市政隧道施工浅埋暗挖技术的应用

2021-01-22杨智猛

科技创新与应用 2021年6期

杨智猛

引言

浅埋暗挖技术在市政隧道施工中的合理应用，可以提供良好的支护，并且由于该技术有着良好的灵活性，与断面处的锲合度较高，因此市政隧道工程中应用十分广泛。基于此，本文对市政隧道施工浅埋暗挖技术的应用进行详细分析，希望可以使浅埋暗挖技术在市政隧道施工中更好的应用，减少安全事故的发生，保障市政隧道的正常使用。

1 浅埋暗挖技术介绍

浅埋暗挖技术是一种新奥地利施工方法，英文简称为“NATM”，浅埋暗挖技术合理的应用，围岩使用多种收单进行加固处理，可以促使围岩负载能力的提升，之后对隧道进行挖掘，并快速进行支护围岩操作，支护结束之后对围岩做封闭处理，从而使围岩形成一个环并和支护共同的支护系统，最大化减少围岩变形情况的出现。浅埋暗挖技术既有显著的应用优势，同时也存在一定的问题，即该技术的施工较为复杂。浅埋暗挖技术在具体施工时，施工人员经常会应用复合式衬砌方式，即内外两层。在实际的隧道挖掘时，外层衬砌的支护会运用到钢筋网、钢架等，并需要在支护结束后对稳定性进行实验，在合格之后则开始进行内层衬砌支护。在内层衬砌时，一般会使用到模筑混凝土，同时也需要做好内外层的防水工作。若隧道地层是无水情况，则在应用浅埋暗挖技术进行支护时，需要采用水泥砂浆实现防水。在市政隧道施工中采用施工技术不同，施工造成的影响和费用也会有所不同，表1为市政隧道施工技术适应性分析比较。

2 应用浅埋暗挖技术施工准则

（1）“管超前”准则。在正式隧道开挖前，要依据隧道的拱部位置以及施工设计要求，进行超前小导管打入工作，进而能够促使超前支护最大化发挥作用。在开挖之后，需要保障管与管之间的围岩能够实现成拱效应。这是由于管棚自身存在的诸多简支梁对围岩能够起到良好的支撑作用，可以有效防止围岩出现变形，进而保障后续工作的顺利开展。

表1 市政隧道施工技术适应性分析

（2）“严注浆”准则。在超前小导管工作完成之后，需要在底层处进行注浆工作，进而可以将砂砾等材料有效粘接在一起，起到加固的作用，有效减少支护坍塌安全事故的发生。在导管超前支护完成之后，需要灌注水泥，将砂层的细缝灌满，等待一段时间后，形成的砂砾胶是一种很强的“结石体”，并会在周围形成一个壳体，从而促使围岩稳定性的进一步提升。与此同时，“严注浆”准则还会使用到初支背后注浆和二衬背后注浆施工[1]。

（3）“短进尺”准则。在实际开挖过程中，隧道的循环距离应要保持最短，这样在一定程度上可以减少开挖和支护设置时间，同时受到嵌制作用和纵向围岩较少优势的影响，可以为安全施工营造良好的环境。

（4）“强支护”准则。在经常初期支护施工过程中，施工工作人员一般会选择格棚钢架和速凝混凝土减少地层上沉情况的发生。若浅埋暗挖的网喷支护负载能力较强时，则不会进行二次支护承力。

（5）“早封闭”准则。施工工作人员在初期支护开挖工作完成之后，应要快速进行封闭工作，进而有效改善初期支护开挖的受力条件。

（6）“多测量”准则。浅埋暗挖技术应用过程中测量工作发挥着十分重要的作用。因此在施工过程中，需要定期对地表上沉和洞内拱顶上沉情况进行测量，进而可以第一时间掌握围岩和支护结构的变化情况，同时还可以将变化参数进行记录，之后施工工作人员将测量参数准确的传送给施工主管部门，进而可以及时发现存在的问题，采取一定的施工措施[2]。除此之外，在市政隧道施工中应用浅埋暗挖技术时，还应要详细了解工程周围环境以及质地条件，进而可以采取正确的施工方法。

