淺埋暗挖技術(shù)在市政工程隧道工程中的應(yīng)用

摘" 要：為提高淺埋暗挖技術(shù)水平，并研究其在市政工程隧道工程中的應(yīng)用效果，采取系統(tǒng)總結(jié)的方法分析淺埋暗挖技術(shù)在市政隧道工程施工活動中的工藝流程和技術(shù)操作要點，依托淺埋暗挖技術(shù)來建立一套更為合理的施工技術(shù)方案。并深入研究隧道施工期間面臨的重難點問題，以問題解決為技術(shù)應(yīng)用導向，從多個層面提出相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用策略。結(jié)果表明淺埋暗挖技術(shù)適應(yīng)性好、操作簡便，將其運用于市政隧道工程中能夠適應(yīng)各類復(fù)雜環(huán)境，保證施工任務(wù)順利完成。

關(guān)鍵詞：市政隧道工程；淺埋暗挖；施工技術(shù)；工藝流程；應(yīng)用策略

中圖分類號：U455" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）17-0185-04

Abstract： In order to improve the level of shallow buried excavation technology， and study its application effect in municipal engineering tunnel engineering. The method of systematic summary is adopted to analyze the process flow and technical operation points of shallow buried excavation technology in municipal tunnel construction activities， and a more reasonable construction technology scheme is established relying on shallow buried excavation technology. The key and difficult problems faced during tunnel construction shall be studied in depth， and the application strategies of relevant technologies shall be proposed from multiple levels with problem solving as the technology application orientation. The results show that the shallow underground excavation technology has good adaptability and simple operation， and can adapt to various complex environments and ensure the smooth implementation of construction tasks when applied to municipal tunnel projects.

Keywords： municipal tunnel engineering; shallow underground excavation; construction technology; technological process; application strategy

近年來，淺埋暗挖技術(shù)在市政隧道工程中得到推廣普及，在距離地表較近的地下空間內(nèi)暗挖洞室、施作隧道結(jié)構(gòu)，這對減小施工擾動、適應(yīng)周邊復(fù)雜環(huán)境、把控工程造價成本有著重要現(xiàn)實意義。與此同時，在隧道淺埋暗挖施工期間，隧道變形、地表沉降等問題時有出現(xiàn)，存在質(zhì)量安全隱患，限制了技術(shù)功能效用發(fā)揮。對隧道淺埋暗挖施工技術(shù)的應(yīng)用探討、優(yōu)化改進，是有效規(guī)避風險事故的重要舉措，也是推動市政隧道施工體系創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵，本文就此開展研究。

1" 市政隧道淺埋暗挖施工技術(shù)的工藝流程及操作要點

1.1" 超前支護

在超前支護環(huán)節(jié)，施工單位應(yīng)根據(jù)大斷面工藝做法來選擇支護形式。第一，在選取雙側(cè)壁導坑法時，施工人員在隧道拱部開展超前支護作業(yè)，使用小導管進行注漿作業(yè)，后續(xù)在兩側(cè)部位施作導坑超前小導管，通過注漿處理來加固地層，待漿液凝固后即可開挖上臺階、施作初期支護。第二，在選取三聯(lián)拱法時，采取大管棚+小導管的聯(lián)合支護形式，施工人員提前在隧道拱部鉆進成孔，孔內(nèi)設(shè)置超前導管，把導管外插角控制在10°～15°以內(nèi)，在導管上每榀格柵打設(shè)一環(huán)，檢查導管長度、間距值是否達標，確定無誤后，再搭設(shè)超前大管棚，鋼管一端切割為尖頭，按照風槍頂進做法把鋼管布置就位，保持管棚、超前小導管二者相同的環(huán)向間距值[1]。最后，在工作面上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，噴射5 cm厚混凝土面層，面層凝結(jié)硬化后形成止?jié){墻，起到預(yù)防拱部坍塌、加固拱部土體的作用。

