隧道下穿地表建筑物施工技术分析

2020-03-11瞿双全

工程技术研究 2020年22期

瞿双全

（重庆曾家岩大桥建设管理有限公司，重庆 400000）

隧道工程建设数量不断增多，在很多隧道施工中，需穿越既有建筑，这不可避免地会对周边土体结构稳定性造成不良影响，破坏土体结构平衡状态，并引发地层沉降变形。在隧道工程下穿地表建筑施工中，必须选择适宜的加固施工技术，对地层、地面建筑沉降变形进行有效控制。为此，亟需对隧道下穿地表建筑物施工技术要点进行深入研究。

1 隧道开挖对既有建筑物的影响

在隧道工程暗挖施工中，如果下穿既有建筑工程，由于开挖施工可对上覆土体造成扰动作用及土体结构应力平衡易受到破坏，导致土体应力重新分布，土层发生位移，地面结构发生不均匀沉降甚至严重变形。对此，施工人员必须加强土体结构变形控制。土体结构变形受到很多因素影响，包括隧道工程埋深、开挖施工技术等。研究发现，在隧道工程下穿施工中，可适当增加隧道工程埋深，以减小对地上建筑工程的影响，需要注意，如果埋深过大，则工程造价较高，且施工技术难度较大。为此在隧道工程施工前，需全面勘察施工现场，并制订科学合理的施工方案，以保证地表建筑结构稳定性。

2 下穿建筑物施工的五种主要技术

2.1 盖挖法

（1）盖挖顺作法。在应用盖挖顺作法时，应首先在地表进行挡土结构施工；然后再向下开挖施工，并设置横撑，直至达到设计标高；接着按照从下而上的施工顺序进行主体结构和防水构造施工，并埋设管线路；最后拆除挡土结构外露部分，并恢复正常交通。

（2）盖挖逆作法。在应用盖挖逆作法时，应首先在地面向下施工，做基坑围护结构以及中间桩柱。在基坑围护结构施工中，可应用帷幕桩或地下连续墙；对于中间支撑，可采用主体结构中间立柱，这样能够有效节约施工成本。然后对表层土体进行开挖施工，直至达到主体结构顶板地面标高位置。对于没有开挖的土体，可将其作为土模进行顶板浇筑施工。对于顶板结构，可设置横撑，避免围护结构变形，在回填土施工完成后，即可恢复正常交通。最后，后续施工可在顶板覆盖以下进行，如果开挖面积较大，隧道沿线与建筑工程距离比较小，则采用盖挖逆作法。

2.2 浅埋暗挖法

在隧道工程施工中应用浅埋暗挖法，对于隧道工程，需进行两次支护施工。在第一次支护施工中，复合衬砌支护结构可有效承载基本作用力，在二次支护施工中，可对第一次支护进行有效防护，共同承载负荷作用，进而提高隧道工程结构稳定性和承载能力，避免发生地表不均匀沉降。需要注意，在应用浅埋暗挖法进行隧道工程施工时，对于初级支护，需按照从上而下的施工顺序，这样不仅能够有效提升支护结构承载能力，同时还可降低围岩结构所承受的荷载。

2.3 盾构法

我国隧道工程盾构施工技术发展迅速，应用范围广泛。盾构法在我国最早被应用于排水隧道工程施工中，随着盾构技术的不断发展，已被推广应用于地铁隧道施工中，不但施工方式快速便捷，而且安全性较高，不会对周边环境造成不良影响。现如今，在我国地铁隧道施工中，已推广应用盾构施工技术。随着盾构施工技术的快速发展，盾构机技术水平也不断提高，常用盾构机类型有区间单圆、方形断面盾构机、双圆盾构机、复合式盾构机。在大直径隧道、复杂地质隧道施工中，均可结合实际情况选择适宜的盾构机。

2.4 新奥地利隧道施工方法

隧道工程新奥地利施工技术又称新奥法，即锚喷构筑。在隧道工程施工中，新奥法也是比较常见的技术类型。在隧道工程施工中应用新奥法，对地面建筑的危害比较小，并且施工成本较低，施工方式快速便捷。不过，新奥法也有一定的弊端，即无法在有水的环境中施工，故施工前要求做好降水处理。在实际施工中，可采用分别开挖施工或全断面开挖施工的方式，然后再进行锚喷支护施工。

