城市地鐵淺埋暗挖法隧道鄰近施工理論與關(guān)鍵控制技術(shù)

陸 勇

中鐵四局第四片區(qū)管控組

城市地鐵淺埋暗挖法隧道鄰近施工理論與關(guān)鍵控制技術(shù)

陸 勇

中鐵四局第四片區(qū)管控組

在城市環(huán)境條件下施工地鐵工程，不可避免要進行鄰近施工，造成不利影響，因此今后在施工實踐中，我們一定要高度重視這方面的問題，根據(jù)實際情況，采取相應(yīng)的控制策略，從而最大限度的降低地鐵施工對鄰近施工的影響，保證工程的安全，方便人們的生活，將城市建設(shè)得更加美好。基于此本文分析了城市地鐵淺埋暗挖法隧道鄰近施工理論與關(guān)鍵控制技術(shù)。

城市地鐵；淺埋暗挖法隧道；鄰近施工；技術(shù)

1 、淺埋暗挖法施工概述

1.1 淺埋暗挖施工技術(shù)原理

淺埋暗挖法在隧道工程里通常應(yīng)用在淺埋軟質(zhì)地層施工中，其具體作業(yè)流程是經(jīng)由對施工地層適當(dāng)?shù)募庸烫幚恚哉{(diào)整地層圍巖的承載性能，同時使用短進尺進行挖掘作業(yè)，以及時建立起工程初期支護結(jié)構(gòu)并封閉成環(huán)，并由圍巖與初期支護結(jié)構(gòu)形成統(tǒng)一支護體系，承載其隧道施工的壓力負荷，并在其變形作用趨于穩(wěn)定后予以二次模筑襯砌，以實現(xiàn)對隧道工程的有效施工。其中初期支護結(jié)構(gòu)負責(zé)承載施工負荷，而二次襯砌則作為防范風(fēng)險問題的安全儲備手段，并以初期支護與二次襯砌構(gòu)成特殊負載體系。

1.2 淺埋暗挖施工技術(shù)特性

淺埋暗挖法這一先柔后剛、逐步支護建設(shè)的新式負荷支護技術(shù)方法，能較好地解決隧道施工中的安全隱患問題，其主要適用于各類含水量較小，且不適宜做明挖施工的地層結(jié)構(gòu)。其技術(shù)將地下隧道暗挖成型，同時初期支護與二次襯砌均在地下空間內(nèi)進行，對地面城市交通影響較小，無需中斷其交通運行，而且淺埋暗挖施工依據(jù)實際隧道工程條件與作業(yè)情況，及時調(diào)整修改各類施工技術(shù)與設(shè)計數(shù)據(jù)，對各類隧道工程情況的適應(yīng)力較強。

2 、城市地鐵淺埋暗挖法隧道鄰近施工

2.1 地鐵施工鄰近管線施工

2.1.1 掌握既有控制標(biāo)準(zhǔn)體系。事實上，由于地下管線受到上水、雨污水、燃氣管線材質(zhì)、接頭類型不同的影響，這就使得地下管線的控制標(biāo)準(zhǔn)難以確定下來。現(xiàn)有的控制標(biāo)準(zhǔn)主要包括地層移動變形標(biāo)準(zhǔn)、管線接頭轉(zhuǎn)角與脫開標(biāo)準(zhǔn)、允許管線應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)、管線變形控制標(biāo)準(zhǔn)、等等。為了實現(xiàn)對變形的有效控制，首先必須掌握這些控制標(biāo)準(zhǔn)體系，并根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)采取相應(yīng)的控制策略。

2.1.2 做好施工安全評估工作。安全評估工作的具體步驟如下，第一、根據(jù)鄰近管線與地鐵結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系，確定管線鄰近等級；第二、根據(jù)管線鄰近等級，確定管線調(diào)查評估的內(nèi)容；第三、根據(jù)管線鄰近等級和現(xiàn)狀調(diào)查、評估結(jié)論，并考慮到地鐵結(jié)構(gòu)跨度、施工方法等相關(guān)因素，確定地鐵施工對鄰近管線影響的風(fēng)險等級。第四、根據(jù)風(fēng)險等級的不同，確定相應(yīng)額沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 鄰近建(構(gòu))筑物施工

