隧道明挖法施工技术探析

摘要:随着城市现代化的水平不断提高,城镇居民生活水平的改善,城市交通拥塞不畅的现状,已成为制约城市经济持续发展的重要因素。利用地下空间,修建箱式隧道已成为缓解城市交通拥塞的一种有效途径。文章结合工程实践,对市政箱式隧道的施工技术进行了分析、研究、总结。

关键词:市政工程;隧道明挖法;深基坑开挖

中图分类号:U455文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)35-0161-02

在箱式隧道埋深较浅且周围环境较空阔简单的条件下,或隧道埋置范围内地下障碍物较多的场区(如古堤坝段、古城墙遗址、古河道河坎分布区等),地下木桩、块石杂乱分布,其性质和分布范围又难以查明,若采用顶进法、盾构法等方法施工,难度甚大,多选用明挖法施工方法。明挖法的优点是施工机械设备简单,对一些地下障碍物容易处理,其工程进度和投资也容易控制,一般说来,明挖法的成本较低,隧道质量也易保证,在条件许可的情况下,常为箱式隧道施工的首选方法。

一、施工准备

(一)施工准备工作

熟悉工程图纸,收集周围环境资料,充分了解场区的工程地质与水文地质条件,特别是周围各种地下市政管线分布情况及其使用状况,附近建筑物的基础结构及使用功能要求,有否文物需要保护等必须调查清楚。在调查与收集现场资料的基础上,进行分析、研究,制定较完善的施工组织设计,施工组织设计中,除了常规的内容外,特别对周围建筑物和地下管线的保护,要有详细的严谨的方案,若有交通组织要求,还得有专项的交通组织实施方案。这些重要专项方案,必要时应组织专家进行论证。

(二)施工工序

一般的隧道明挖法施工的施工工序如下:测量放样→地基加固→基坑支护→基坑降水→基坑开挖→模板工程→钢筋工程→大体积箱体混凝土浇筑→箱体防水施工→基坑回填→设备安装→隧道装饰→竣工验收。在全过程中实施信息化监测。

二、隧道施工

(一)基坑开挖

1.分层开挖。当基坑开挖深度大于目前常用挖土机最大挖土深度(一般小于5m)时,可采用分层开挖。分层的主要依据是:基坑开挖深度、现有挖土机的合理挖土深度、土质、水位情况以及综合考虑基坑的其他要求和做法等。

2.坡道的开设。坡道的开设要根据机械设备、开行路线以及施工现场的情况而定,坡道开设是否合理是深基坑土方施工成败的关键之一。坡道的宽度一般为6~8m,坡度1:6~10。坡道可开设在坑外或坑内,也可采用坑内外相结合的办法,其中坡道若设在坑内可节省场地,但将给坡道处理带来一定困难。

3.施工防陷措施。分层开挖要考虑水位和土质情况,分层的底标高要高出实际地下水位0.5m以上,应尽量避免落在含水量大的软土层上。如不可避免时,要采取防陷措施。土层含水量大的软土层造成机械陷车时,应铺垫30~50cm厚的砂石或粗粒塘渣,以稳定工作面。铺垫厚度可根据土质以及工作面可能晾晒的时间来确定,也可铺垫木排,路基道板等。

4.排水方法。确定排水方法要综合分析土质情况,特别是渗透系数,基坑开挖深度和宽度以及场地情况等技术资料,对各种排水方法的技术经济效果进行优化对比。软土地基中的基坑开挖一般采用明排水方法。

5.机械设备。城市建设中深基坑的开挖,一般选择反铲挖土机配备自卸车进行挖土施工。当基坑较深且土质较差、不宜采用分层开挖的深窄基槽时,也可选择拉铲或抓铲挖土机配备自卸车进行挖土施工,但挖土效率比反铲挖土机低20%~50%。挖土机的选择主要以基槽的开挖深度、断面尺寸或土质情况为依据;而一个工作面或一个施工段所配备的挖土机数量最主要考虑工作面大小、土方量、施工进度要求、坡道及道路情况以及经济效果等综合因素。

(二)模板工程

采用复合模板,板厚1.5cm;隧道墙和顶板的模板最好一次支设,以增强刚度;支模时,墙、顶的洞口均须留成阶梯形的喇叭口(内小外大);模板支架必须具有足够的刚度、强度和稳定性,要能承受新浇砼的重量、侧压力以及施工荷载,因此对支模材料及其牢固程度等问题要通过支架设计验算;隧道内的顶板支架在隧道的两端和分段处应设横向剪刀撑,隧道外墙的支架要加斜撑,以保证隧道模板的稳定为满足抗渗和美观要求,隧道墙的穿墙螺栓拉杆外露部分用气焊割去,用防水沙浆抹平。

