城市浅埋暗挖隧道开挖施工技术

2019-02-17曾德森

四川水泥 2019年4期

郭攀曾德森

（中交四航局第五工程有限公司，福建福州 350008）

关键字:城市地下隧道；浅埋暗挖施工

1 概述

目前常用隧道施工方法主要有盾构法、明挖法、浅埋暗挖法和矿山法。其中盾构法施工较安全，但从经济成本角度来讲不适合线路长度较短的隧道，同时对围岩强度、均一性要求较高；明挖法对施工环境要求较高，需要占用大量开阔场地；矿山法隧道不利于地表沉降控制，施工风险较高。在城市工程建设中不可避免的要在各种复杂环境下修建大量的隧道，一般其周围建筑比较密集，地下环境比较复杂，各种管道错综复杂。因此出于施工成本角度、周边环境限制以及对地表沉降控制角度来讲，选择浅埋暗挖法是一种较为合适的隧道施工方法。

浅埋暗挖法隧道施工，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点。其适用性强，适用于绝大多数地层。但浅埋暗挖法也有其缺点和不适宜的条件和范围，主要体现在施工过程工序较多，施工进度较慢，施工成本较高；此外，浅埋暗挖法不适用于富水砂层、淤泥质隧道施工。

2 城市浅埋暗挖隧道开挖施工技术

2.1 超前地质预报

城市浅埋暗挖隧道须高度重视超前地质预报工作，对掌子面前方及其周边围岩与地层情况做出超前预报，及时发现异常情况，预报开挖面前方不良地质体的位置、规模和性质，以避免隧道开挖掘进中发生突发性地质灾害；另外也可为优化、完善设计和施工，制定科学合理的施工方法提供信息依据。常用的超前地质预报手段包括超前水平探孔（钻探）及地震波法（物探）。软弱围岩地段可采用两者相结合的手段，确保预报准确。

2.2 土体改良

城市地铁浅埋暗挖隧道基本处于闹市区，周边环境复杂，为确保软弱围岩隧道开挖施工安全及周边地表建筑物的安全，在施工中常需要采取土体改良，以确保开挖后隧道洞室的岩体稳定性。常用的土体改良技术主要有地表降水、洞内帷幕注浆止水等。

地表降水，即沿隧道轴线两侧范围内布设一排降水井，通过降水井集中抽排水。利用降水漏斗效应的水位高差，使得隧道内地下水位处于隧道底板以下一定范围，确保开挖过程中掌子面处于干燥状态。常用于富水地段软弱围岩区域，尤其是全风化、强风化花岗岩围岩中，效果较佳。

帷幕注浆止水，即在隧道内通过全断面/半断面注浆，对洞身及四周土体进行加固注浆，注浆体相互搭接以形成一道类似帷幕的防渗墙，以此截断水流，从而达到防渗堵漏的目的；同时注浆体又能提高岩土的体稳定性。一般注浆浆液采用水泥浆或者水泥-水玻璃双液浆，在富水砂层地段及砂质粘性土地层效果较好。

此外，浅埋暗挖隧道施工也可采用地表深孔注浆、冻融法等土体改良技术。但地表深孔注浆容易造成周边地面隆起，冻融法施工成本较高，且对专业施工队伍的业务能力要求较高。

2.3 隧道开挖

浅埋暗挖隧道施工必须遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针。在隧道开挖前做好超前预支护及超前预注浆，对隧道拱顶进行有效预支护，以减少隧道开挖中围岩掉块现象。

由于浅埋暗挖隧道周围地层的复杂性和不稳定性，在施工中应根据工作条件、隧道围岩结构特点、周围建筑物环境要求，确定合适的开挖方法、支护方式、地层加固等形式。一般来说，稳定岩层可采用全断面或半断面；土层及不稳定岩层一般采用短台阶法分上、下台阶施工；不稳定土层采用环形预留核心土法施工。对于施工难度大、变形控制要求高、断面跨度较大的隧道施工，可根据情况选择采用CD 法或CRD 法施工。CD 开挖法施工安全，施工难度小，技术难度高，地表沉降普遍，施工速度适中，造价适中，适用于地质条件较差、安全要求较高的隧道施工；CRD 开挖法施工安全，施工难度小，技术难度大，地表沉降小，施工速度快，适用于地质条件差、跨度大、安全要求高的隧道施工。

浅埋暗挖隧道施工必须严格控制好开挖掘进进尺，开挖成型后对围岩进行速喷混凝土封闭，减少围岩暴露时间，避免围岩风化稳定性降低；并尽快完成初期支护仰拱封闭成环，承受荷载。

隧道施工中的所有工序都应尽量不干扰围岩结构。如需采用爆破开挖，应坚持弱爆破施工控制原则，爆破尺寸一般控制在1 米以内。对于上软下硬地层，必须控制好炸药用量，以避免爆破震动对上部围岩的扰动，发生失稳垮塌事故；施工中若遇到小范围岩石需要处理，可采用机械破除或静态爆破处理。

2.4 初期支护

根据浅埋暗挖隧道施工原理，初期支护是承受隧道荷载的重要支护结构。因此城市浅埋暗挖隧道必须做好初期支护的及时性和有效性。

钢架作为承受初支“封闭壳”荷载的途径，必须确保钢架处于稳定基层上，同时必须采用锁脚锚杆（锚管）进行固定；初支喷射混凝土必须确保混凝土厚度、密实度，初支结构与围岩之间不留空洞。

当喷射混凝土凝固强度达到70%以上时，可对初支背后进行回填注浆施工，确保初支结构与围岩紧密连接，以有效控制地面沉降问题，常用回填注浆材料采用水泥砂浆，在回填施工中，注浆口与隧道开挖方向相反。对于开挖掘进中掉块严重以及初支渗水明显的区域，待掌子面掘进一定长度后，应重新进行二次初支背后注浆填充。

2.5 监控量测

监控量测工作是浅埋暗挖隧道施工的重要组成部分，是保障隧道施工安全的重要环节，它不仅能提供指导、预报险情，确保安全，还能通过现场监测获得围岩、地层的状态信息数据，便于动态调整支护参数。

浅埋暗挖隧道常用的监控量测手段包括：拱顶下沉监测、周边位移监测、地表沉降监测、地质及支护状态观察，施工中根据需要可对地下水位、围岩压力等进行监测。

隧道开挖支护完成后必须及时进行监测点布设和初始值采集，按照设计频率和要求进行监测，超浅埋区域及下穿构筑物等对地表沉降敏感区域，需要加密监测点布设及沉降观测。监测过程中及时进行数据分析，发现监测数值报警时，及时分析数据是否异常，必要时采取支护加强措施。

2.6 二衬施工

城市浅埋隧道施工为控制隧道变形或地表沉、确保施工安全，二衬仰拱要紧跟初期支护，尽早提前施作二衬承受荷载。而在二衬施工时大多数隧道围岩变形尚未趋于稳定，这样就可能使得后续围岩继续收敛变形导致二衬结构产生裂缝。对此，施工中可采用跳打法浇筑，即在保证安全步距的前提下，施工一段二衬拱墙结构后（一般1～2 段台车长度），中间间隔一段拱墙暂不施工，在前方施工一段拱墙，使得围岩在保证安全前提下继续变形趋于稳定。

二衬施工前必须对初支断面进行检查，并预留充足的变形值，确保隧道净空满足要求。同时二衬施工前必须确保防水层施工质量效果，以免后期隧道漏水而大面积进行堵漏施工。