市政工程隧道施工中的淺埋暗挖技術(shù)分析

萬(wàn)超

（南昌市政公用工程項(xiàng)目管理有限公司，江西南昌 330000）

1 市政工程隧道施工特殊性

市政工程項(xiàng)目建設(shè)期間隧道開(kāi)挖工程影響因素眾多，環(huán)境條件復(fù)雜，地下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且土質(zhì)條件不穩(wěn)定，都會(huì)對(duì)開(kāi)挖作業(yè)質(zhì)量及開(kāi)挖期間安全性產(chǎn)生不良影響。具體而言，市政工程隧道施工的特殊性主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）環(huán)境條件復(fù)雜。市政工程隧道施工地質(zhì)條件復(fù)雜程度高，開(kāi)挖方案的設(shè)計(jì)與執(zhí)行必須綜合對(duì)上部既有建筑結(jié)構(gòu)、交通負(fù)載量及管線(xiàn)布置方案等因素的考量，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式提高開(kāi)挖方案適應(yīng)性。由于隧道開(kāi)挖所處地層土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散甚至呈流態(tài)，管線(xiàn)、道路施工及遷移問(wèn)題，結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)可能有漏水、沉積問(wèn)題，地下水補(bǔ)給平衡等，都可能在一定程度上影響開(kāi)挖作業(yè)的順利進(jìn)行。

（2）地下管線(xiàn)滲漏。考慮上層滯水及穩(wěn)定性要求，需要充分了解水源補(bǔ)給情況，根據(jù)穩(wěn)定性范圍及結(jié)構(gòu)，做好地下管線(xiàn)的布控工作。隧道開(kāi)挖過(guò)程中若施工順序不利于地層穩(wěn)定，則勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致工程風(fēng)險(xiǎn)的增加。

（3）土質(zhì)條件不穩(wěn)定。隧道開(kāi)挖區(qū)域內(nèi)土質(zhì)條件不穩(wěn)定，如以軟土層為主，則必須在開(kāi)挖前期對(duì)軟化、崩塌風(fēng)險(xiǎn)較高的巖石區(qū)段進(jìn)行處理。當(dāng)隧道穿越地層以砂質(zhì)粘性土為主時(shí)，周邊圍巖結(jié)構(gòu)可能受自身重力影響產(chǎn)生松弛或變形問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致坍塌，如不加強(qiáng)地表控制，可能因喪失穩(wěn)定性影響施工。

2 淺埋暗挖技術(shù)原理與適用范圍

淺埋暗挖技術(shù)基于新奧法施工原理，將信息化設(shè)計(jì)方案及施工技術(shù)引入其中，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制等施工基本環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)性要求。基本荷載作用力由初期支護(hù)及復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)同步承擔(dān)，二次襯砌結(jié)構(gòu)作為安全儲(chǔ)備使用，特殊荷載作用力則由初期支護(hù)及二次襯砌結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)。超前支護(hù)等技術(shù)的應(yīng)用，改善加固圍巖結(jié)構(gòu)，充分調(diào)動(dòng)圍巖結(jié)構(gòu)自身承載作用力，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)不同開(kāi)挖技術(shù)的應(yīng)用，與既有圍巖結(jié)構(gòu)配合形成一個(gè)完整的支護(hù)結(jié)構(gòu)，保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的順利進(jìn)行及施工期間的安全性。目前，在地鐵開(kāi)挖、地下停車(chē)場(chǎng)建設(shè)及地下綜合管線(xiàn)埋設(shè)等大量工程實(shí)踐中，均對(duì)淺埋暗挖技術(shù)進(jìn)行深入的應(yīng)用與嘗試，取得豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

3 淺埋暗挖關(guān)鍵技術(shù)

3.1 管棚支護(hù)技術(shù)

淺埋暗挖施工技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中對(duì)預(yù)支護(hù)技術(shù)的要求非常嚴(yán)格，對(duì)整個(gè)淺埋暗挖施工作業(yè)的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。與其他超前支護(hù)施工技術(shù)相比，管棚支護(hù)技術(shù)展現(xiàn)出良好的成本性及效率性?xún)?yōu)勢(shì)，因而應(yīng)用尤為廣泛。根據(jù)管徑大小可將管棚支護(hù)技術(shù)分為3 種類(lèi)型：①管徑低于129.0mm 的小管棚支護(hù)體系；②管徑在129.0～299.0mm 范圍內(nèi)的中管棚支護(hù)體系；③管徑在300.0mm以上的大管棚支護(hù)體系。管棚有著較高的直徑及剛度水平，在鋼管兩側(cè)支撐梁剛度水平充足的情況下，開(kāi)挖所致變形量可控制在合理范圍內(nèi)。為在隧道斷面開(kāi)挖過(guò)程中形成管棚，不但需要滿(mǎn)足管間軟弱圍巖結(jié)構(gòu)形成微拱，還應(yīng)具備數(shù)量充足且可實(shí)現(xiàn)圍巖結(jié)構(gòu)壓力擴(kuò)散與傳遞的桿件結(jié)構(gòu)。圖1 為淺埋暗挖技術(shù)中管棚支護(hù)的基本施工方案示意，結(jié)合圖1，對(duì)于開(kāi)挖作業(yè)面1 而言，開(kāi)挖前方管棚直接埋入圍巖結(jié)構(gòu)當(dāng)中，利用此種方式起到約束管棚變形的目的，同時(shí)加固開(kāi)挖掌子面前方圍巖結(jié)構(gòu)體，控制因開(kāi)挖作業(yè)所釋放應(yīng)力。目前針對(duì)管棚法的設(shè)計(jì)仍以工程類(lèi)比及經(jīng)驗(yàn)法為主，設(shè)計(jì)期間必須對(duì)管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)受工況轉(zhuǎn)換的影響及其呈現(xiàn)特征進(jìn)行深入分析，以二次襯砌及開(kāi)挖應(yīng)力釋放階段為重點(diǎn)，對(duì)管棚設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理優(yōu)化。

