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关于浅埋暗挖法隧道施工技术及地面沉降控制的思考胡军

发表时间：2021/7/27 来源：《基层建设》2021年第14期作者：胡军

[导读] 与传统隧道施工技术相比，浅埋暗挖施工法的操作性及成本优势较为明显，在工程施工中得以广泛应用，应用该技术能够保证工程施工的安全性。

        上海中惯建设工程有限公司 235000
        摘要：与传统隧道施工技术相比，浅埋暗挖施工法的操作性及成本优势较为明显，在工程施工中得以广泛应用，应用该技术能够保证工程施工的安全性。为更好地展现该技术优势，需加强技术分析，进而更为有效控制的地面沉降，满足工程施工要求。
        关键词：浅埋暗挖法；隧道施工技术；地面沉降；

        浅埋暗挖法主要应用在地层柔软区的隧道施工中，该区域的承载力较差，需要采取科学有效的措施控制地面沉降。隧道施工中，应用浅埋暗法应全面了解工程的施工概况，以此掌握地质地形、气候水文条件，并合理应用施工技术和施工设备，最终确保工程施工的安全性。
        1浅埋暗挖施工技术的原理
        如果隧道工程的埋深较浅，一旦施工过程中的地表层损失量超过一定限度，就会导致地面因表层土体缺失而出现不规则移动，进而对整体工程施工造成不利影响。在这种情况下，对开挖支护、砌筑衬砌墙、灌注浆液和地表排水等一系列工作提出了严格要求，增加了施工难度。
        浅埋暗挖施工技术并不是对新奥法的简单模拟套用，而是结合工程项目所在区域的地质结构条件、地下水文环境条件和实际施工情况等进行深入的优化和完善。潜埋暗挖施工技术以新奥法为基础，在实际施工过程中运用大量的围岩加固处理措施，最大程度的发挥围岩结构的支撑作用。围岩支护加固措施与围岩结构形成完整的应力闭合体系，能够避免围岩结构因受到的应力超过耐受限度而出现不规则形变问题。
        在开挖支护施工过程中，浅埋暗挖法的应用可以形成完整性、复合型的衬砌墙结构体系，使衬砌墙结构与围岩结构共同承担基础性负荷和特殊性负荷，达到控制地层不规则沉降的目的。但需要格外强调的是，浅埋暗挖法的应用对初期支护结构的强度提出了一定的标准要求。浅埋暗挖施工过程中，围岩特征曲线和支护刚度曲线的关系如下图所示。对于曲线内A、B、C三个位置来说，施工人员要采取增加支护承载力的方式，尽可能的使A、C两点靠近，削弱围岩结构的承载负荷力，增强围岩结构的安全性。在初支施工过程中，按照由上至下的次序展开施工，待初支稳定值达到标准要求的前提条件下展开二次支护施工。

