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(jìn)行鄰近施工，造成不利影響，因此今后在施工實(shí)踐中，我們一定要高度重視這方面的問題，根據(jù)實(shí)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?；诖吮疚姆治隽顺鞘械罔F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?，以調(diào)整地層圍巖的承載性能，同時使用短進(jìn)尺進(jìn)行挖掘作業(yè)，以及時建立起工程初期支護(hù)結(jié)構(gòu)并封閉成環(huán)，并由圍巖與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)形成統(tǒng)一支護(hù)體系，承載其隧道施工的壓力負(fù)荷，并在其變形作用趨于穩(wěn)定后予以二次模筑襯砌，以實(shí)現(xiàn)對隧道工程的有效施工。其中初期支護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)承載施工負(fù)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(hù)與二次襯砌構(gòu)成特殊負(fù)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(hù)建設(shè)的新式負(fù)荷支護(hù)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(hù)與二次襯砌均在地下空間內(nèi)進(jìn)行，對地面城市交通影響較小，無需中斷其交通運(yùn)行，而且淺埋暗挖施工依據(jù)實(shí)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(qiáng)。

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(shí)上，由于地下管線受到上水、雨污水、燃?xì)夤芫€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?，F(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(shí)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(shí)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(shí)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(dá)到施工目的，但不同項(xiàng)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(xiàng)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?yàn)椋盒马?xiàng)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(jìn)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(hù)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(qiáng)監(jiān)控量測，采取現(xiàn)場保護(hù)措施。第一、管線控制保護(hù)分級?？梢苑譃橐话惚Ｗo(hù)、重點(diǎn)保護(hù)和專業(yè)保護(hù)。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(diǎn)保護(hù)指的是距離結(jié)構(gòu)較近，或者距離較遠(yuǎn)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(yán)格控制施工的管線。專業(yè)保護(hù)針對的是緊鄰結(jié)構(gòu)的重要管線，往往需要專業(yè)機(jī)構(gòu)采取措施進(jìn)行預(yù)前加固，通過時還要嚴(yán)格控制施工管線。第二、施工主動控制措施。包括嚴(yán)格實(shí)施注漿控制措施，采用超前支護(hù)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(diǎn)觀測法和間接測點(diǎn)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(dá)到最佳的效果。

3.1.2 臨近建(構(gòu))筑物控制保護(hù)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(shí)力等，選擇最適宜、快速、經(jīng)濟(jì)的開挖方式和掘進(jìn)方式，最大程度的減少對周圍地層的擾動，減少沉降，保護(hù)地面既有建筑物結(jié)構(gòu)安全。從以往的施工經(jīng)驗(yàn)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(shí)際的淺埋隧道工程施工應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)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?yàn)樗淼拦こ虒儆诘叵伦鳂I(yè)，采用淺埋暗挖法進(jìn)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(shí)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(jìn)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(qiáng)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(yán)重程度；4)及時進(jìn)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(hù)后，立即通過注漿填充初期支護(hù)背后的空隙，維護(hù)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(dá)到控制地層沉降目的。

3.1.3 臨近既有線控制保護(hù)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(hù)人員必須佩戴通訊設(shè)備對講機(jī)，施工負(fù)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(hù)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(diǎn)和使用機(jī)械的數(shù)量配備相應(yīng)的防護(hù)人員，現(xiàn)場施工是通過對講機(jī)及時和駐站聯(lián)絡(luò)員和兩端防護(hù)人員聯(lián)系，防護(hù)員與駐站聯(lián)絡(luò)員通話時，必須嚴(yán)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(jī)停、一機(jī)一防護(hù)。

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(yùn)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(yuǎn)，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(xì)，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(xiàng)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(jìn)行標(biāo)識出來，進(jìn)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(jìn)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(duì)，負(fù)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(jìn)出網(wǎng)機(jī)制、既有線聯(lián)系機(jī)制、防護(hù)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(xiàng)防洪應(yīng)急預(yù)案、南充嘉陵江特大橋右線跨既有達(dá)成鐵路塔吊施工安全措施。根據(jù)施工的進(jìn)行及每道施工工序的特點(diǎn)及對既有線的影響每天進(jìn)行班前講話，定期開展安全教育培訓(xùn)，使施工人員充分認(rèn)識到每道工序的安全隱患，確保施工安全。

3.2 地層變形機(jī)理以及控制

3.2.1 超前支護(hù)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(qiáng)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(jìn)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(hù)機(jī)構(gòu)，借助小型挖掘機(jī)沿著規(guī)定臺階開挖輪廓線，預(yù)留核心土，以便于實(shí)施掏槽開挖。在此環(huán)節(jié)，還要嚴(yán)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(jìn)行噴砼以封閉，噴砼厚度要嚴(yán)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(hù)工作。在進(jìn)行網(wǎng)噴時，要進(jìn)行格柵鋼架支護(hù)，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(diǎn)周圍的松散圍巖進(jìn)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(jìn)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(yùn)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(shí)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(hù)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(hù)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(diǎn)，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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