鄰近建(構(gòu))筑物施工控制指標(biāo)主要有2個：建(構(gòu))筑物沉降和建(構(gòu))筑物傾斜。尤其是建(構(gòu))筑物的不均勻沉降引發(fā)的建筑物傾斜則是判定建筑物是否安全的一個關(guān)鍵指標(biāo)。工程實踐中，對一般建(構(gòu))筑物地表沉降按30mm，建筑物傾斜按3‰控制；對重要建(構(gòu))筑物地表沉降按15～20mm，傾斜按1‰控制；對特別重要的建(構(gòu))筑物地表沉降按10mm，差異沉降按5mm控制。

控制指標(biāo)應(yīng)包括但不限于以下指標(biāo)內(nèi)容：1)橋墩絕對沉降(單墩沉降)；2)橫橋向同一蓋梁下相鄰橋墩之間的差異沉降；3)順橋向相鄰橋墩之間的差異沉降；4)橋基附近的地表沉降。

根據(jù)地區(qū)的工程實踐，除預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁順橋向和橫橋向差異沉降都需要控制基準(zhǔn)分別為20mm和5mm外，對其他橋梁結(jié)構(gòu)類型，順橋向和橫橋向差異沉降均控制為5mm。

2.3 鄰近既有線施工

隧道建設(shè)需要通過借助一定的方法與技術(shù)手段，來達到施工目的，但不同項目中所采用的具體方法與措施是各不相同的，相應(yīng)的，不同新建隧道給既有線帶來的影響必然存在差異。在新舊隧道位置關(guān)系不同的前提下，新建項目施工產(chǎn)生的影響也是不同的，比如，若二者為平行關(guān)系，那么就需要增加復(fù)線，既有線出現(xiàn)拉伸形變的可能性就會比較高。這是因為：新項目的施工會造成既有線附近的圍巖出現(xiàn)松動現(xiàn)象，襯砌會因此承擔(dān)更大壓力。若二者為交叉關(guān)系，那么，新建隧道施工時就需從既有線的上方或下方通過，如果從其上方通過，就很可能會導(dǎo)致既有線的向上形變，進而損傷圍巖的拱作用，襯砌會因此承擔(dān)更大壓力；但若從其下方通過，則有可能會造成既有線下沉。

3 、鄰近施工變形關(guān)鍵控制技術(shù)

3.1 鄰近施工變形最優(yōu)化控制技術(shù)

3.1.1 臨近管線控制保護和加固措施

城市管線與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，采取對管道改移或者采取臨時改道措施，并加強監(jiān)控量測，采取現(xiàn)場保護措施。第一、管線控制保護分級。可以分為一般保護、重點保護和專業(yè)保護。一般措施適用于受工程影響較小，不需要在施工之前預(yù)先采取相應(yīng)的加固措施的管線。重點保護指的是距離結(jié)構(gòu)較近，或者距離較遠但是容易受到施工影響的管線，對于這種情況，應(yīng)該事先采取加固措施或者采取緊急預(yù)案，通過時還需要嚴格控制施工的管線。專業(yè)保護針對的是緊鄰結(jié)構(gòu)的重要管線，往往需要專業(yè)機構(gòu)采取措施進行預(yù)前加固，通過時還要嚴格控制施工管線。第二、施工主動控制措施。包括嚴格實施注漿控制措施，采用超前支護措施，當(dāng)變形量和變形值超過允許值的時候，應(yīng)該采取應(yīng)急措施。第三、管線監(jiān)控量測技術(shù)。包括直接測點觀測法和間接測點觀測法，前者又包括抱箍式和套管式兩種不同方法，要根據(jù)具體情況采用相應(yīng)的方法，以達到最佳的效果。

