市政隧道施工浅埋暗挖技术的应用

2023-02-26李绍波

建筑与装饰 2023年23期

李绍波

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州 311122

引言

我国国土面积广跨度大，有丰富多样的地貌特征，并且是一个山地和丘陵区域较多的国家，因此隧道建设工作一直都较为重要，截至2022年我国有公路、铁路隧道43000多座，其中市政公路隧道23000余座，无论是从总长度还是总数量来说，都是居于世界首位的。在这种情况下，市政隧道施工的相关技术就非常重要，为了能够在施工中不对周边环境和居民造成过多影响，方便快捷的进行作业，各地广泛运用了浅埋暗挖技术，以期通过采用先进技术和设备，提高城市的交通流动性、改善城市环境和基础设施，并为未来发展奠定坚实基础。

1 浅埋暗挖技术概述

它是一种既省时又省力的挖掘方式，通过将挖掘机搬运到施工现场，利用机械设备进行挖掘作业，将地下管道、电缆或其他设施埋入地下，与传统的深挖技术相比，浅埋暗挖技术在施工过程中无须过多地挖掘和回填土方，从而降低了施工的难度和成本，其核心在于减少施工对地面的破坏并避免了后续的修复工作，被广泛用于建设城市道路、供水管道、电力线路等基础设施，这项技术能减少施工给交通和市民生活所产生的干扰，同时保持城市的整体美观和环境质量。

2 市政隧道施工特殊性

市政隧道的施工场地通常位于城市繁忙的地下空间中，与复杂的地下管线和设施相交错，施工空间狭小，对设备和人员要求高，需要考虑地质条件、地下水位等因素。

2.1 环境条件复杂

在施工中不同地区的地质情况各异，会涉及不同的土层、岩石类型和地下水位，在城市地下有各种各样的供水、排水、电力、通信等管线网络，这些管线和设施的位置和布局复杂多样，施工期间需要非常小心以免对它们造成破坏，还需要做好对周围环境的保护和噪音控制工作，将施工活动对周围环境和居民的干扰降低到最小化。

2.2 土质条件不稳定

隧道穿越的地层中土壤的硬度和稳定性会有所变化，存在软土、黏土或者砂砾等不同类型的土质，会增加挖掘和支护的难度，需要根据具体情况采取适当的施工措施[1]。如果地下水位较高，施工过程中会面临水土流失、泥浆涌出或者土层液化等问题，地下水位过低也会导致土壤干燥和收缩，增加隧道结构的不稳定性。

3 浅埋暗挖技术在市政隧道施工中的应用

3.1 上台阶施工

上台阶施工是在隧道的纵向方向上逐渐提升隧道底部的高度，以适应地形的变化或连接不同地下层次的需求，这种施工方式可以灵活应对地形起伏，并为市民出行提供更好的连通性和通行条件。要对隧道的底部进行适当的开挖和准备工作，根据设计要求，在隧道底部设置预制混凝土台阶等适当的支护结构，这些台阶可以根据需要的高度和坡度进行制作，并在隧道内部安装。使用起重机或其他升降设备，将预制台阶逐个安装到相应的位置，仔细测量和调整台阶的位置，以确保其垂直度和水平度，随着台阶的逐级上升，还需使用搭接板、螺栓等连接件在每个台阶之间进行适当的连接和加固，并注意设置完善的排水系统。

3.2 下台阶施工

该技术通过在地下进行开挖工作，使施工过程更加高效和便捷，施工人员会在明显的区域处设置施工标志，并进行临时的交通管控，接着使用液压挖掘机或挖掘装载机，从隧道入口处开始进行挖掘，并在隧道壁面上标示出台阶的位置和高度，沿着标示的位置逐层挖掘，使隧道壁面形成台阶状的结构[2]。在挖掘的过程中，施工人员需要密切配合操作，并定时将挖掘出的土方通过输送带或装载车辆运出施工区域，在挖掘完成后还要进行支护工作，对施工区域做好必要的清理和修整工作，及时清除挖掘过程中产生的碎石、土方和垃圾等杂物，并对隧道壁面进行清洁处理。

3.3 管棚支护技术

它通过安装特制的管道形状结构，将其逐段放置在预定位置，并用灌浆或其他固化材料填充，从而增强隧道的稳定性，这种技术操作简单高效，能够实现近乎全封闭的隧道施工，减少地下水和土壤渗入，首先要在施工区域确定好隧道的轮廓和尺寸并进行地面标记，使用适当的工具和设备，在地面上挖掘并形成一个开放的坑道，该坑道与将要建造的隧道平行，并具有适当的间距，然后在坑道的两侧安装和设置好支撑结构，便开始进行地下挖掘工作，一旦挖掘工作完成需要使用混凝土或其他材料覆盖隧道的壁面和顶部，当隧道施工作业完成后可以拆除支撑结构，工程师们还根据规范和要求对端头支撑梁结构的刚度进行了优化，以提升挠曲变形结构的性能，在脆弱区域安置了微小的拱形结构，并且引入了杆件结构。

