富水地層隧道淺埋暗挖施工技術

王志田

（中鐵十六局集團路橋工程有限公司，北京 100018）

通常在地鐵建設時會出現隧道長度不夠、地質環境復雜、截面尺寸過小等問題，為保證地鐵施工質量，僅借助傳統盾構施工技術是不夠的。因此，為提高施工效率和質量，本文重點研究淺埋暗挖技術，對富水地層隧道淺埋暗挖技術的提升有重大幫助。

1 工程概況

橫嶺隧道起點是廣東省河源市東源縣仙塘鎮，終點是廣東省河源市紫金縣臨江鎮。隧道內單洞雙線，進出口里程分別為DK272+521.19—DK280+396，全長7 874.81m。隧道經過低矮、復雜多變的山區，沿線地形標高65.535～340.800m，測試區域標高最大值是340.80m，極差275.260m。隧道埋深12.65～201.90m。隧道起點處沒有附屬道路，交通十分不便；隧道終點有小路分流，交通較為便利。

2 隧道開挖過程控制

如果隧道因土層因素出現豎向變形或下沉現象，此時有必要對其采取支護措施。一項合理的支護方案可以提升隧道穩定性，但當支護措施不夠合理或操作不規范、不到位時，土層也很難保持平穩狀態，土層會因未及時得到支護持續下沉、變形。經數據統計，隧道埋設或地層環境等因素均會對其造成影響。在所有影響因素中，以施工方式不當所帶來的影響最為明顯。

基于暗挖施工，可充分發揮圍巖的荷載能力，由此起到初期支護效果。完成隧道開挖作業后，在圍巖荷載作用下進行噴錨處理。為進一步提升圍巖荷載力，一定要保證錨噴和圍巖黏合牢固，避免圍巖出現大幅松動，從而幫助支護與圍巖共同受力。地質環境、埋深、尺寸等是影響隧道設計的關鍵因素，當隧道周圍環境條件惡劣時，可采用環形臺階開挖法，不僅能降低施工難度，而且可有效解決城市隧道沉降的問題。降水及加固掌子面是隧道開挖之前施工的重點。

隧道工程中有“管超前、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的15字方針，是有效解決砂層沉降的法寶，保證技術操作符合方針中的要求，掌控每個施工細節。以下建議也可有效控制下沉。

1）施工時掌控好每個臺階的高低距離，盡量保證施工操作干凈利落，封閉快、早成環。

2）保證上臺階拱架和拱腳處理到位，位置保持緊密。借助水泥墊板穩固拱腳，將其放置在連接板下，同時注重鎖腳錨管及注漿質量。

3）定期在初期支護背后進行回填注漿。初期支護與土體會發生分離的情況，一方面與混凝土自重有關，另一方面則受噴射密實度的影響，此時會對初期支護和圍巖的安全產生威脅并造成土層不穩定，最終初期支護與圍巖無法共同受力。因此，時刻檢查并及時回填注漿，是保證初期支護正常使用的最大保障，有助于及時止水、鞏固承載體、改善結構的受力處境及解決地層下沉。

由于在富水砂層施工過程中圍巖的平衡時間有限，所以施工關鍵點是保證每個步驟能夠快速完成，一定要封閉快，所有步驟要在圍巖失去平衡之前完成，否則圍巖坍塌的后果十分嚴重。所以，安置拱架、噴射混凝土等步驟一定要把控好時間。能否完全控制土層下沉，不僅受到設備及優化方案的影響，而且施工工藝、操作技術也直接影響土層下沉，存在的影響因素頗多，常見的有拱架焊接工作、臺階間距及連接筋等，以上任何一個步驟不符合操作規范都會導致土層沉降，更嚴重的會導致塌方。