        图1围岩特征曲线和支护刚度曲线
        2.工程概况
        青岛轨道交通R3线也称青岛地铁13号线，其坐落于黄岛新区，线路为东北西南走向，线路长度为70.15km，共有8座地下站，13座高架站，是青岛第一条利用PPP模式建成的轨道交通工程，其最高时速为120km，可与地铁1号线和6号线换乘，密切了轨道交通线网的衔接，促进黄岛新区建设和发展。与一般城市地铁不同，R3地下部分并不多，采用复合衬砌结构建成暗挖隧道，积极配合使用450g／m2长丝土工布，环向和纵向施工缝作业中依然采用钢边橡胶止水带，并涂抹水泥基渗透结晶防水涂料，将其视为附加防水结构。
        3.施工原则
        （1）结合施工现场地质结构条件、原有建构筑物基础分布情况以及施工设备分布情况，选择合理的开挖方法。对于地质结构条件较差或地表层断面的情况，采用正台阶分部分层开挖施工技术与辅助施工技术相结合的模式展开开挖施工。如果地质结构是连续性的、完整性的，且地表层断面较小，可以优先选择全断面开挖施工模式。（2）在断面开挖过程中，根据实际情况选择适宜的辅助施工技术。在此基础上，优先考虑大断面开挖施工模式。（3）在开挖施工过程中，结合地质结构条件与地表层断面情况，选择适宜的施工机械设备，在满足施工需求的前提条件下，最大程度的缩减设备投资成本。（4）在隧道开挖施工中，指定专人深入现场对通风条件展开动态监测与控制，确保各道施工工序的紧密衔接，优化人力资源配置，协调处理施工现场与外界环境之间的关系。（5）在开挖施工中，高效运用各类信息化技术，合理规划施工工序，以加快施工进度，提高施工的质量。
        4.浅埋暗挖隧道施工技术要点分析
        4.1开挖技术
        施工人员需依据工程设计图纸的要求明确隧道断面尺寸、平整度和开挖深度，在了解和掌握隧道工程围岩特性及水文地质条件的基础上，科学选取断面掘进的方式。工程施工中以正台阶法为核心施工技术。浅埋隧道的断面较大，施工中很少使用全断面开挖技术，而采用掘进机+人工开挖施工技术。
        正台阶法能够有效控制支护闭合的时间，为结构变形及地面沉降控制奠定了坚实的基础，并可在上下台阶上分别开挖断面。上下台阶的长度必须处于洞径的1-1.5之间，于地层失稳前完成下台阶开挖施工。对于不稳定的台阶，可结合当前工作实际合理采取科学有效的应对措施。隧洞的空间也有所变化，不利于后期支护施工的有序开展。故而隧道开挖施工中，要结合施工现场的概况合理调整，为开挖和支护施工有序开
        展奠定基础。
        4.2支护施工
        工程施工前，需做好支护结构设计、支护方式及辅助施工的试验验证及综合研究工作。支护施工中要根据工程要求采取切实可行的对策，把控底层沉降变形问题，并结合工程实际选取支护时间，重视支护的刚度。施工中也需在优化支护方式及施工工艺的同时，把控围岩的条件，并采取切实可行的措施做好超前支护工作。支护施工中，初支需要承担所有的应力。二衬能够保障结构安全。而初支则能够维护临时支护的质量。再者，二衬也需要承担较大的荷载。基于喷锚支护完成工程施工，锚杆的质量管理在工程施工中也不容忽视，技术人员需积极做好锚杆、材料质量及规格的检查和验收工作。
        4.3预注浆施工
        长隧道施工中，软弱围岩和浅埋基础易于受地下水渗漏及裂隙水的负面影响，导致施工质量管理与控制工作无法顺利进行，软弱围岩的强度和承载力无法满足工程建设及施工要求。同时，受水体侵蚀的影响，易于产生坍塌和结构破坏等问题，进而对加固施工的质量产生了显著的影响。
        为改善地下水处理效果，需合理利用挤压注浆的处理方式完成全段注浆施工，且堵截地下水，完善施工段围岩结构，以此保证软弱围岩强度。在环形注浆法的基础上形成地下水堵截的屏障，注浆施工中，确定隧道开挖的轮廓线，并利用小导管组织环形注浆，这种方法也能够优化围岩结构。
        5.地面沉降的影响因素
        浅埋暗挖法的应用过程往往会因为外部客观因素的干扰导致地面出现不规则沉降问题。如果不能及时且有效的控制地面不规则沉降，必定会在很大程度上影响地基基础的安全性和整体隧道工程的施工质量。对此，有必要对隧道施工中浅埋暗挖法应用过程中的地面不规则问题加以合理控制。
        5.1地面不规则沉降的过程
        地面不规则沉降是一个影响因素较多，且相对复杂的过程。在地层初期开挖施工中，若支护施工处理不到位，则会削弱地层厚度均匀性。严重情况下，还会削弱围岩结构的承载负荷力，影响整个围岩结构的安全性。在实际施工中，如果压力拱遭到一定程度的损害，必定会导致地面不规则沉降。随着施工进度的加快，压力拱的破坏程度也随之增大，地面不规则沉降现象也就越来越严重。与此同时，在地下水上涌的影响下，致使地基基础发生塌陷。
        5.2地面不规则沉降的诱导因素
        根据以往积累的实践经验可知，在隧道工程施工中，浅埋暗挖法应用过程产生地面不规则沉降的诱导因素主要包括隧道的深浅和地层的位移两方面。当然，应力不均衡、不规则形变及水体失固等也会导致地面不规则沉降。如果隧道工程施工对地表层造成一定程度的破坏，则会威胁周边岩石的安全性，使得土体因缺失岩石结构的辅助支撑而出现不规则沉降。
