道的正常开挖：穿越箱涵施工完成，恢复隧道的正常施工。
本实施例中，如图4和图6所示，所述上CD下台阶法的施工步骤如下：
步骤a、开挖上层左侧的Ⅰ部并安装钢架：首先，在拱部和中隔壁12设置超前小导管
7并注浆，然后，开挖Ⅰ部并预留核心土，开挖后，对隧道开挖的Ⅰ部进行初喷砼、安装钢筋网、
安装拱顶及边墙的钢架11，边墙设置砂浆锚管8并安装中隔壁12和临时仰拱10，最后设置锁
脚锚管9，拱部预埋注浆管15并注浆，喷砼至设计厚度；
步骤b、开挖上层右侧的Ⅱ部并安装钢架：首先，在拱部设置超前小导管7并注浆，
然后，延后Ⅰ部开挖Ⅱ部并预留核心土，开挖后，对隧道开挖的Ⅱ部进行初喷砼、安装钢筋
网、安装拱顶及边墙的钢架11，边墙设置砂浆锚管8并安装中隔壁12和临时仰拱10，最后设
置锁脚锚管9，拱部预埋注浆管15并注浆，喷砼至设计厚度；
步骤c、开挖下层的Ⅲ部并安装钢架：首先，延后Ⅱ部开挖Ⅲ部并预留核心土，开挖
后，对隧道开挖的Ⅲ部进行初喷砼、安装钢筋网、安装边墙的钢架11，然后施工边墙的砂浆
锚管8，喷砼至设计厚度；
步骤d、闭合成环：首先，开挖隧底，开挖后对隧道开挖的隧底进行初喷砼、安装钢
筋网、安装钢架11，然后喷砼至设计厚度，隧道支护闭合成环。
需要说明的是，在本实施例中，隧道掘进过程中每循环一榀，所述Ⅰ部、Ⅱ部和Ⅲ部
的核心土均为2m，所述Ⅱ部延后所述Ⅰ部3m，所述Ⅲ部延后所述Ⅱ部5m，上CD下台阶法的施
工方案简化了施工步骤,缩短了隧道封闭成环时间,在加快隧道施工进度的同时对控制隧
道沉降变形也是一项有效措施，所述超前小导管7设置在沿拱顶180°的圆弧部分，所述超前
小导管7设置在中隔壁12上，所述超前小导管7设置在拱顶和中隔壁12上的外插角均为18°。
本实施例中，所述步骤103-1中的所述管棚5的起始位置与箱涵位置的距离L1＝9m
～11m。
所述管棚5设置的位置为箱涵1能够产生影响的边缘位置，根据土层的地质水文条
件确定，本实施例中所施工隧道和箱涵1均处于浅埋层，所以采用L1＝9m～11m。
本实施例中，所述步骤103-1中的管棚5与隧道的外插角α＝20°，相邻两个管棚5在
隧道壁上的设置位置间隔为20cm～30cm。
管棚法一般用于地层较软易散的土质条件，也适用于浅埋暗挖的情况，但是在本
实施例中，管棚采用直径为![]()
的大管棚，大管棚的外插角一般为1°～3°，由于管棚5
在此只用与支护箱涵1，所以外插角较大，是为了扩大支护范围，避免箱涵1过重支护范围过
小而对隧道的开挖造成影响，管棚的数量取决于土质条件，本实施例中，管棚的数量为5根。
本实施例中，所述收尾段结束位置与箱涵1的距离L3等于所述管棚5的起始位置与
箱涵1的距离L1，取L1＝L3＝10m。
需要说明的是，所述收尾段结束位置与箱涵1的距离L3可以不等于所述设置管棚5
的位置与箱涵1的距离L1，在本实施例中，为了方便计算也为了使箱涵1两侧的地层结构相
当，使穿越箱涵1的的地层结构更稳定，取L1＝L3＝10m。
本实施例中，所述下垂过渡段2、箱涵段4和所述上挑过渡段3设置的拱架与拱架之
间的距离小于正常段6设置的拱架与拱架之间的距离。
由于正常段6向箱涵段4过渡的过程中，隧道变宽，承受的土压更大，所以应当适当
缩短每榀钢架11的距离，从而达到增强隧道支护强度的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明
技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技
术方案的保护范围内。