3 富水地層鐵路隧道淺埋暗挖施工技術

3.1 研究計算數值

1）無核心土無超前支護臺階法的計算結果 因為隧道開挖越深，就會釋放出更大的應力，這是導致地層變形的關鍵因素，所以在隧道施工期間應該著重注意釋放應力。因為應力同時會引起地層變形，如果開挖的上臺階長度小于1.5m，不會影響地層變形，往往開挖時隧道工作面的前、后方20m周圍是出現地層沉降頻率最高的地點。同時，位于隧道拱腳上部的地層結構穩定性不足，極易出現變形，而隧道底部則設置回彈區，因此在實際施工過程中應注重仰拱部分的施工。空間效應是隧道工程的常見現象，也是引起地表沉降的主要原因，所以施工時要十分關注該處，地表沉降總量會達到60%，主要沉降地點是開挖面10～20倍洞徑范圍之內。如果開挖長度小于1.5m，不會影響地層變形，隧道地表才可穩定。

2）采用無核心土無超前支護 當隧道施工借助這種方法時，要采取開挖上臺階進尺2m的臺階。各施工步驟沉降量如圖1所示。

圖1 各施工步驟沉降槽

由圖1看出，超前支護臺階法與無超前支護臺階法對底層變形有不同的作用。比較2種方法，超前支護可起到控制地層變形的作用，并且在地表沉降方面第1種方法比第2種方法多80%。隧道中變形最嚴重的區域集中在開挖面前后20m之內的地層，整體以“V”形擴散。隨著隧道開挖位置的改變，地表沉降現象也存在明顯差異。經驗表明，在對上臺階部分進行開挖時地表沉降最明顯，所以在施工期間要有效控制上臺階開挖所造成的影響，以防后患。同時，開挖下臺階也會對地層造成一定影響，所以隧道施工初期的支護工作不可避免。

無核心土無超前支護臺階法、單側壁導坑法具有較高的相似性，具體體現在地表沉降、地層變形等方面。但如果比較單側壁導坑法和無超前支護無核心土臺階法所引起的地表沉降和地層變形程度，前者明顯要小于后者。基于數據統計可知，單側壁導坑法可起到良好的地表變形控制效果，基于此方法所產生的地表沉降及地層變形均得到良好地控制，還有助于鞏固拱頂，不會引起隧道拱頂出現受拉情況。

比較單側壁導坑法與臺階法，前者可更有效地控制隧道圍巖的變形，不過其施工技術要求較高，而且節點處沒有足夠條件對隧道進行防水。比較多種數據、施工技術、后期效果，發現無核心土有超前支護臺階法也能有效控制隧道圍巖變形。本隧道工程最終決定采取無核心土有超前支護臺階法。

3.2 研究計算結果

對上述資料進行分析可知，無論是否存在地下水，所對應的地表沉降槽曲線形狀均大體相當。但比較隧道施工區域存在地下水和不存在地下水的情況，兩者對地表沉降的影響也不同，隧道存在地下水時地表沉降會增加40%。顯而易見，前者造成的后果更為嚴重，這與地層中的水體出現持續下降的現象密切關聯，在孔隙水壓力持續減少的影響下必然會導致地表出現沉降現象。由此可知，在圍繞富水段展開淺埋暗挖施工時，應格外注重地下水所帶來的影響（見圖2）。

由圖2可知，盡管地下水并不會對地層變形等方面造成影響，但它會加劇拱頂沉降程度，且沉降區主要集中在隧道上方地表25m區域。

圖2 隧道地表沉降槽

3.3 計算結果分析

為確保數值計算準確性、可靠性及合理性，在本次隧道工程開挖施工期間，對隧道的地表沉降、水平收斂、拱頂沉降進行監測。拱頂及地表沉降監測結果如圖3所示。

圖3 拱頂與地表沉降

由圖3可知，當考慮地下水所帶來的影響后，地表沉降實測結果與預期值具有高度相似性。無論是否考慮地下水的影響，實測的水平收斂變形現象都極為微弱，盡管其不會帶來明顯影響，但并不代表施工中可忽略此部分因素。隨著隧道埋深的加大，此時對應的拱頂及地表沉降現象也更明顯，開挖隧道過程中會對地層變形造成影響。

4 結語

淺埋暗挖施工是隧道施工中的關鍵技術，施工效率較高，拆遷量較少，在施工中靈活性較高，對于富水地層環境而言具有較高可行性，是隧道工程不可缺少的一部分。本文圍繞淺埋暗挖施工展開探討，提出其應用方法，實際成果表明此方式具有良好的可行性，可顯著提升施工質量。