1.2" 土方開挖

在土方開挖環(huán)節(jié)，正常情況下采取臺階法即可（圖1），施工人員把斷面劃分為上下臺階2部分，率先開挖上臺階，開挖期間保留核心土，把臺階長度保持在1.5倍洞徑左右，把核心土寬度與高度分別控制在2.5 m和1.5 m左右，把上臺臺階縱距值控制在4.0 m左右。隨后，開挖下臺階，施工人員率先挖設(shè)兩側(cè)土體，在開挖面上搭設(shè)邊墻初期支護結(jié)構(gòu)，再開挖中間部位土體，在開挖面施作仰拱。最后，在各道開挖步驟結(jié)束后，都需要在掌子面上掛靠鋼筋網(wǎng)片與噴射混凝土面層，面層凝結(jié)后起到封閉作用，需要把面層厚度控制在5 cm左右，盡量使用早強混凝土材料。

1.3" 初期支護

待隧道土方開挖結(jié)束后，為縮短開挖面暴露時間、預(yù)防隧道坍塌等安全事故出現(xiàn)，施工人員應(yīng)在短時間內(nèi)搭設(shè)初期支護結(jié)構(gòu)。正常情況下，采取架立格柵+混凝土封閉的支護形式，施工過程由格柵架立、混凝土噴射2道步驟組成。第一，格柵架立。提前在隧洞外側(cè)場地把初支格柵加工成榀，檢查加工誤差是否超過10 mm，清理表面灰塵污漬，再把格柵轉(zhuǎn)運入場，在指定位置架立拼裝，必須把全部循環(huán)步長格柵均架設(shè)在相同平面中，步距差值控制在20 mm以內(nèi)，使用鋼筋縱向連接各步格柵。隨后，在格柵內(nèi)側(cè)、外側(cè)部分掛靠鋼筋網(wǎng)片，使用鐵絲等材料對鋼筋網(wǎng)與格柵進行綁扎處理，并在連接板下部設(shè)置方木、兩側(cè)打入鎖腳錨管，在錨管和格柵接觸部位進行焊接處理。第二，混凝土噴射。待格柵架立完畢后，清理施工縫與格柵表面浮土雜質(zhì)，使用噴槍按照從下到上順序分層完成面層噴射作業(yè)，保持噴射口、受噴面的垂直狀態(tài)，把單層噴射厚度保持為6～7 cm，噴射口與受噴面二者間距為0.8 m左右，各層噴射完畢后立即開展抹面作業(yè)[2]。

1.4" 背后回填注漿

為嚴格控制全斷面沉降值，有效處理初期支護結(jié)構(gòu)和背后土體空隙問題，在初期支護結(jié)構(gòu)成型后，需要立即在初支結(jié)構(gòu)背后部位注漿加固。正常情況下，在初支結(jié)構(gòu)背后部位每隔3.0 m縱向設(shè)置一組鋼管作為注漿管，在隧道拱頂、上拱兩側(cè)1/4部位額外設(shè)置一根注漿管，全面檢查注漿管數(shù)量、各根注漿管位置是否準確無誤。隨后，在現(xiàn)場準備水泥漿和注漿泵，檢查水泥漿稠度等性能是否達標，在斷面初支結(jié)構(gòu)搭設(shè)完畢后每隔5.0 m開展一次注漿作業(yè)，把注漿壓力保持在0.3～0.5 MPa區(qū)間內(nèi)，直至注漿量達標、水泥漿填滿初支背后空隙位置，如果注漿壓力大于0.5 MPa，則及時停止注漿作業(yè)。

1.5" 斷面轉(zhuǎn)換施工

在斷面轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，市政隧道工程主要采取大斷面-小斷面變換、小斷面-大斷面變換2種形式，不同形式下的斷面變換面積、工藝做法有著明顯差異，施工人員必須做到全面掌握。第一，在大斷面轉(zhuǎn)換為小斷面時，施工人員可選擇采取錯臺形式，如果大斷面任意部位開挖至設(shè)計位置后，對大斷面、小斷面間隔部位開展封堵作業(yè)并進入到小斷面當中，此項工藝做法有著斷面安全過渡、施工效率高、掌子面封端拆除作業(yè)次數(shù)少的優(yōu)勢，導洞封端作業(yè)如圖2所示。第二，在小斷面轉(zhuǎn)換為大斷面時，要求施工人員根據(jù)現(xiàn)場情況來選擇最佳變換坡度，對圍巖結(jié)構(gòu)進行超前支護，可選用格柵+混凝土面層方式進行加寬加高處理，把各榀格柵抬高0.1 m左右，以此來實現(xiàn)斷面漸變過渡。同時，設(shè)置防水板，保持初期支護結(jié)構(gòu)和防水板的緊密貼合狀態(tài)，把二襯結(jié)構(gòu)施工作為錯臺形式。