3.1.2 臨近建(構(gòu))筑物控制保護和加固措施

在淺埋暗挖隧道工程施工中，先根據(jù)地層情況、工程設(shè)計要求、圍巖情況、周圍環(huán)境要求施工單位的技術(shù)實力等，選擇最適宜、快速、經(jīng)濟的開挖方式和掘進方式，最大程度的減少對周圍地層的擾動，減少沉降，保護地面既有建筑物結(jié)構(gòu)安全。從以往的施工經(jīng)驗看，城市及附近地區(qū)的一般隧道工程適合采用上臺階分部開挖法、短臺階法；大斷面的城市，宜采用中隔墻臺階法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法；城市地下停車場、地鐵車站等最好采用側(cè)洞法、柱洞法、中洞法。實際的淺埋隧道工程施工應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況選擇最適合的開挖方法，符合淺埋暗挖法的施工原則即可。

因為隧道工程屬于地下作業(yè)，采用淺埋暗挖法進行施工時，不可避免的會造成地層沉降問題，威脅到地面上既有建筑物結(jié)構(gòu)安全。鑒于淺埋暗挖隧道施工引起的地層沉降對地面上既有建筑物結(jié)構(gòu)安全有著不利影響，施工中應(yīng)當(dāng)立足于實際情況，從地層沉降原因入手，采用一些有效的、可操作的控制措施，盡力避免地層發(fā)生沉降。

地層沉降控制措施：1)采用注漿方式對撐子面或工程周圍土層進行加固處理，改善土層條件，提高土層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；2)在保證工作面穩(wěn)定情況下，利用止水帷幕或旋噴樁等阻斷地下滲水通道，同時在地表或洞內(nèi)注入漿液，用以封堵地下水，及時排除作業(yè)面范圍內(nèi)的水，降低水對土層強度的消弱作用；3)加快開挖速度，有效控制地層應(yīng)力的釋放，可以相應(yīng)的降低地層內(nèi)部變位的嚴重程度；4)及時進行二次襯砌，使地層變形趨于穩(wěn)定，便于控制住地層的持續(xù)沉降；5)初期支護后，立即通過注漿填充初期支護背后的空隙，維護地層應(yīng)力平衡，能夠有效控制地層位移變形的收斂時間，達到控制地層沉降目的。

3.1.3 臨近既有線控制保護和加固措施

臨近既有線施工根據(jù)《鐵路營業(yè)線施工安全管理辦法》，每個防護人員必須佩戴通訊設(shè)備對講機，施工負責(zé)人必須在現(xiàn)場協(xié)調(diào)指揮施工作業(yè)，在施工時必須派駐站聯(lián)絡(luò)員駐火車站調(diào)度室隨時觀察火車的動態(tài)，并及時告知工地火車通行的動態(tài)。在施工現(xiàn)場兩端要根據(jù)所在鐵路段的時速，在距離施工區(qū)域相應(yīng)的位置設(shè)置兩端防護人員，火車通過時及時通知現(xiàn)場。在施工現(xiàn)場根據(jù)施工特點和使用機械的數(shù)量配備相應(yīng)的防護人員，現(xiàn)場施工是通過對講機及時和駐站聯(lián)絡(luò)員和兩端防護人員聯(lián)系，防護員與駐站聯(lián)絡(luò)員通話時，必須嚴格執(zhí)行復(fù)誦制度，防止錯聽，并及時記錄通話內(nèi)容，并要求做到車過機停、一機一防護。

由于臨近既有線施工地下管線較多，而且地下管線設(shè)備涉及部門比較多，管線設(shè)備的安全，直接威脅到火車的正常運行，并且地下設(shè)備多數(shù)為通訊和信號光纜，光纜極易損壞斷裂。由于地下設(shè)備埋設(shè)時間久遠，表面植被變化比較大，因此，設(shè)備管理單位對自己的管線位置了解大多都不很詳細，所以在施工動土前確定地下管線設(shè)備的具體位置極為重要。項目施工占線比較長、涉及面比較廣、施工工序比較多，應(yīng)通過挖設(shè)探坑預(yù)先確定管線設(shè)備的位置，然后通過各設(shè)備管理單位確定，灑白灰進行標(biāo)識出來，進行警示。同時需制作相應(yīng)的警示標(biāo)牌“施工動土前請先聯(lián)系設(shè)備管理人員”并在標(biāo)志牌上寫上聯(lián)系電話，可以在第一時間聯(lián)系到設(shè)備管理單位進行搶修，將損失降到最小。

