隧道淺埋不良地質(zhì)段施工方法的優(yōu)化

劉運微 賈勛濤 康寶龍

(1.中交二公局萌興工程有限公司，陜西西安 710119; 2.長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安 710064)

隧道施工的開挖方法一般有明挖、半明挖和暗式開挖三種方式，具體選擇采用哪種開挖方式主要還是要從經(jīng)濟(jì)方面、安全方面和建造技術(shù)方面、外部環(huán)境方面等角度加以分析。明挖通常只適用于覆蓋層較薄的情況，開挖基坑在開挖作業(yè)過程中的安全與穩(wěn)定性以及基坑的排水特點是明式開挖法應(yīng)該考慮的主要問題，當(dāng)開挖地段的區(qū)域地質(zhì)所呈現(xiàn)的構(gòu)造較為復(fù)雜，且地質(zhì)構(gòu)造的裂隙節(jié)理發(fā)育和地層結(jié)構(gòu)水量大時，深進(jìn)尺的開挖極容易導(dǎo)致山體的滑坡事故。明式開挖法則是先從地面開始向下開挖鉆進(jìn)直至基坑的結(jié)構(gòu)底部，然后由下至上修建襯砌結(jié)構(gòu)，最后完成回填并打造恢復(fù)路面的過程。為了防止塌方和保證安全施工，在場地不受限制時，明式開挖具有一定深度時，土壁應(yīng)考慮做成傾斜的以保證土坡穩(wěn)定，工程上叫做放坡。半式明挖的方法則通常被應(yīng)用于較為松散的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件或隧道設(shè)計線路處于地下水位之上的條件下。暗挖作為隧道開挖施工普遍被采用的一種掘進(jìn)方法，由山體的地面層向下掘進(jìn)開挖至一定的深度以后，及時封閉隧道開挖斷面的頂部，其余的下部結(jié)構(gòu)則在封閉頂蓋后進(jìn)行完整的施工過程。明式和暗式的掘進(jìn)開挖法在二者的施工方案應(yīng)用的方面來講，淺埋隧道施工中將各具優(yōu)勢，為了能夠確定采用哪種最佳施工方案，需從施工現(xiàn)場的外部環(huán)境、施工技術(shù)、建設(shè)經(jīng)濟(jì)和施工安全等多方面進(jìn)行分析比較適用性和優(yōu)越性。

采取明式掘進(jìn)法的目的主要在于避免或減少淺埋層暗洞段施工過程中常常出現(xiàn)如涌水、坍塌冒頂、邊墻失穩(wěn)等事故災(zāi)害。但是，在通常情況下，隧道的設(shè)計位置都在山體間，凹地的土層結(jié)構(gòu)匯水量一般比較大，設(shè)計中如果沒有充分考慮到掘進(jìn)施工中的防排水問題，掘進(jìn)過程中由于水導(dǎo)致的事故災(zāi)害就必然存在，尤其是在多雨水季節(jié)，防排水問題會成為主導(dǎo)施工方法選擇與進(jìn)度控制所必然面臨的問題之一。淺埋的明洞開挖完畢之后，對于前后山體結(jié)構(gòu)土層造成的擾動極大，如果在處理方法上采取不當(dāng)，就極可能會引起大范圍或局部的山體失穩(wěn)隱患而引發(fā)山體滑坡事故。根據(jù)實際施工當(dāng)中總結(jié)的放樣經(jīng)驗來看，開挖山體段的原有施工便道將被徹底破壞，為了能夠保障隧道出口段的施工質(zhì)量安全，一般需要重修施工便道。一般情況下開挖作業(yè)場地都很狹窄，施工難以全面開展，造成一定的出渣困難。我們需要做的是根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，通過反復(fù)研究確定提出專項的整治處理施工方案。為了能夠防止地下水滲透進(jìn)入隧道開挖斷面周邊結(jié)構(gòu)土層而影響到施工安全，在山體地表進(jìn)行一定量的預(yù)注漿將會形成可靠的止水帷幕，從而確保隧道的正常施工進(jìn)程。