1.6" 二襯施工

在二襯施工環(huán)節(jié)，施工人員采取跳倉法開展作業(yè)。第一，在仰拱跳段中，率先拆除中隔墻，把拆除范圍控制在初期支護底板部位向上1.6 m以內(nèi)，中隔墻每拆除4 m后重復(fù)開展基面處理、防水層敷設(shè)和施作防水保護層作業(yè)，搭設(shè)工字鋼回撐件，綁扎鋼筋與現(xiàn)澆混凝土。第二，在二襯側(cè)墻跳段中，在二襯仰拱部位施工完畢后，即可施作二襯側(cè)墻，把單個施工節(jié)段長度控制在8.0 m，拆除側(cè)墻與邊墻相鄰部位的中隔壁，率先完成防水作業(yè)與鋼筋綁扎作業(yè)，隨后支設(shè)模板與澆筑混凝土，選用鋼模架支撐體系來維護模板穩(wěn)固性。第三，在側(cè)墻二襯結(jié)構(gòu)成型后，即可施作拱部二襯結(jié)構(gòu)，拆除隧道拱部中隔墻，依次在拱部開展防水作業(yè)、鋼筋綁扎作業(yè)，后續(xù)支設(shè)模板、搭設(shè)模板支撐體系與澆筑混凝土，混凝土成型、試塊強度達標后拆除模板，即可完成隧道二襯施工作業(yè)。

2" 淺埋暗挖技術(shù)在市政工程隧道工程中的應(yīng)用策略

2.1" 地面既有建筑物保護

相比于其他類型隧道工程，市政工程隧道工程普遍位于建筑物密集分布的城市區(qū)域，現(xiàn)場施工環(huán)境較為復(fù)雜，隧道開挖期間會擾動周邊土體結(jié)構(gòu)，因破壞土體應(yīng)力平衡狀態(tài)而對臨近的地表建筑物造成影響，最終引發(fā)地面建筑物彎曲變形、水平變形、傾斜變形等一系列問題出現(xiàn)[3]。簡單來講，現(xiàn)場地層與既有建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)保持相互作用關(guān)系，地層把施工擾動傳遞給地基，地基隨后傳遞給基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，最后傳遞給地表既有建筑物。

對此，施工單位需要對工程現(xiàn)場分布的地面既有建筑物采取保護措施，具體可采取樁基托換、頂升補償、注漿加固等保護措施。第一，樁基托換是在建筑物下方設(shè)置全新托換樁，把部分或全部荷載轉(zhuǎn)移到托換樁，施工人員依次完成基坑開挖、樁身和預(yù)頂承臺施工、樁頂植筋與界面處理、托換樁梁間隔部位澆灌微膨脹混凝土和基坑回填作業(yè)。第二，頂升補償是把建筑物主體結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)臨時分隔處理，在主體結(jié)構(gòu)兩側(cè)設(shè)置支撐梁與安裝千斤頂，對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采取加固措施，如果在隧道施工期間出現(xiàn)地面沉降現(xiàn)象，則使用千斤頂來提供補償，避免建筑物不均勻沉降、結(jié)構(gòu)開裂，頂升補償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。第三，注漿加固是在建筑物基礎(chǔ)所在持力地層中高壓注入水泥漿，注漿孔平面布置結(jié)構(gòu)如圖4所示。在漿液凝結(jié)后，與地層形成全新的整體結(jié)構(gòu)，起到增加持力層有效面積、提高地層強度的作用，以此來控制建筑物沉降值[4]。

2.2" 地面沉降控制

在市政隧道淺埋暗挖施工期間，受到施工擾動、土層損失、土層降水等多種因素影響，現(xiàn)場地面會產(chǎn)生一定的變形量和沉降量，嚴重時引發(fā)隧道塌陷等安全事故。例如，隧道開挖過程中會對周邊土體結(jié)構(gòu)施加擠壓作用力，致使周邊土體強制壓密，壓力作用下形成較大的孔隙水壓力，后續(xù)施工完畢、內(nèi)部水流出后土體逐漸壓縮變形，最終出現(xiàn)地層固結(jié)、沉降現(xiàn)象。同時，為妥善處理含水層，還需要在隧道開挖前進行人工降水處理，地下水位降低后的周邊土體在上重力作用下強制固結(jié)，進而造成土層體積減小、地面向下沉降的后果[5]。

