市政工程隧道施工中的浅埋暗挖技术分析

2020-11-02万超

建材与装饰 2020年30期

万超

（南昌市政公用工程项目管理有限公司，江西南昌 330000）

1 市政工程隧道施工特殊性

市政工程项目建设期间隧道开挖工程影响因素众多，环境条件复杂，地下管线结构复杂，且土质条件不稳定，都会对开挖作业质量及开挖期间安全性产生不良影响。具体而言，市政工程隧道施工的特殊性主要体现在以下几方面：

（1）环境条件复杂。市政工程隧道施工地质条件复杂程度高，开挖方案的设计与执行必须综合对上部既有建筑结构、交通负载量及管线布置方案等因素的考量，通过优化设计的方式提高开挖方案适应性。由于隧道开挖所处地层土质结构松散甚至呈流态，管线、道路施工及迁移问题，结构范围内可能有漏水、沉积问题，地下水补给平衡等，都可能在一定程度上影响开挖作业的顺利进行。

（2）地下管线渗漏。考虑上层滞水及稳定性要求，需要充分了解水源补给情况，根据稳定性范围及结构，做好地下管线的布控工作。隧道开挖过程中若施工顺序不利于地层稳定，则势必会导致工程风险的增加。

（3）土质条件不稳定。隧道开挖区域内土质条件不稳定，如以软土层为主，则必须在开挖前期对软化、崩塌风险较高的岩石区段进行处理。当隧道穿越地层以砂质粘性土为主时，周边围岩结构可能受自身重力影响产生松弛或变形问题，严重时导致坍塌，如不加强地表控制，可能因丧失稳定性影响施工。

2 浅埋暗挖技术原理与适用范围

浅埋暗挖技术基于新奥法施工原理，将信息化设计方案及施工技术引入其中，可实现测量、控制等施工基本环节的实时性要求。基本荷载作用力由初期支护及复合衬砌结构同步承担，二次衬砌结构作为安全储备使用，特殊荷载作用力则由初期支护及二次衬砌结构共同承担。超前支护等技术的应用，改善加固围岩结构，充分调动围岩结构自身承载作用力，结合施工现场的实际情况，通过对不同开挖技术的应用，与既有围岩结构配合形成一个完整的支护结构，保障现场作业的顺利进行及施工期间的安全性。目前，在地铁开挖、地下停车场建设及地下综合管线埋设等大量工程实践中，均对浅埋暗挖技术进行深入的应用与尝试，取得丰富的应用经验。

3 浅埋暗挖关键技术

3.1 管棚支护技术

浅埋暗挖施工技术在实践应用中对预支护技术的要求非常严格，对整个浅埋暗挖施工作业的质量产生重要影响。与其他超前支护施工技术相比，管棚支护技术展现出良好的成本性及效率性优势，因而应用尤为广泛。根据管径大小可将管棚支护技术分为3 种类型：①管径低于129.0mm 的小管棚支护体系；②管径在129.0～299.0mm 范围内的中管棚支护体系；③管径在300.0mm以上的大管棚支护体系。管棚有着较高的直径及刚度水平，在钢管两侧支撑梁刚度水平充足的情况下，开挖所致变形量可控制在合理范围内。为在隧道断面开挖过程中形成管棚，不但需要满足管间软弱围岩结构形成微拱，还应具备数量充足且可实现围岩结构压力扩散与传递的杆件结构。图1 为浅埋暗挖技术中管棚支护的基本施工方案示意，结合图1，对于开挖作业面1 而言，开挖前方管棚直接埋入围岩结构当中，利用此种方式起到约束管棚变形的目的，同时加固开挖掌子面前方围岩结构体，控制因开挖作业所释放应力。目前针对管棚法的设计仍以工程类比及经验法为主，设计期间必须对管棚支护结构受工况转换的影响及其呈现特征进行深入分析，以二次衬砌及开挖应力释放阶段为重点，对管棚设计方案进行合理优化。

3.2 双侧壁导坑法施工技术

浅埋暗挖隧道开挖过程中的常见开挖技术方法包括全断面开挖、台阶开挖、中隔墙开挖等，其基本施工流程如图2 所示。在断面开挖期间同步展开浇筑加固施工作业，由于土层在一定时间内具有良好的自稳性能，因此可通过配合网状支护结构的方式，在开挖土层表面形成一个可靠的支护结构（该支护结构具有薄壁性的特点），部分荷载作用力借助于中隔壁及中隔板承担。在浅埋暗挖技术中，双侧壁导坑法施工技术安全度高，尤其对大断面开挖有良好的适用性，但工序多且施工步骤复杂，现场开挖期间存在较多的扰动性因素，因此施工人员必须高度重视保证隧道开挖初期支护进度及围岩结构支护体系安全性的问题。

图2 浅埋暗挖隧道施工基本流程

3.3 施工质量控制措施

为更好地控制施工质量，必须进行现场监测。现场监控测量是非常重要的部分，必须对施工现场中每个情况实施检测，才能确保施工质量以及施工安全性，最为重要的则是可有效控制沉陷以及变形的问题。测量项目中的应测项目，针对地质情况以及支护进行详细观察，分析其周边可能存在的拱顶下沉以及位移问题，然后找出合理施工处理措施，选择合适的施工工具。选测项目则是对于地表下沉问题、围岩压力、围岩体内位移等要素进行控制，从而严格控制各个施工环节，保证施工质量。

4 工程实例

某市政工程隧道开挖项目位于A 市西北郊区，隧道线路呈南北走向，穿越半山，东西向辅道与320 国道在平面上呈重合关系，隧道采用双洞单向行车三车道形式，左线长度1110.0m，右线长度1118.0m，总线长度2228.0m，其中明洞段总长度为32.0m，暗洞段总长度为2196.0m。隧道开挖施工现场山坡覆盖层厚度较低，植被以灌木丛为主，发育度成熟，自然山坡稳定。

根据该市政工程隧道开挖的工程项目现场地质情况勘查资料，隧道洞身断层发育程度较高，断层周边岩体破碎程度高，次生小断裂以及褶曲较为发育，地下水以基岩裂隙水为主，汛期会对围岩结构强度产生一定程度影响，坍塌可能性较高，在隧道开挖施工中必须引起作业人员的高度重视。

隧道围岩出口段、围岩加强段遵循浅埋暗挖施工原则，采用大管棚超前支护结合双侧壁导坑法施工方案。首先对两侧导坑上部进行开挖及施工作业。具体操作步骤如下：首先进行超前小导管注浆加固处理，然后分别对两侧上部进行开挖，循环进尺按0.5m 标准进行控制，一侧上部开挖落后4.0～5.0m 即可。初喷混凝土厚度按5.0～6.0cm 标准控制，两侧开挖作业循环进尺按1.0m标准控制，初喷混凝土厚度按5.0～6.0cm 标准控制，在此基础上完成格栅钢架安装作业及钢筋网挂设作业，二次复喷混凝土达到设计标准后进行下一循环作业。

在此基础上，依次进行中间上部及中间下部的开挖作业。首先进行超前小导管预注浆加固施工，然后开挖断面土石方，初喷混凝土厚度控制在5.0～6.0cm 范围内，在此基础上完成钢格栅安装作业并焊接纵向连接筋，将钢筋网架设于钢架间，安排专人对中隔板、隔壁支撑情况进行检查，分析支护体系下开挖结构的变形收敛情况，达到稳定状态后方可转入中间下部开挖作业。