2.5 钻爆法

在坚硬岩石区隧道工程施工中，可应用钻爆法。在山区以及岩石地带隧道工程施工中，钻爆法的应用比较常见。钻爆法并非单一的施工技术，它可根据施工区域地质条件、水文条件等对开挖施工方式进行优化调整，根据开挖断面形式选择适宜的开挖施工技术，常用开挖方式有正、反台阶法，半、全断面开挖法等。在实际施工中，对于爆破形式以及初期支护结构，均可根据施工条件进行优化调整。

3 工程概况

某城市地铁沿线共有17座车站，在某区间隧道施工中，采用盾构施工技术，并且需下穿既有钢构桥以及铁路工程路基结构。在下穿钢构桥施工中，穿越长度为16m，埋深为10.5m；在下穿铁路工程路基结构施工中，穿越长度为33m，埋深为16m。

在该隧道工程施工中，采用盾构施工技术。在掘进施工中，首先需应用整环管片作为支护，对于管片，可拼装形成3个标准块A；然后再安装2块邻接块B；最后再进行楔形块K安装。在完成整环管片拼装施工后，在盾尾密封刷中，可采用密封油脂进行填塞处理，以避免盾尾密封刷被磨损，管片可向往盾尾后推出1200mm，然后及时完成同步注浆施工。

4 隧道下穿地表建筑物施工方案

4.1 下穿前主要措施

（1）设备保养及检修。为了保证隧道工程盾构施工的连续进行，在施工前，需对盾构机以及配套机械设备进行全面细致的检查和维护管理。尤其应注意，需重点检查盾构机螺旋机系统、同步注浆系统、二次注浆设备、行走系统等，如果发现构件损坏，则应及时更换，并在润滑部位涂抹润滑油。另外，需做好注浆管道的清洗疏通工作，以避免在盾构穿越过程中发生堵塞。（2）试验段试掘进。在隧道工程下穿施工中，为了有效控制下穿段掘进参数，应详细勘察施工现场埋深条件、地层结构，并制定掘进施工控制参数，从而为后续施工提供参考。（3）监控量测准备。在地表建筑地面和立柱上设置监测点，并提前一周进行监测，确定初始值，再制定预警值。（4）应急准备。由于在隧道工程下穿施工中存在很多风险因素，因此应根据施工现场实际情况确定危险源。在实际施工中，需根据危险源辨识结构制订应急预案，准备所需救援设备。

4.2 穿越时盾构掘进施工控制要点

在盾构下穿施工中，土仓压力、推进速度、注浆量、注浆压力、总推力、出土量等均会对周边土层结构稳定性产生较大影响。为此，在盾构掘进施工中，应对各项施工参数进行有效控制，结合实际情况进行优化调整。（1）土仓压力。对于顶部土压，可根据隧道工程埋深，适当提高20～30kPa，并保证均匀性，波动范围应控制在5kPa以下。施工现场工程师应根据每一环隧道埋设确定土压值，并及时与主司机进行沟通交流，对施工参数进行适当调整。在管片拼装施工中，需在土仓中堆满渣土，与埋设相比，土压应提升40kPa。（2）刀盘转速。对于刀盘转速，必须加强调解控制，如果刀盘转速过快，则会对地层造成扰动作用。刀盘转速应控制为1.4～1.5r/min。（3）刀盘扭矩。刀盘扭矩控制在5000～6000kPa，如果刀盘扭矩大于6500kPa，则应及时发出报警，由技术人员对施工现场进行勘查，调整施工参数，然后再进行掘进施工，避免在糊刀盘、堵仓等因素的影响下造成扭矩增加。另外，还应注意，在掘进施工中，需密切关注扭矩。（4）总推力。不能盲目增加总推力，应综合考虑刀盘扭矩、盾尾铰接确定总推力大小，在该工程施工中，总推力需控制在1500t以下。（5）掘进速度。在盾构下穿施工中，必须严格控制掘进速度，避免掘进速度波动较大，如果速度过快，则会造成土压增加，同时还容易出现注浆欠饱满问题；如果掘进速度比较慢，则对于地层的扰动时间比较长。在掘进施工中，应有效控制掘进速度，一般可控制在50～60mm/min，使其尽量降低对地层结构的扰动作用。

4.3 格栅架立及喷砼

由于在隧道工程爆破施工后，围岩应力可快速释放，因此在隧道工程开挖完成后，应及时架设格栅，并确保与围岩结构紧密贴合。如果围岩平整度比较差，则可采用C20垫块塞紧格栅以及围岩间隙，以此保证格栅的受力性能。另外，格栅拱脚应落在坚硬围岩上，如果拱脚围岩破碎，则可在拱脚以下安装钢板，增加受力面积。混凝土喷射厚度为35cm，在格栅安装完成后，可采用分次喷射施工方式。