市政隧道施工淺埋暗挖技術(shù)的應用

李紹波

中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司 浙江 杭州 311122

引言

我國國土面積廣跨度大，有豐富多樣的地貌特征，并且是一個山地和丘陵區(qū)域較多的國家，因此隧道建設工作一直都較為重要，截至2022年我國有公路、鐵路隧道43000多座，其中市政公路隧道23000余座，無論是從總長度還是總數(shù)量來說，都是居于世界首位的。在這種情況下，市政隧道施工的相關(guān)技術(shù)就非常重要，為了能夠在施工中不對周邊環(huán)境和居民造成過多影響，方便快捷的進行作業(yè)，各地廣泛運用了淺埋暗挖技術(shù)，以期通過采用先進技術(shù)和設備，提高城市的交通流動性、改善城市環(huán)境和基礎設施，并為未來發(fā)展奠定堅實基礎。

1 淺埋暗挖技術(shù)概述

它是一種既省時又省力的挖掘方式，通過將挖掘機搬運到施工現(xiàn)場，利用機械設備進行挖掘作業(yè)，將地下管道、電纜或其他設施埋入地下，與傳統(tǒng)的深挖技術(shù)相比，淺埋暗挖技術(shù)在施工過程中無須過多地挖掘和回填土方，從而降低了施工的難度和成本，其核心在于減少施工對地面的破壞并避免了后續(xù)的修復工作，被廣泛用于建設城市道路、供水管道、電力線路等基礎設施，這項技術(shù)能減少施工給交通和市民生活所產(chǎn)生的干擾，同時保持城市的整體美觀和環(huán)境質(zhì)量。

2 市政隧道施工特殊性

市政隧道的施工場地通常位于城市繁忙的地下空間中，與復雜的地下管線和設施相交錯，施工空間狹小，對設備和人員要求高，需要考慮地質(zhì)條件、地下水位等因素。

2.1 環(huán)境條件復雜

在施工中不同地區(qū)的地質(zhì)情況各異，會涉及不同的土層、巖石類型和地下水位，在城市地下有各種各樣的供水、排水、電力、通信等管線網(wǎng)絡，這些管線和設施的位置和布局復雜多樣，施工期間需要非常小心以免對它們造成破壞，還需要做好對周圍環(huán)境的保護和噪音控制工作，將施工活動對周圍環(huán)境和居民的干擾降低到最小化。

2.2 土質(zhì)條件不穩(wěn)定

隧道穿越的地層中土壤的硬度和穩(wěn)定性會有所變化，存在軟土、黏土或者砂礫等不同類型的土質(zhì)，會增加挖掘和支護的難度，需要根據(jù)具體情況采取適當?shù)氖┕ご胧1]。如果地下水位較高，施工過程中會面臨水土流失、泥漿涌出或者土層液化等問題，地下水位過低也會導致土壤干燥和收縮，增加隧道結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性。

3 淺埋暗挖技術(shù)在市政隧道施工中的應用

3.1 上臺階施工

上臺階施工是在隧道的縱向方向上逐漸提升隧道底部的高度，以適應地形的變化或連接不同地下層次的需求，這種施工方式可以靈活應對地形起伏，并為市民出行提供更好的連通性和通行條件。要對隧道的底部進行適當?shù)拈_挖和準備工作，根據(jù)設計要求，在隧道底部設置預制混凝土臺階等適當?shù)闹ёo結(jié)構(gòu)，這些臺階可以根據(jù)需要的高度和坡度進行制作，并在隧道內(nèi)部安裝。使用起重機或其他升降設備，將預制臺階逐個安裝到相應的位置，仔細測量和調(diào)整臺階的位置，以確保其垂直度和水平度，隨著臺階的逐級上升，還需使用搭接板、螺栓等連接件在每個臺階之間進行適當?shù)倪B接和加固，并注意設置完善的排水系統(tǒng)。

3.2 下臺階施工

該技術(shù)通過在地下進行開挖工作，使施工過程更加高效和便捷，施工人員會在明顯的區(qū)域處設置施工標志，并進行臨時的交通管控，接著使用液壓挖掘機或挖掘裝載機，從隧道入口處開始進行挖掘，并在隧道壁面上標示出臺階的位置和高度，沿著標示的位置逐層挖掘，使隧道壁面形成臺階狀的結(jié)構(gòu)[2]。在挖掘的過程中，施工人員需要密切配合操作，并定時將挖掘出的土方通過輸送帶或裝載車輛運出施工區(qū)域，在挖掘完成后還要進行支護工作，對施工區(qū)域做好必要的清理和修整工作，及時清除挖掘過程中產(chǎn)生的碎石、土方和垃圾等雜物，并對隧道壁面進行清潔處理。

