淺埋暗挖法施工控制關(guān)鍵技術(shù)研究

王曙國

摘要：淺埋暗挖法通過分部開挖和輔助加固措施，有效控制地表下沉和隧道變形坍塌，適用性強(qiáng)，在城市軌道交通建設(shè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。根據(jù)近年軌道交通施工情況，結(jié)合新技術(shù)工藝，就淺埋暗挖施工關(guān)鍵控制技術(shù)進(jìn)行探索研究。

關(guān)鍵詞： 淺埋暗挖法，城市軌道，控制技術(shù)

0引言

淺埋暗挖法在新奧法的基礎(chǔ)上，采用多種輔助工法，通過超前支護(hù)、超前預(yù)加固措施，調(diào)動部分圍巖的自承能力；并采用分部開挖及時(shí)支護(hù)、封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系，有效地抑制圍巖變形的一種綜合配套施工技術(shù)。淺埋暗挖法在施工應(yīng)用中的關(guān)鍵就是分部開挖及輔助工法的控制以施工過程中對隧道的監(jiān)控量測，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。由于城市軌道所處的周邊環(huán)境較為復(fù)雜，地質(zhì)條件經(jīng)過生產(chǎn)活動已經(jīng)有所改變，施工中如對開挖方法選取不合理，對關(guān)鍵的輔助加固措施控制不到位，極易造成隧道圍巖變形過大，失穩(wěn)引起圍巖坍塌，造成重大的安全事故。

1淺埋暗挖開挖方法對比選擇

淺埋暗挖通常分部開挖，根據(jù)地鐵隧道區(qū)間或暗挖車站斷面大小、地質(zhì)圍巖情況、周邊環(huán)境等要求，選擇合理的開挖方法尤為重要。

1.1淺埋暗挖常用方法

采用淺埋暗挖法施工時(shí)， 依據(jù)工程地質(zhì)、水文情況、工程規(guī)模、覆土埋深及工期等因素，常用施工方法有全斷面法、臺階法、中隔墻法（CD法）、交叉中隔墻法（CRD法）、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、洞樁法（PBA法）、中洞法及側(cè)洞法等。

1.2淺埋暗挖各工法的對比

2淺埋暗挖法輔助措施的控制

2.1淺埋暗挖常用的輔助措施

2.1.1 大管棚支護(hù)

一般開挖洞門或結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換、大斷面或通過重要管線等地方 ，設(shè)計(jì)普遍采用管棚方案。常用管棚為 108mm～159mm ，也有采用更大的管棚。管棚直徑不是越大越好 ，施工過程中注意沉降控制。管棚施工帶水作業(yè)時(shí)要間隔進(jìn)行，同時(shí)完成一個(gè)管就要立即進(jìn)行注漿，防止地層中地下水的串流。

2.1.2小導(dǎo)管超前支護(hù)

在軟弱地層中沿著開挖輪廓線和加固輪廓線，按照一定的入射角度，打設(shè)一定數(shù)量的小導(dǎo)管，用注漿設(shè)備把配置好的注漿材料，通過小導(dǎo)管注入到地層里，使注漿材料在軟弱地層里向四周迅速擴(kuò)散和固結(jié)，并使小導(dǎo)管和土體固結(jié)在一起，起到棚護(hù)和加固地層的作用。常用的小導(dǎo)管為25mm—42mm。對較好的粘性土層，采用開挖鎬刨，小導(dǎo)管打入較困難，只要能夠使開挖面穩(wěn)定，可不必強(qiáng)求打小導(dǎo)管；小導(dǎo)管仰角不宜過大 ，一般控制在 15°以內(nèi)。

2.1.3水平旋噴法

開挖前進(jìn)行水平旋噴加固土體，一般土柱直徑為30mm，相互咬合搭接，形成整體殼體，開挖時(shí)起到棚護(hù)作用。目前一般旋噴長度為20 m左右，開挖18m，留2 m 搭接。旋噴壓力為不小于20MPa，覆土較薄時(shí)要減壓，且適當(dāng)縮小間距。目前采用旋噴加固土體主要問題是漿液流失較大，另外長距離水平旋噴方向性偏差。水平旋噴施工期間會有較大沉降，有時(shí)可超過10mm，但開挖時(shí)沉降較小，初支背后壓漿亦少，對于個(gè)別點(diǎn)棚護(hù)不好時(shí)，可補(bǔ)打小導(dǎo)管注漿處理。