3.2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工技術(shù)

淺埋暗挖隧道開(kāi)挖過(guò)程中的常見(jiàn)開(kāi)挖技術(shù)方法包括全斷面開(kāi)挖、臺(tái)階開(kāi)挖、中隔墻開(kāi)挖等，其基本施工流程如圖2 所示。在斷面開(kāi)挖期間同步展開(kāi)澆筑加固施工作業(yè)，由于土層在一定時(shí)間內(nèi)具有良好的自穩(wěn)性能，因此可通過(guò)配合網(wǎng)狀支護(hù)結(jié)構(gòu)的方式，在開(kāi)挖土層表面形成一個(gè)可靠的支護(hù)結(jié)構(gòu)（該支護(hù)結(jié)構(gòu)具有薄壁性的特點(diǎn)），部分荷載作用力借助于中隔壁及中隔板承擔(dān)。在淺埋暗挖技術(shù)中，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工技術(shù)安全度高，尤其對(duì)大斷面開(kāi)挖有良好的適用性，但工序多且施工步驟復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖期間存在較多的擾動(dòng)性因素，因此施工人員必須高度重視保證隧道開(kāi)挖初期支護(hù)進(jìn)度及圍巖結(jié)構(gòu)支護(hù)體系安全性的問(wèn)題。

圖2 淺埋暗挖隧道施工基本流程

3.3 施工質(zhì)量控制措施

為更好地控制施工質(zhì)量，必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)量是非常重要的部分，必須對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)中每個(gè)情況實(shí)施檢測(cè)，才能確保施工質(zhì)量以及施工安全性，最為重要的則是可有效控制沉陷以及變形的問(wèn)題。測(cè)量項(xiàng)目中的應(yīng)測(cè)項(xiàng)目，針對(duì)地質(zhì)情況以及支護(hù)進(jìn)行詳細(xì)觀察，分析其周邊可能存在的拱頂下沉以及位移問(wèn)題，然后找出合理施工處理措施，選擇合適的施工工具。選測(cè)項(xiàng)目則是對(duì)于地表下沉問(wèn)題、圍巖壓力、圍巖體內(nèi)位移等要素進(jìn)行控制，從而嚴(yán)格控制各個(gè)施工環(huán)節(jié)，保證施工質(zhì)量。

4 工程實(shí)例

某市政工程隧道開(kāi)挖項(xiàng)目位于A 市西北郊區(qū)，隧道線(xiàn)路呈南北走向，穿越半山，東西向輔道與320 國(guó)道在平面上呈重合關(guān)系，隧道采用雙洞單向行車(chē)三車(chē)道形式，左線(xiàn)長(zhǎng)度1110.0m，右線(xiàn)長(zhǎng)度1118.0m，總線(xiàn)長(zhǎng)度2228.0m，其中明洞段總長(zhǎng)度為32.0m，暗洞段總長(zhǎng)度為2196.0m。隧道開(kāi)挖施工現(xiàn)場(chǎng)山坡覆蓋層厚度較低，植被以灌木叢為主，發(fā)育度成熟，自然山坡穩(wěn)定。

根據(jù)該市政工程隧道開(kāi)挖的工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況勘查資料，隧道洞身斷層發(fā)育程度較高，斷層周邊巖體破碎程度高，次生小斷裂以及褶曲較為發(fā)育，地下水以基巖裂隙水為主，汛期會(huì)對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生一定程度影響，坍塌可能性較高，在隧道開(kāi)挖施工中必須引起作業(yè)人員的高度重視。

隧道圍巖出口段、圍巖加強(qiáng)段遵循淺埋暗挖施工原則，采用大管棚超前支護(hù)結(jié)合雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工方案。首先對(duì)兩側(cè)導(dǎo)坑上部進(jìn)行開(kāi)挖及施工作業(yè)。具體操作步驟如下：首先進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿加固處理，然后分別對(duì)兩側(cè)上部進(jìn)行開(kāi)挖，循環(huán)進(jìn)尺按0.5m 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，一側(cè)上部開(kāi)挖落后4.0～5.0m 即可。初噴混凝土厚度按5.0～6.0cm 標(biāo)準(zhǔn)控制，兩側(cè)開(kāi)挖作業(yè)循環(huán)進(jìn)尺按1.0m標(biāo)準(zhǔn)控制，初噴混凝土厚度按5.0～6.0cm 標(biāo)準(zhǔn)控制，在此基礎(chǔ)上完成格柵鋼架安裝作業(yè)及鋼筋網(wǎng)掛設(shè)作業(yè)，二次復(fù)噴混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)。

在此基礎(chǔ)上，依次進(jìn)行中間上部及中間下部的開(kāi)挖作業(yè)。首先進(jìn)行超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固施工，然后開(kāi)挖斷面土石方，初噴混凝土厚度控制在5.0～6.0cm 范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上完成鋼格柵安裝作業(yè)并焊接縱向連接筋，將鋼筋網(wǎng)架設(shè)于鋼架間，安排專(zhuān)人對(duì)中隔板、隔壁支撐情況進(jìn)行檢查，分析支護(hù)體系下開(kāi)挖結(jié)構(gòu)的變形收斂情況，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后方可轉(zhuǎn)入中間下部開(kāi)挖作業(yè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

淺埋暗挖法施工技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用于市政工程隧道開(kāi)挖作業(yè)實(shí)踐中，隨著相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的不斷累積，展現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟(jì)性及適用性?xún)?yōu)勢(shì)。