復雜周邊環境下淺埋超大斷面隧道施工技術

李 沛 東

(山西路橋第一工程有限責任公司，山西 太原 030006)

對于復雜周邊環境下的淺埋超大斷面隧道工程施工，施工單位不僅要考慮復雜環境給工程施工帶來的各種影響，還要考慮如何應用有效的施工技術保證施工質量，確保隧道工程的順利施工，并提高隧道工程施工效率。尤其是大多數隧道工程基本是在城市范圍內，只有采用合理的隧道施工技術才能保護周邊建筑物，減少施工給周邊環境帶來的影響。

1 工程介紹

在具體應用隧道施工技術時，一定要了解工程概況、水文地質、周邊環境。這樣才能科學設計隧道，合理選擇施工技術，從而保證隧道設計質量。

1.1 概況

其中包括隧道全長、地層厚度、隧道斷面等。需要注意的是應完全掌握隧道斷面的開挖寬度、開挖高度、開挖面積等數據資料。本文主要以某城市輕軌工程中的某一站隧道建設為例。其中隧道全長為190 m，隧道橫跨四個高度的斷面。另外，其開挖寬度約(22±0.3)m，開挖高度約(20.3±0.4)m。隧道結構為直墻拱形斷面、復合式襯砌結構。

1.2 水文地質

更好地了解水文地質條件，有利于科學選擇支護技術，且更能保證地表不會塌陷，影響到工程施工質量。該工程的地質環境比較復雜。其中地層最上層主要是夾雜砂質粘土的普通土，下層為基巖，呈厚層狀，且質地非常堅硬。另外，隧道范圍內的地下水量較少，且只有上層含有少量滯水。

1.3 周邊環境

該車站隧道建設部分原為步行街。其沿線兩側有酒店、電影院、百貨大樓等多個高層建筑。其中百貨大樓還屬于超高層建筑，與工程開挖的邊界距離約為12 m。距離工程最近的酒店，其地下室邊界與開挖邊界距離僅4.5 m。另外，車站隧道穿過20條防空洞。防空洞的高度為2.5 m，橫縱跨度為4 m左右。且距離車站洞室中線在0 m～18 m范圍內，對隧道工程的施工影響非常大。

2 隧道施工技術

2.1 隧道開挖支護技術

從上述描述中能夠了解到該車站的圍巖條件較好，利于大斷面開挖施工。但即便如此，其周邊環境非常復雜。在開挖時，施工單位必須要考慮如何保證圍巖的穩定，減少不良施工環境對隧道工程施工的影響。這也就意味著，施工單位應選擇合理的開挖方法。結合工程實際，施工單位選擇了雙側壁導坑分部開挖及側壁三臺階開挖技術。所謂三臺階開挖技術，是指按照以弧形導坑開挖留核心土的工作模式，將斷面分為上中下三個臺階七個開挖面，然后平行推進。其主要施工流程是：先進行上部弧形導坑的環型開挖，并做好拱部支護。而后，在中下臺階的開挖中要左右錯開，并做好墻部支護。最后，進行核心土隧道底部的開挖，并做好隧道底部的支護。另外，在該施工過程中，所有的初期支護多是以新奧法施工原理為基礎，結合噴錨網格柵支撐結構。

2.2 微震爆破技術

考慮到隧道工程的周邊環境比較復雜，施工單位可采用合適的爆破技術，盡量控制爆破規模，削弱爆破震動強度。這樣才能保證大斷面開挖技術，并提高工程施工效率。

依據該車站隧道的工程概況，應將爆破對周邊建筑物的振動波速控制在(1.8±0.2)cm/s。也就是將爆破噪聲、爆破強度控制安全范圍內。對此，施工單位可參考行業標準、國家法規。但是在控制其爆破強度時，還應當保證其爆破效果，為后續隧道斷面的施工奠定基礎。另外，依據工程實際，施工單位采用了以光面爆破技術為基礎的威震爆破技術。但需注意在實際應用中還應做好爆破參數的設計、減震措施的使用。首先，在爆破參數設計方面，可依據公式計算其單段爆破藥量。同時，還應當采用工程類比法進行參數合理或者依據現場試爆破進行參數調整，直至爆破參數合適。其次，還需采用有效的減震措施。比如采用隔孔裝藥的方式，并針對不同的施工部位采用合適的爆破方式。譬如在斷面底部采用松動爆破方式。

2.3 防空洞的處理技術

防空洞對隧道的施工影響非常大。施工單位應采取有效的處理技術，解決防空洞與隧道的重疊、交叉問題，保證工程質量。

需要注意的是在隧道開挖施工前，應提前進行防空洞的處理。若是兩者并未貫穿，則可采用錨噴支護技術進行防空洞的加固，并進行混凝土的回填，使其與周邊圍巖、支護結構共同承載負荷。若是貫穿情況，則可將兩者的交叉處進行支護。支護方法可仍采用錨噴支護。隨后，再進行隧道的導坑開挖與支護，以便將防空洞支護與隧道的支護連成一體。最后，再進行防空洞支護部分的混凝土回填。但在這一過程中，施工單位應當合理控制其圍巖深度、錨桿長度、間距。

2.4 全面襯砌技術

超大斷面的施工面積非常大，混凝土的用量也非常大。對此，施工單位可采用分部分的襯砌方法，滿足隧道超大斷面的施工需求。但為了保證工程質量，提升支護結構的防水能力，施工單位還可采用全斷面襯砌技術。實踐證明，全斷面襯砌技術不僅能保證斷面施工質量，而且還能解決大體積混凝土灌注問題。

首先，施工單位可嘗試應用全斷面襯砌臺車。這種施工車的液壓系統壓力、豎向油缸行程等運行參數能滿足施工條件。而且其整體強度、穩定性較好。其次，全斷面襯砌施工技術要點包括：

1)宜將混凝土灌注速度控制在(4.4±0.9)m3/h，以保證臺車的混凝土澆筑質量。2)在施工中，需對臺車進行變形監測，確認其變形量在允許范圍內。3)在澆灌、搗固時，可按照上下分層、左右對稱的方式進行操作。這樣更能保證混凝土灌注質量。4)及時做好混凝土的養護。通常可采用水霧養護方式。同時，應盡量確認混凝土的強度能達到2.5 MPa。

2.5 圍巖與支護變形及受力的監測技術

首先，開挖引起的位移問題。比如隧道的初期支護位移。一般可設置拱頂下沉測點、水平收斂測線，進行隧道圍巖、支護結構的變形。雖然隧道變形對開挖施工的影響非常大，但是其變形在掌子面通過后的半個月左右就會逐漸趨于穩定。又如對于地表沉降問題，可沿車站中軸線縱向設置觀測點，其觀測點間距可控制10 m左右。同時，考慮到開挖也會造成地面沉降，還可沿在其橫向上設置觀測點，并將其間距控制在5 m左右。如果其地表沉降監測值為零，則表明開挖沒有引起地表沉降。其次，在初期支護受力監測方面。主要是對錨桿應力、格柵拱應力、噴層應力、臨時鋼支撐應力等應力的監測，其測點布置需結合實際情況。譬如其對于格柵拱應力，應對稱設置監測點。

綜上所述，隧道工程的施工應考慮復雜的周邊環境，并結合淺埋超大斷面的施工特點，采用合適的隧道施工方法。但最重要的是應當依據工程實際，科學選擇支護技術、爆破技術、監測技術等施工技術。只有這樣才能保證隧道工程的施工質量，提升隧道工程的安全性、穩定性。