淺埋暗挖法相比較于其他開挖方法，具有其自身明顯的優(yōu)勢。如以城市地鐵建設(shè)項目舉例說明，淺埋暗挖法則對場地拆遷占地面積要求極小、對周邊環(huán)境和交通的影響也體現(xiàn)良好且能夠在建設(shè)投入方面節(jié)省很多。而與盾構(gòu)掘進(jìn)施工相比來看，淺埋暗挖法則將優(yōu)勢體現(xiàn)于施工過程簡單，對于大型復(fù)雜設(shè)備的要求極低，且在不同地質(zhì)、不同跨度的底層結(jié)構(gòu)施工中均適用。當(dāng)然，利弊同行，淺埋暗挖法自身方法原理上還是存在一些明顯的缺陷的，如施工進(jìn)度慢、噴射混凝土造成的空氣粉塵較大、投入勞動力量大、機(jī)械化程度不高和不適用于高位地下水土層結(jié)構(gòu)的掘進(jìn)施工(因為防排水的問題難以良好解決)。而采用這種淺埋暗挖掘進(jìn)施工法時，通常比較常用的方法是正臺階開挖法，由于這種施工方法還常常采取如全斷面法、單側(cè)壁導(dǎo)坑超前正臺階法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑正臺階法(眼睛工法)、中隔墻法等均適用于一些地質(zhì)條件較為特殊的地段。淺埋不良地質(zhì)段的隧道掘進(jìn)施工在選擇施工方法中，應(yīng)根據(jù)實地的圍巖地質(zhì)條件、水文條件、建設(shè)施工要求、機(jī)械設(shè)備和施工技術(shù)水平等多方面要求綜合考慮，最終力求確定的是一種既合理又經(jīng)濟(jì)的施工方法。由于隧道開挖是一個會受到多方面因素影響的動態(tài)施工過程，其施工過程往往主要取決于地質(zhì)水文條件，當(dāng)圍巖的地質(zhì)條件較好時，開挖施工一般先將隧道的坑道斷面開挖完再修筑必要的支護(hù)結(jié)構(gòu)，如果條件允許即可以一次性完成整個斷面的開挖掘進(jìn)，而當(dāng)隧道圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性比較差的時候則必需要按部就班地先完成斷面開挖并及時予以支護(hù)，以防止隧道圍巖結(jié)構(gòu)的變形引發(fā)進(jìn)一步的坍塌事故。二次襯砌的施工應(yīng)保證其修筑過程是先邊墻后拱圈的順序，即“先墻后拱法”。以下舉例說明：

人工作業(yè)的挖孔樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工由于其自身結(jié)構(gòu)具有設(shè)樁靈活性的特點，在隧道開挖過程中可按照圍巖地質(zhì)的特點適當(dāng)在危險開挖地段予以加密或單獨處理，亦可以加設(shè)其他臨時輔助支護(hù)措施進(jìn)行配合使用。挖孔樁的施工可以提前，占地少、施工方便和易于操作等優(yōu)點明顯，并且在對附近居民和道路建設(shè)的影響也可以控制到最小，不需要拆卸。原地貌破壞較小，山的干擾較小，有利于山體穩(wěn)定性?；炷恋慕ǔ煽梢愿鶕?jù)設(shè)計要求提前進(jìn)行地面排水，減少地表水對隧道開挖效應(yīng)。因此，挖孔樁帷幕暗挖有幾個明顯的優(yōu)勢，減少山體干擾，縮短施工工期，投資少，因此決定采用挖孔樁帷幕開挖淺段施工。實踐證明，選擇合理的施工方法，施工的隧道可以安全，及地表沉降控制在設(shè)計范圍。因此，選擇合理的施工方法是建設(shè)的關(guān)鍵。從現(xiàn)有的國內(nèi)外的工程性能和實驗研究的情況，根據(jù)經(jīng)濟(jì)、工期考慮，其工法選擇的順序為：正臺階法→上臺階設(shè)臨時仰拱閉合法→CD工法→CRD工法→眼鏡工法。從安全性角度考慮，順序正好相反。在工程實踐中，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件，截面尺寸，地面環(huán)境和其他因素的方法可以實現(xiàn)，工期，安全，適應(yīng)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)五個方面綜合考慮，選擇施工方法。使用正確的施工方法和相應(yīng)的施工輔助措施，可以做到安全、經(jīng)濟(jì)、快速施工的目的。

淺埋暗挖法在土體開挖或弱膠結(jié)砂，礫石和其他建設(shè)第四紀(jì)地層，覆跨比大于0.2的淺層地下開挖。為高一級類似的形成，阻斷水或降雨，排水等措施也可以用。特別是對結(jié)構(gòu)埋藏淺，地面交通繁忙，建筑密集，地下管線和地面沉降嚴(yán)格的城市，如建設(shè)地鐵，地下停車場，熱及電路，該方法更適合。大跨度淺埋隧道，施工方法，應(yīng)采用分區(qū)方法(CD方法)，隔斷墻交叉步方法(CRD方法)，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡工法)，拱結(jié)構(gòu)應(yīng)該是一個優(yōu)先側(cè)漂移的方法，最后以柱孔的方法。施工中必須嚴(yán)格遵守“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、快支護(hù)、緊封閉、勤量測”十八字方針，不能違背。

通過以上內(nèi)容對隧道不良地質(zhì)地段施工方法的優(yōu)化對比分析，選擇一種適應(yīng)實際隧道情況的開挖方法既能夠保證施工工期，又可以減少不必要的投入和周邊環(huán)境造成的影響。筆者旨在希望對于我國公路隧道施工能夠確保安全地施工提出個人的一些意見及建議，僅供參考。

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