為有效控制地面沉降量，減小隧道開挖作業(yè)對周邊地層造成的擾動，施工單位需要綜合采取開挖控制、優(yōu)化支護形式、富水地層結(jié)構(gòu)防水等技術(shù)措施。第一，開挖控制，提前觀察工程現(xiàn)場巖性特征，必要情況下采取超前注漿等處理方法，有效改善土體特性與提高土質(zhì)硬度，再行開展隧道開挖作業(yè)，并在開挖期間持續(xù)監(jiān)測地位位移量、地面沉降量，如果監(jiān)測值超標則停止開挖作業(yè)，問題妥善解決后再繼續(xù)開挖隧道。第二，優(yōu)化支護形式，為減輕支護結(jié)構(gòu)荷載，預(yù)防地層過度變形，可選擇取消隧道頂部兩側(cè)30°區(qū)域內(nèi)原有的錨桿支護結(jié)構(gòu)，更換為超前小導管注漿形式，把導管長度保持在3.5 m左右、導管插入破裂面以外長度值控制在1.0 m，并在初期支護步驟嚴格控制混凝土面層噴射厚度，最大噴射厚度不得超過1/40洞徑[6]。第三，富水地層結(jié)構(gòu)防水，如果隧道沿途分布富水地層，為避免初期支護結(jié)構(gòu)和圍巖結(jié)構(gòu)間隙部位形成水囊，要求施工人員在二者間隙部位壓力灌注水泥漿，在支護結(jié)構(gòu)表面設(shè)置引水盲道來排出積水，必要時額外鋪設(shè)防水板（圖5）。

2.3" 施工監(jiān)控測量

隧道開挖是市政隧道工程中風險系數(shù)最高的作業(yè)工序之一，在隧道淺埋暗挖期間，容易出現(xiàn)塌方冒頂、涌水、地表塌陷等安全事故。因此，為確?，F(xiàn)場作業(yè)安全，有效預(yù)防、減少各類工程事故的出現(xiàn)，施工單位需要同步開展施工監(jiān)控測量作業(yè)，在施工區(qū)域內(nèi)布設(shè)若干數(shù)量監(jiān)控點，把初期支護拱頂沉降、初期支護凈空收斂、建筑物沉降、地表沉降等作為監(jiān)控對象，定期采集現(xiàn)場監(jiān)測值，對比監(jiān)測值與額定值，如果二者偏差超標，則表明施工現(xiàn)場存在作業(yè)安全隱患，及時采取調(diào)整施工方案、加固支護結(jié)構(gòu)等應(yīng)對措施，必要時組織現(xiàn)場人員疏散至安全區(qū)域。例如，在拱頂沉降監(jiān)測項目中，施工人員在隧道內(nèi)每隔10～30 m布置一處拱頂下沉測點，使用到精密水準儀、鋼掛尺設(shè)備，在拱頂沉降速率超過2 mm/d時每天開展1～2次監(jiān)測作業(yè)，沉降速率低于2 mm/d時每天開展1次檢測作業(yè)。而在初期支護凈空收斂項目時，每隔10～30 m設(shè)置一處收斂測點，使用到收斂儀，收斂速率低于0.1 mm/d情況下每周開展1次監(jiān)測作業(yè)，待初期支護結(jié)構(gòu)恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)后每月開展1次監(jiān)測作業(yè)即可[7]。

3" 結(jié)束語

綜上所述，為保證市政隧道施工活動得以順利開展，做到對淺埋暗挖技術(shù)效用的完全發(fā)揮，施工單位需要提高對淺埋暗挖技術(shù)的應(yīng)用力度，正確了解工藝過程，掌握技術(shù)操作要點，嚴格把控超前支護、土方開挖等關(guān)鍵步驟的現(xiàn)場作業(yè)質(zhì)量，積極落實地面既有建筑物保護、地面沉降控制、施工監(jiān)控測量等控制策略，充分挖掘淺埋暗挖技術(shù)的應(yīng)用潛力。

參考文獻：

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