3.4 降水技术

降水技术的主要目的是通过合理的排水系统，将隧道工作面周围的地下水位降低到施工要求的范围内，施工人员会进行详细的地下水勘察和水文地质分析，确定地下水位的变化规律和水文特征，根据勘察结果制定相应的降水方案。在主要的排水措施中，一般采用井点降水和隧道内部降水相结合的方式，井点降水是在隧道工作面周围钻设降水井，将地下水抽取到地面上，起到降低地下水位的作用，隧道内部降水则通过在隧道内部设置排水系统，将隧道内部的积水排出，保持隧道工作面的干燥。为了增加降水效果，还要使用辅助的降水设备，利用地下水处理设备对抽出的地下水进行处理，去除其中的悬浮物和污染物质，保证排出的水质符合环境要求，还可以利用地下水位监测设备实时监测地下水位的变化，根据实际情况对降水方案进行调整和优化[3]。在降水技术的实施过程中，施工人员需要密切监测降水效果和地下水位的变化情况，定期对地下水位进行测量和水质检测，及时掌握施工现场的情况，保证降水方案的有效性和安全性，做好应急准备措施一旦发生降水失效或其他紧急情况，能够及时采取措施，保障施工人员的安全和工程的顺利进行。

3.5 沉降控制技术

隧道施工过程中，由于土层的挖掘和支护施工，地表会发生不同程度的沉降现象，这种沉降会对周边建筑物、地下管线等造成不利影响，因此需要采取措施来控制沉降的范围和速度，沉降控制技术主要包括预测和监测、土体改良和结构支护等方面，通过对地质勘察和土层性质的分析，预测施工过程中可能发生的沉降情况，并制定相应的控制目标和措施，设置监测点和使用监测仪器，对施工过程中的沉降进行实时监测和记录，及时发现沉降情况的变化。为了控制沉降的范围和速度，土体改良是常用的手段之一，利用注浆、加固桩等土体改良技术，增加土层的强度和稳定性，减少沉降的程度，还可以采用预应力锚杆、支撑框架等结构支护措施，增加施工过程中土层的承载能力，减小沉降对周边建筑物的影响。通过合理的施工序列和施工方法，控制土层的开挖和支护过程降低沉降的影响，还需要根据实际情况对沉降控制措施进行调整和优化。

3.6 远程监控技术

为了实时了解施工进展、监测工程安全和管理施工人员，远程监控技术被广泛应用于隧道施工管理中，要安装各类传感器和监测设备，在隧道施工现场采集温度、湿度、振动、位移等数据，实时传输至监控中心，使用专业的软件系统对这些数据进行实时分析和处理，及时发现施工过程中的异常情况，并采取相应的措施进行调整和应对。通过视频监控系统，可以实时观察施工现场的情况，监测施工进展、人员活动和设备运行情况，人员定位系统可以追踪和监控施工人员的位置和动态[4]；设备运行状态监测系统可以实时监测施工设备的运行状况，预测潜在故障并进行维护。它提高了施工现场的安全性，可以及时发现施工中的安全隐患和异常情况，采取相应的措施避免事故发生，通过远程监控技术对施工进度、质量和成本进行实时监测和管理，及时调整施工方案和资源配置，提高施工效率和工程质量，还可以减少人力资源的消耗，提高施工管理的智能化水平。

4 优化市政隧道施工中浅埋暗挖技术的主要方式

4.1 合理选择开挖方法

开挖方法的选择会直接影响到施工效率、工程质量和安全性，在选择开挖方法时，需要综合考虑地质条件、土层性质、周边环境和施工要求等因素，针对地质条件和土层性质，可以选择适合的开挖方法。例如，在岩石地层中，可以采用钻爆法或机械钻孔爆破法进行开挖；在软土地层中，可以选择机械挖掘法或盾构法进行开挖。通过针对不同地质条件的合理选择，可以提高施工效率和降低施工风险。还要考虑周边环境对开挖方法的影响，在城市密集区域，需要考虑附近建筑物、地下管线等的保护和影响，选择采用盾构法或顶管法进行开挖，减少对周边环境的影响和风险。根据隧道的设计要求和施工进度，可以选择适合的开挖方法，在有限的时间内追求快速施工的情况下，选择顶管法进行快速开挖；而在对地表沉降要求较高的情况下，可以采用冻结法或土压平衡盾构法等进行开挖，以控制沉降的范围和速度。此外，还可以通过创新和改进开挖方法，优化施工过程，引入先进的机械设备和自动化技术，提高开挖效率和质量，采用先进的土壤改良技术和支护体系，增强施工的安全性和稳定性。

4.2 开挖质量控制

施工管理团队需要制定详细的施工规范和操作流程，明确施工要求和质量标准，对施工过程进行实时监测和检查，确保施工符合规范要求，施工设备的性能和质量直接影响开挖效果和质量，因此要选择适合的设备和工具，并保持其正常运行和维护。在开挖过程中土体的支护是关键环节，会直接影响隧道的稳定性和安全性，合理选择和设计支护结构，采用合适的支护材料和技术，可以确保土体的稳定和保持开挖断面的形状，通过对开挖断面的质量检测和评估，及时发现和解决存在的问题，确保开挖质量符合规范要求[5]。

4.3 控制混凝土裂缝

隧道结构的混凝土裂缝会对工程的强度、密封性和耐久性产生不利影响，因此需要采取措施来控制和减少混凝土裂缝的发生。混凝土的配合比会直接影响混凝土的强度和收缩性能，合理的配合比可以减少混凝土的收缩变形，从而降低裂缝的形成风险，在配合比设计中，需要综合考虑水胶比、掺合料的使用、骨料的搭配等因素，采取适当的浇筑方式和工艺，避免过快或过慢的浇筑速度，防止混凝土中的内部应力被积累，要保持适宜的湿度和温度条件对混凝土表面进行养护，采用混凝土收缩剂来减少混凝土的收缩变形，采用温度控制系统来调节混凝土的温度变化，从而降低混凝土裂缝的风险。