由于臨近既有線施工安全隱患大，需要專門成立有施工安全監(jiān)察隊，負責(zé)既有線施工范圍內(nèi)安全檢查工作，并編制專門的規(guī)章制度來規(guī)范既有線施工，編制了應(yīng)急處理進出網(wǎng)機制、既有線聯(lián)系機制、防護排架垮塌應(yīng)急預(yù)案、供電、通訊、信號設(shè)備損失搶險應(yīng)急預(yù)案、專項防洪應(yīng)急預(yù)案、南充嘉陵江特大橋右線跨既有達成鐵路塔吊施工安全措施。根據(jù)施工的進行及每道施工工序的特點及對既有線的影響每天進行班前講話，定期開展安全教育培訓(xùn)，使施工人員充分認識到每道工序的安全隱患，確保施工安全。

3.2 地層變形機理以及控制

3.2.1 超前支護施工

在淺埋暗挖地段采用的是雙層超前小導(dǎo)管，把水泥漿液注入到導(dǎo)管中去，隧道內(nèi)部的土體就能夠在高壓力漿液的擠壓下，和土體壓裂區(qū)相互融合，形成完善的漿脈網(wǎng)絡(luò)，最后凝固之后就會硬塑黏土，從而約束土體，使周圍嗣巖結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定堅固，增高強度，能夠更好地抗?jié)B。

3.2.2 設(shè)置格柵鋼架支撐

設(shè)置格柵鋼架支撐結(jié)構(gòu)，采用核心土進行掏槽開挖，一般可以采用短臺階隧道開挖的方式，做好超前支護機構(gòu)，借助小型挖掘機沿著規(guī)定臺階開挖輪廓線，預(yù)留核心土，以便于實施掏槽開挖。在此環(huán)節(jié)，還要嚴格控制臺階的高度，并人工修正欠挖部分，結(jié)束之后，要及時進行噴砼以封閉，噴砼厚度要嚴格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，符合要求。

3.2.3 下臺階開挖施工

在下臺階開挖到一定程度之后，應(yīng)該選取科學(xué)合理的開挖方法，先拉中槽，再從兩側(cè)的跳槽開挖。施工人員在中槽挖掘時，要留置平臺，以此防止出現(xiàn)掉拱的問題，還要做好初期支護工作。在進行網(wǎng)噴時，要進行格柵鋼架支護，設(shè)置梅花形錨桿。在隧道施工的地表完善階段，要采取水泥、注漿和水玻璃液的方式將施工地點周圍的松散圍巖進行固定，以此提高隧道的穩(wěn)定性。在注漿時，施工人員可以選取垂直注漿的方式，在特定位置放置注漿管，再進行圍巖注漿。

3.2.4 仰拱、襯砌施工和測量監(jiān)控

仰拱施工要注意灌注量和灌注施工后仰拱和開挖面的范圍距離，在施工過程中，運輸要采用棧橋，從而減少施工對地面的影響。襯砌施工也要切實根據(jù)其與開挖面范圍距離，盡快閉合襯砌，呈現(xiàn)環(huán)狀，以利于整體分散受力，確保穩(wěn)定。而且，在淺埋暗挖隧道施工過程中，要時刻關(guān)注地表環(huán)境、地質(zhì)信息、圍巖狀況和支護結(jié)構(gòu)變化等等，只有隨時掌握這些動態(tài)信息數(shù)據(jù)，才能優(yōu)化支護結(jié)構(gòu)和施工工藝，從而及時發(fā)現(xiàn)其中施工隱患，確保施工安全。

結(jié)束語

隧道施工因其地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜與不可預(yù)見性因素較多等特點，造成其施工作業(yè)困難而風(fēng)險性較大，因而在選擇暗挖工程工藝時就應(yīng)格外注重，從而更好的確保工程的質(zhì)量。

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