3.3 管棚支護技術(shù)

它通過安裝特制的管道形狀結(jié)構(gòu)，將其逐段放置在預定位置，并用灌漿或其他固化材料填充，從而增強隧道的穩(wěn)定性，這種技術(shù)操作簡單高效，能夠?qū)崿F(xiàn)近乎全封閉的隧道施工，減少地下水和土壤滲入，首先要在施工區(qū)域確定好隧道的輪廓和尺寸并進行地面標記，使用適當?shù)墓ぞ吆驮O備，在地面上挖掘并形成一個開放的坑道，該坑道與將要建造的隧道平行，并具有適當?shù)拈g距，然后在坑道的兩側(cè)安裝和設置好支撐結(jié)構(gòu)，便開始進行地下挖掘工作，一旦挖掘工作完成需要使用混凝土或其他材料覆蓋隧道的壁面和頂部，當隧道施工作業(yè)完成后可以拆除支撐結(jié)構(gòu)，工程師們還根據(jù)規(guī)范和要求對端頭支撐梁結(jié)構(gòu)的剛度進行了優(yōu)化，以提升撓曲變形結(jié)構(gòu)的性能，在脆弱區(qū)域安置了微小的拱形結(jié)構(gòu)，并且引入了桿件結(jié)構(gòu)。

3.4 降水技術(shù)

降水技術(shù)的主要目的是通過合理的排水系統(tǒng)，將隧道工作面周圍的地下水位降低到施工要求的范圍內(nèi)，施工人員會進行詳細的地下水勘察和水文地質(zhì)分析，確定地下水位的變化規(guī)律和水文特征，根據(jù)勘察結(jié)果制定相應的降水方案。在主要的排水措施中，一般采用井點降水和隧道內(nèi)部降水相結(jié)合的方式，井點降水是在隧道工作面周圍鉆設降水井，將地下水抽取到地面上，起到降低地下水位的作用，隧道內(nèi)部降水則通過在隧道內(nèi)部設置排水系統(tǒng)，將隧道內(nèi)部的積水排出，保持隧道工作面的干燥。為了增加降水效果，還要使用輔助的降水設備，利用地下水處理設備對抽出的地下水進行處理，去除其中的懸浮物和污染物質(zhì)，保證排出的水質(zhì)符合環(huán)境要求，還可以利用地下水位監(jiān)測設備實時監(jiān)測地下水位的變化，根據(jù)實際情況對降水方案進行調(diào)整和優(yōu)化[3]。在降水技術(shù)的實施過程中，施工人員需要密切監(jiān)測降水效果和地下水位的變化情況，定期對地下水位進行測量和水質(zhì)檢測，及時掌握施工現(xiàn)場的情況，保證降水方案的有效性和安全性，做好應急準備措施一旦發(fā)生降水失效或其他緊急情況，能夠及時采取措施，保障施工人員的安全和工程的順利進行。

3.5 沉降控制技術(shù)

隧道施工過程中，由于土層的挖掘和支護施工，地表會發(fā)生不同程度的沉降現(xiàn)象，這種沉降會對周邊建筑物、地下管線等造成不利影響，因此需要采取措施來控制沉降的范圍和速度，沉降控制技術(shù)主要包括預測和監(jiān)測、土體改良和結(jié)構(gòu)支護等方面，通過對地質(zhì)勘察和土層性質(zhì)的分析，預測施工過程中可能發(fā)生的沉降情況，并制定相應的控制目標和措施，設置監(jiān)測點和使用監(jiān)測儀器，對施工過程中的沉降進行實時監(jiān)測和記錄，及時發(fā)現(xiàn)沉降情況的變化。為了控制沉降的范圍和速度，土體改良是常用的手段之一，利用注漿、加固樁等土體改良技術(shù)，增加土層的強度和穩(wěn)定性，減少沉降的程度，還可以采用預應力錨桿、支撐框架等結(jié)構(gòu)支護措施，增加施工過程中土層的承載能力，減小沉降對周邊建筑物的影響。通過合理的施工序列和施工方法，控制土層的開挖和支護過程降低沉降的影響，還需要根據(jù)實際情況對沉降控制措施進行調(diào)整和優(yōu)化。

3.6 遠程監(jiān)控技術(shù)