3 浅埋暗挖技术需求

（1）围岩变形量的合理控制。围岩变形量不单纯的指隧道开挖时的围岩上沉情况，同时也指受到围岩影响而出现的支护体系变形情况。与此同时，每个施工流程的基础施工也会受到上沉变位因素的影响，进而导致整体结构偏移的问题。因此，这就需要施工工作人员做好地中和地表上沉变形量的控制工作，这样不仅可以保障地面建筑物和地层的线路管网的安全，而且还可以减少破坏地面自然景观情况的发生，进而减少对地上交通造成的影响。

（2）提高支护刚性，做好地层改良工作。为最大化减少地中和地面上沉情况的出现，施工工作人员在应用浅埋暗挖技术时，应要提前进行支护的安装，并提高支护的刚性[3]。同时，在进行隧道开挖和支护施工时，应要根据实际情况，选择合适的施工方法。除此之外，施工工作人员还需要做好地层改良工作，进而为围岩地层施工创造有利的条件。

（3）做好施工前试验工作。由于市政工程隧道施工的地质条件复杂多变，因而在确定结构设计方案、施工方案之后，需要施工工作人员在施工路段中选择典型的路段进行试验，试验合格之后，才可以全面进行施工。但在实际施工中尤为需要注意的是，需要提高对容易发生上沉变形的路段以及支护结构和围岩应力不足路段的重视度，采用一定的处理措施。根据试验结果，设计工作人员对整体施工方案进行改良优化，可以有效减少安全事故的发生。

4 浅埋暗挖技术的可行性

（1）工程水质条件分析。一般情况上，在城区地上隧道施工过程中会普遍使用浅埋暗挖技术，即在不用明挖同时含水较小的地层，在均是城区地面建筑物多、交通复杂、地线管线丰富的地位应用较为广泛，但却对地表上沉有着十分严格的要求[4]。此外，在含水量较大的松软层进行堵水和降水操作之后，也可以应用浅埋暗挖技术。根据实践经验来看，若采取的辅助施工方法合理，浅埋暗挖技术便可以应用在各种的层施工中；而若考虑经济、技术等方面，应用浅埋暗挖技术时，需要进行无水工作。

（2）工程地质条件分析。若工程在贫水区域，地上水存在于河漫滩和河床相粉土透镜状砂层细缝中，泥质胶结，透水和富水能力相对较差。而站在地上水角度来看，这个区域具有可以应用浅埋暗挖技术的基本水文地质条件。与此同时，应用浅埋暗挖技术能够快速的适应断面结构形状，并且很容易连接，所以在实际施工过程中通常将其转化为各种形状，进而可以满足各种断面结构形状的需求，促使整个工程施工质量和水平的提升，减少安全事故发生率。

（3）地面沉降变形分析。隧道开挖应用浅埋暗挖施工技术时，会对地层岩体中的天然应力进行重新分配，处在一个相对平衡的状态，进而使隧道两侧壁不会受到变形的影响，保障围岩的稳定性。通常情况上，若出现地表上沉则是受到以上几个因素的影响，具体而言:a.在实际开挖时，会存在一定的土体应力，导致地表发生移动[5]。b.施工工作人员在进行封闭支护结构成环时，会发生上方土地和整体支护结构上沉的问题。c.施工工作人员在进行中隔墙拆除作业时，会导致支护变形。

5 市政隧道施工存在的问题

（1）土质稳定性有待提升。在整个市政隧道施工过程中最为严重的问题就是土质稳定性不高。若将软土作为施工的主体，在隧道施工的初始阶段，需要对容易软化和坍塌的岩石，采取一定的保护措施。同时也需要对市政隧道施工各个路段的岩石有一个正确的认识。隧道通过地层的泥土通常都是砂纸粘性土壤，而且有些位置还会有冲击砂层，这样地层的薄弱性较强。因此，在隧道开始开挖过程中，周围的围岩会受到自重因素的影响，出现上沉。而若围岩表层出现松动或者变形的问题，很容易导致围岩发生坍塌，进而造成严重的安全事故。此外，若未做好地表控制作业，则会无法保障围岩的稳定性，进而严重影响后续施工作业的顺利开展，无法在规定的时间完成工程项目。