2.2輔助措施的施工質(zhì)量控制

隧道超前預(yù)支護(hù)是指在隧道開挖之前，在掌子面前方的地層里，沿隧道橫斷面設(shè)置一個(gè)類似拱殼的連續(xù)體或加固體，用以加固掌子面前方的地層，保證掌子面及圍巖的穩(wěn)定，控制圍巖的變形，形成一個(gè)超前的支護(hù)體系。在隧道施工中， 主要的預(yù)支護(hù)方法有：插板法、地表錨桿注漿法、小導(dǎo)管法、水平旋噴法、冷凍法、管幕工法、管棚工法等。超前小導(dǎo)管的存在能夠?qū)⑺淼篱_挖釋放的荷載向前傳遞給掌子面前方的圍巖，向后傳遞給剛度較大的初支，從而減少掌子面承擔(dān)的荷載， 有利于隧道掌子面的穩(wěn)定，使得隧道的開挖過程更加安全。

2.3.淺埋暗挖法中監(jiān)控量測控制

2.3.1監(jiān)控量測項(xiàng)目的選擇

隧道監(jiān)控量測的項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、規(guī)模大小和設(shè)計(jì)要求綜合選定。量測項(xiàng)目可分為必測項(xiàng)目和選測項(xiàng)目兩大類（見下列表），必測項(xiàng)目在采用噴錨構(gòu)筑法施工時(shí)必須進(jìn)行；選測項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、地質(zhì)條件、隧道埋深、開挖方法及其他特殊要求，有選擇地進(jìn)行。

2.3.2監(jiān)控量測方法選擇

在淺埋段隧道施工過程中，嚴(yán)格按照圍巖加固措施及設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，常規(guī)監(jiān)控量測工作結(jié)合施工進(jìn)度安排，主要進(jìn)行地表沉降觀測、拱頂下沉、周邊收斂、隧道圍巖位移及內(nèi)部變形的量測。通過監(jiān)控量測及時(shí)了解和掌握淺埋暗挖隧道施工過程中地表沉降、拱頂沉降、凈空收斂情況及其規(guī)律性；根據(jù)觀測結(jié)果，預(yù)測下一步地表沉降、拱頂沉降、凈空收斂值，獲得了有用的量測數(shù)據(jù)，為指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工提供了有效依據(jù)。

2.3.3監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析及處理

施工現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的反饋一般通過量測數(shù)據(jù)與這些準(zhǔn)則的比較從而反饋于設(shè)計(jì)施工。常用的三個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1） 根據(jù)位移（或凈空變化）量值或預(yù)計(jì)最終位移值來判斷

（2） 根據(jù)位移速率來判斷

（3） 時(shí)間——位移曲線

（4） 回歸分析法

在隧道開挖過程中，若發(fā)現(xiàn)量測到的位移總量超過某一臨界值或者根據(jù)已測位移預(yù)計(jì)最終位移將超過某一臨界值時(shí)，則意味著圍巖不穩(wěn)定，支護(hù)系統(tǒng)須采取補(bǔ)強(qiáng)措施，并改變施工程序或設(shè)計(jì)參數(shù)，必要時(shí)應(yīng)立即停止開挖，進(jìn)行施工處理。

3淺埋暗挖法中的新技術(shù)

3.1單臂掘進(jìn)開挖

在淺埋隧道中，為減少對圍巖的擾動，避免爆破震動對圍巖的破壞，可以采用單臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)。常用的單臂掘進(jìn)機(jī)是銑盤式采礦機(jī)。挖斗式挖掘機(jī)及鏟斗式裝渣機(jī)亦可以用于隧道掘進(jìn)。

在不能采用爆破掘進(jìn)的軟弱破碎圍巖和土質(zhì)隧道中，若隧道工程量不大，工期要求不太緊，可以采用單臂掘進(jìn)開挖。

3.2隧道掘進(jìn)水壓爆破

水壓爆破是利用沖擊波對水的不可壓縮，爆破能量幾乎無損地傳遞到炮眼圍巖中的特點(diǎn)，就是將藥包置于注入了一定量水的炮眼中，再用專用設(shè)備加工成的炮泥對炮眼進(jìn)行回填堵塞，以水作為傳爆介質(zhì)傳播爆轟壓力至開挖圍巖上，使圍巖破碎。

通過水袋注入炮眼的水和炮泥堵塞，抑制膨脹氣體沖出炮眼口，沖擊波反射加強(qiáng)應(yīng)力波強(qiáng)度和作用時(shí)間，有利于圍巖破碎和防止巖爆。且爆破形成的“水楔”效應(yīng)和水霧效應(yīng)有利降塵、吸附有害有毒氣體和防止瓦斯爆炸，大大改善作業(yè)環(huán)境，保護(hù)了作業(yè)人員的身體健康。

4結(jié)語

淺埋暗挖法作為一種成熟的施工工法，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于隧道建設(shè)各個(gè)領(lǐng)域。由于城市軌道建設(shè)所面臨的地質(zhì)環(huán)境各異，且斷面形式多樣，本文根據(jù)工程實(shí)踐，對工法選擇、輔助措施關(guān)鍵技術(shù)控制、監(jiān)控量測、新技術(shù)工藝進(jìn)行闡述，為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)。

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