(三)大体积混凝土浇筑

大体积混凝土施工易产生裂缝,产生裂缝有各方面的原因,如分段是否妥当、结构形式及约束情况,混凝土的均匀性、原材料质量、模板刚度,环境温度等,都可能引起大体积混凝土的裂缝,其中温度裂缝是主要现象。因此,施工时要严格控制温度及混凝土配合比,保证混凝土质量均匀,振捣密实,养护保温及时。故施工时应严格做好以下几点:

1.材料:石子中的含泥量不超过1%;粗砂中的含泥量不超过3%(平均粒径不大于0.5mm);水泥应采用低水化热水泥,并可掺一定量的粉煤灰。原材料均应做抽样试验。

2.原材料及外加剂配合比要准确。

3.混凝土必须保证搅拌均匀。自拌砼的坍落度要严格控制在2~4cm,泵送砼的坍落度控制在14cm以内。

4.硅浇筑时不得产生离析,混凝土自高处倾落时,其自由倾落高度不宜超过2m,当超过2m时,应用串筒或斜槽下料。若采用泵送硅应将导管放低,减小硅对模板的冲击力。

5.墙体混凝土采用分层水平浇筑时,每层厚度宜30~50cm。上下层间隔时间不得超过1.5h,并使浇筑后的砼温度分布比较均匀。但应注意表面水分蒸发或受冻。浇筑砼时应分别从两头同步循环往上浇筑,当浇到顶板底时,稍待沉实后,从一端向另一端浇筑硅顶板。

6.混凝土的温度控制要求:若混凝土内部与表面温度差及混凝土表面与环境的温度差太大,将在混凝土中产生温度应力裂缝,故须加以控制。混凝土中心与表面温度差不超过20℃,混凝土表面温度与环境温度差不超过25℃为宜。并设几个测点,采用温度计进行核对。测温工作要持续到混凝土温度与大气平均温度差在15℃内,混凝土强度达设计强度的85%以上方可停止。

三、施工监测

进行深基坑开挖常会因支护结构失稳或变形过大而发生事故,此外,基坑降水也会给周围建筑物和构筑物带来不良影响,这不仅贻误工期、严重影响邻近建筑物和道路管线等公用设施的安全、造成巨大的经济损失,而且事后往往很难处理,这已为大量的工程实践所证实。而市政工程往往开挖长度较长,影响面较大,因此现场检测列为防止深基坑开挖事故发生的重要举措之一是必需的。概括起来,基坑工程进行现场检测主要有以下三点作用:

(一)指导现场施工

由于支护结构的变形和失稳并不是在瞬间发生,而是随着开挖深度的加深而逐步发展的,监测工作可以全面了解开挖过程中围护体系的实际状态,有助于正确估计开挖工程总的稳定性,为开挖施工的顺利进行以及临近建筑物、地下管线等公用设施的安全提供保证。监测过程中一旦发现异常情况,例如支护桩水平位移发展过快或绝对数值过大等,即可及时调整施工方式或采取必要的补救措施,防止事故的发生。

(二)有利于纠纷的解决

建筑物等设施的损害是否由于临近基坑开挖引起,常常造成纠纷。现场观测资料可以为纠纷的解决提供可靠的依据。

(三)校核、修正设计

将变形的观测资料与支护设计计算值进行比较,可以了解设计是否安全可靠、经济合理。如有必要可根据观测资料修正支护设计数据。但其主要目的还是配合基坑挖土施工,及时提供各项监测数据,以利分析、确保基坑和周围环境的安全,做好信息化施工,同时为类似工程提供各项监测数据,并积累经验。

四、结语

明挖法具有施工机械简便、通用,工程造价较低,遇到障碍物容易处理等优点,当隧道埋深较浅,周围环境要求不太苛求的情况下,当属首选的方法。在软土地基中采用明挖法时,必须着重对基坑支护、基底涌土以及对周围建筑物及市政管线保护等问题予以高度重视。

参考文献

[1]新版建筑工程勘察设计规范汇编[M].中国建筑工业出版社,2002.

[2]上海市政工程管理局编.软土市政地下工程施工技术手册[M].1999.

[3]陈中汉,黄书秩,程丽萍.深基坑工程[M].机械工业出版社,2002.

[4]华南理工大学,浙江大学,湖南大学,等四校联编.地基及基础[M].中国建筑工业出版社.

作者简介:谢立新(1983- ),供职于龙岗区建筑工务局市政一科。