（2）地上管线渗漏。在实际的市政隧道施工过程中，若想要保障围岩稳定性，则需要全面了解水源补给情况，进而可以根据隧道实际情况和结构分位，保障水源补给工作的顺利开展。与此同时，还需对隧道内风道结构和范围进行深入分析，若各个结构的饱和程度较高，则会导致在一些地层中存在水囊或者空洞情况[6]。另外，若未做好降水工作，则将会对后续风道开挖工作产生一定的影响。若施工工作人员在实际施工过程中，未控制地层稳定性，则会对整个市政工程施工造成严重的影响，甚至会发生安全事故。

6 市政工程隧道施工中浅埋暗挖技术的具体应用

（1）真空降水中的应用。一般情况上，真空降水是通过将管井和真空泵桐两者相结合，之后与辐射井相连，采用水平渗水的方式，对渗水进行有效的控制。实际上，真空降水就是通过真空泵的真空情况，即水在真空的影响上，进入管道内，进而促使水位上降。施工工作人员通常会在黏土层、粉土层的降水处理工作中使用真空降水的方式，其主要原因是由于黏土层渗透能力相对较差，若采用传统的方式将会无法排除土层中的水分，进而影响后续的隧道施工，带来严重的安全事故[7]。根据实践调查发现，通常会将真空降水应用在掌子面进行施工作业，这样可以保障全面排除地上水，同时也可以将粉土层中的水有效排除，与传统的排水方式相比，有着十分显著的特点。

（2）辐射降水中的应用。若想浅埋暗挖技术能够在辐射降水中最大化发挥自身作用，首先需要挖设一个大口径井，然后隧道含水层铺设辐射管，这时的水会通过辐射管流入到大口径井内，之后在泵的作用上水便会被排出。此外，在实际施工过程中，大口径井内的水平渗水井会有较大的调整空间，因而施工工作人员将会在地表不存在降水位置进行施工，进而保障辐射降水工作的顺利开展。

（3）管棚支护中的应用。市政工程隧道施工过程中，应用了大跨度单拱单柱双层岛式结构，在应用浅埋暗挖技术时，隧道最小埋深度为5.5m使用每根长146.5m直径为11.4cm×0.5cm的管棚，进而可以最大化发挥管棚的作用。这样的施工方式在我国是第一次出现，并且是一次性的施工流程，可以有效减少多次施工对整个施工造成的影响。这样的施工所使用的管棚精度十分高，中心偏差均在1.9cm内，而且在一定程度上减少了上沉和倒塌情况的发生，同时与传统管棚相比，实际上沉有效减少了0.1cm。

（4）远程监控中的应用。为保障市政工程隧道施工结束之后，隧道能够安全稳定运行，并提高浅埋暗挖的安全质量，在隧道施工结束之后，需要建立完善的远程监控系统，对隧道运行情况进行动态监督管理。远程监控在隧道之外的隧道施工中的优势是十分明显的，不仅可以有效监管隧道灯的实际情况，而且还可以详细了解新隧道对原有隧道造成的影响，进而保障市政工程隧道施工的顺利完成，减少安全事故的发生。

7 浅埋暗挖技术的未来发展

（1）复杂受力转化过程的上沉控制。通常情况上，浅埋暗挖技术复杂受力的转化均是在已经存在的建筑物上方进行。而若想做好避免拆迁、拆除等工作，则需要根据实际情况，采用合理的施工技术，严格控制上沉情况。因此，在未来城市地上工程施工中浅埋暗挖技术有着良好的发展空间。

（2）提升浅埋暗挖技术的施工速度和注浆技术。在市政工程隧道施工过程中应用浅埋暗挖技术，由于该技术的机械化较低，需要人工进行开挖，进而导致施工速度慢，工作效率低。因此，相关工作人员应要加大机械化研究力度，同时也需要选择合适的辅助注浆施工方法。在当前阶段，施工工作人员普遍会应用到超前小导管、水平旋喷加固等。此外，也需要站在施工安全和提高施工的角度，加快对注浆技术的研究力度。

（3）加大对浅埋暗挖技术防水新方法的研究力度。在当前，浅埋暗挖技术施工主要做两层的防水处理，具体而言:a.初支和二衬两者之间设置全包防水板。b.二衬防水混凝土。随着经济的快速发展，施工技术的完善，以及各种新型材料的普及。在未来应要加大防水材料的研究力度，保障能够一次性完成防水工作。