為了實時了解施工進展、監(jiān)測工程安全和管理施工人員，遠程監(jiān)控技術(shù)被廣泛應用于隧道施工管理中，要安裝各類傳感器和監(jiān)測設備，在隧道施工現(xiàn)場采集溫度、濕度、振動、位移等數(shù)據(jù)，實時傳輸至監(jiān)控中心，使用專業(yè)的軟件系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進行實時分析和處理，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的異常情況，并采取相應的措施進行調(diào)整和應對。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時觀察施工現(xiàn)場的情況，監(jiān)測施工進展、人員活動和設備運行情況，人員定位系統(tǒng)可以追蹤和監(jiān)控施工人員的位置和動態(tài)[4]；設備運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測施工設備的運行狀況，預測潛在故障并進行維護。它提高了施工現(xiàn)場的安全性，可以及時發(fā)現(xiàn)施工中的安全隱患和異常情況，采取相應的措施避免事故發(fā)生，通過遠程監(jiān)控技術(shù)對施工進度、質(zhì)量和成本進行實時監(jiān)測和管理，及時調(diào)整施工方案和資源配置，提高施工效率和工程質(zhì)量，還可以減少人力資源的消耗，提高施工管理的智能化水平。

4 優(yōu)化市政隧道施工中淺埋暗挖技術(shù)的主要方式

4.1 合理選擇開挖方法

開挖方法的選擇會直接影響到施工效率、工程質(zhì)量和安全性，在選擇開挖方法時，需要綜合考慮地質(zhì)條件、土層性質(zhì)、周邊環(huán)境和施工要求等因素，針對地質(zhì)條件和土層性質(zhì)，可以選擇適合的開挖方法。例如，在巖石地層中，可以采用鉆爆法或機械鉆孔爆破法進行開挖；在軟土地層中，可以選擇機械挖掘法或盾構(gòu)法進行開挖。通過針對不同地質(zhì)條件的合理選擇，可以提高施工效率和降低施工風險。還要考慮周邊環(huán)境對開挖方法的影響，在城市密集區(qū)域，需要考慮附近建筑物、地下管線等的保護和影響，選擇采用盾構(gòu)法或頂管法進行開挖，減少對周邊環(huán)境的影響和風險。根據(jù)隧道的設計要求和施工進度，可以選擇適合的開挖方法，在有限的時間內(nèi)追求快速施工的情況下，選擇頂管法進行快速開挖；而在對地表沉降要求較高的情況下，可以采用凍結(jié)法或土壓平衡盾構(gòu)法等進行開挖，以控制沉降的范圍和速度。此外，還可以通過創(chuàng)新和改進開挖方法，優(yōu)化施工過程，引入先進的機械設備和自動化技術(shù)，提高開挖效率和質(zhì)量，采用先進的土壤改良技術(shù)和支護體系，增強施工的安全性和穩(wěn)定性。

4.2 開挖質(zhì)量控制

施工管理團隊需要制定詳細的施工規(guī)范和操作流程，明確施工要求和質(zhì)量標準，對施工過程進行實時監(jiān)測和檢查，確保施工符合規(guī)范要求，施工設備的性能和質(zhì)量直接影響開挖效果和質(zhì)量，因此要選擇適合的設備和工具，并保持其正常運行和維護。在開挖過程中土體的支護是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，會直接影響隧道的穩(wěn)定性和安全性，合理選擇和設計支護結(jié)構(gòu)，采用合適的支護材料和技術(shù)，可以確保土體的穩(wěn)定和保持開挖斷面的形狀，通過對開挖斷面的質(zhì)量檢測和評估，及時發(fā)現(xiàn)和解決存在的問題，確保開挖質(zhì)量符合規(guī)范要求[5]。

4.3 控制混凝土裂縫

隧道結(jié)構(gòu)的混凝土裂縫會對工程的強度、密封性和耐久性產(chǎn)生不利影響，因此需要采取措施來控制和減少混凝土裂縫的發(fā)生?；炷恋呐浜媳葧苯佑绊懟炷恋膹姸群褪湛s性能，合理的配合比可以減少混凝土的收縮變形，從而降低裂縫的形成風險，在配合比設計中，需要綜合考慮水膠比、摻合料的使用、骨料的搭配等因素，采取適當?shù)臐仓绞胶凸に嚕苊膺^快或過慢的澆筑速度，防止混凝土中的內(nèi)部應力被積累，要保持適宜的濕度和溫度條件對混凝土表面進行養(yǎng)護，采用混凝土收縮劑來減少混凝土的收縮變形，采用溫度控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)混凝土的溫度變化，從而降低混凝土裂縫的風險。

5 結(jié)束語

市政隧道施工淺埋暗挖技術(shù)的應用已經(jīng)取得了顯著的成果，然而仍有進一步的發(fā)展空間，后續(xù)要集中在優(yōu)化開挖方法、改進土體支護技術(shù)、加強沉降控制和監(jiān)測手段等方面，通過提升施工效率、加強施工質(zhì)量控制以及保障施工安全，市政隧道建設將能夠更好地滿足城市發(fā)展需求。