        此外，在隧道工程施工中，地表土层的砂砾含量不均衡、粉砂覆盖范围过大、渗透性与流动性过强、地下水水位较高等因素，会产生流砂或管涌等一系列问题。通常来说，多数隧道工程施工现场都以含水率较高的松软土层为主。为此，施工方不仅要对松软土层实施夯实加固处理，还要对施工现场展开排水处理。而现场水量与水压的变化，又会导致周围地表土体因冲击力过大而出现形变，诱发地面不规则沉降。尽管施工方会在正式施工前深入现场进行地质勘察，但是由于地质勘察结果缺乏精确性，使得地质勘察工作流于形式，难以发挥实际作用。
        6.地面不规则沉降的控制措施
        由于地面不规则沉降会影响浅埋暗挖施工技术的应用效果以及整体隧道工程的施工质量，为此，就要加大对隧道工程施工现场的控制力度，根据地面不规则沉降问题的诱导因素与危害程度，选择适宜的控制措施，争取在最短时间内控制地面不规则沉降，加强地面不规则沉降的处理效果。在隧道工程施工中，浅埋暗挖法对地面不规则沉降的控制措施主要包括如下几方面：
        6.1开挖阶段的不规则沉降控制措施
        在地面开挖施工中，根据实际情况选择适宜的地层处理技术。在地表层的恰当位置，布置一定数量的双层超前小导管，在压力作用下注入预先配制的混合浆液，从而改善围岩结构性能，提升围岩结构的安全性。在实际施工中，全面了解现场的地质结构变化情况，对支护结构的运行状态及拱顶下沉幅度予以动态监测，全面掌控各类建构筑物的地基沉降数据，编制完整且精确的沉降监测报告，从而为后续地面不规则沉降的预防控制提供可靠的参考依据。
        6.2改良土壤
        为避免地面沉降问题，需采取有效措施改良土壤，确保土体正向运动。隧道局部区域要加固土质，为仰拱的形成奠定坚实基础，优化结构质量。在工程建设和施工期间，超前注浆和深层注浆方式十分常见，可采用化学注浆和水泥注浆等方式保障土层结构的稳定性和安全性，最大限度地规避土层明显运动。在土体改良的过程中，要高度重视土体结构的稳定性，并保证施工现场地表面层固结的质量。避免浅埋安挖法隧道施工受到施工现场土体的影响而出现明显的质量问题，全面展现工程项目施工建设的优势，控制浅埋安挖隧道施工中产生的沉降问题。
        6.2合理排放地下水
        软弱土层的含水量较大，隧道施工中发生沉降和塌陷的几率较高。为有效减少土层地下含水量，应采取有效措施做好地下水排放控制工作。在工程作业期间，合理利用水帷幕或旋喷桩堵塞地下水，防止地下水渗入到结构之中。与此同时，参照工程实际制定地下水排水方案，科学利用仪器设备，确保地下水排放的总体效果。同时积极建立科学的拦截结构，防止地下水浸入隧道结构。
        6.3提升工程施工效率
        道路隧道施工工程的周期较长，而且跨度也相对较大，内容尤其复杂，为推动隧道施工的有序开展，提升工程的施工效率，就应准确把握工程施工的时间和细节。在项目施工阶段，严格按照国家法律法规及行业的制度和要求，完善法律规范及隧道施工的排查管理工作，缩短工程施工的时间。不仅如此，还应在有效控制地层应力释放的过程中，也可缩短施工时间，确保结构施工的整体效果。
        6.4做好二次衬砌
        为保障施工底层的稳定性与安全性，应加强二次衬砌施工。工程施工阶段需以浅埋暗挖法为首选。该底层通常处在富水地层当中。工程施工中，会出现明显的渗水推迟问题，地表也会出现较为明显的沉降现象。由于地层刚度和初支护刚度，地表出现沉降问题的几率较大，地层刚度和初期支护刚度的作用也明显加强。故而有必要及时开展二次衬砌施工。
        6.5重视测量监控
        隧道工程建设和施工中，由于忽视了前期地质预报工作，且受技术因素的影响，前期地质预报准备工作并不完善。这使得工作人员无法全面了解并掌握地质概况，在开挖施工后破坏地表的构造。此外，若在工程施工前无法充分了解和把控施工地质概况，相应的深孔注浆施工范围不能满足工程建设和施工标准。浆液渗透后，周围土体固结效果不佳，无法满足规定要求，对后续施工产生较为显著的影响。所以应用浅埋暗挖法隧道施工技术的过程中，必须采取有效措施做好施工概况和地表岩层概况的监测工作，同时适度提高监测的频率，缩短监测的时间间隔，以此深度了解地层结构的动态变化，开展记录和反馈工作。了解和掌握数据信息后方可以数据信息为主要依据，合理调整施工操作，加大保障力度。第一时间发现工程施工中存在的各项问题，采取科学有效的解决措施，严格控制地面沉降。
        7.结语
        浅埋暗挖法隧道施工技术的作用优势尤为显著，但工程施工中出现地面沉降问题的几率较高。应用浅埋暗挖法时，需要准确把握工程施工技术和施工方法，开展测量检测，注重二次衬砌施工，且合理排放地下水，全面分析引发地面沉降问题的主要因素，进而采取针对性管理措施，控制地面沉降，以此保证整体隧道施工的质量与进度，增大作业的安全系数。
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