淺埋暗挖法在隧道施工中的應(yīng)用研究

賈堅(jiān)華

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司)

?

淺埋暗挖法在隧道施工中的應(yīng)用研究

賈堅(jiān)華

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司)

摘要：在我國內(nèi)陸及沿海地區(qū)廣泛存在軟土地質(zhì)，特別是在城里內(nèi)部進(jìn)行隧道施工中常遇到土體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，對(duì)地表沉降控制較為嚴(yán)格的情況，這就需要采用淺埋暗挖法進(jìn)行隧道施工，針對(duì)隧道工程中淺埋暗挖法中的CRD法開挖隧道展開研究。

關(guān)鍵詞：淺埋暗挖；隧道工程；CRD法

1引言

在城市隧道或管道施工中大多需要采用淺埋暗挖法進(jìn)行施工。在淺埋暗挖法隧道施工中需要重點(diǎn)解決兩個(gè)方面的問題，一個(gè)是隧道在成洞過程中圍巖的穩(wěn)定性，另外一個(gè)是控制好地表的沉降量大小。所以在淺埋暗挖法施工過程中一般是要在進(jìn)行初期支護(hù)的基礎(chǔ)之上再進(jìn)行一次二次襯砌，通過初期支護(hù)能夠?yàn)樗淼澜Y(jié)構(gòu)提供一定的安全保證，二次支護(hù)跟初期支護(hù)形成共同體來承受隧道所受到的地震荷載等相關(guān)特殊荷載。淺埋暗挖法隧道施工中的支護(hù)方式主要有錨噴支護(hù)、大管棚支護(hù)、小導(dǎo)管注漿等方式。目前在隧道淺埋暗挖法施工中較常采用的施工技術(shù)為CRD法，也就是十字隔墻法，該施工技術(shù)能夠較好的解決大跨度的淺埋結(jié)構(gòu)施工難度大的問題，其主要技術(shù)特點(diǎn)是將隧道的大斷面簡(jiǎn)化為小斷面開挖，使得每一個(gè)施工階段都能夠形成一個(gè)完整的受力體系，減小了地表的沉降量，保證了隧道斷面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2隧道施工中淺埋暗挖法施工研究

2.1　CRD法施工方案研究

隧道施工中提供承載能力的主要為巖體結(jié)構(gòu)，所以在施工過程匯總要盡量減少對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的破壞，通過相關(guān)支護(hù)結(jié)構(gòu)跟圍巖共同發(fā)揮作用來控制圍巖的變形，在淺埋暗挖施工過程中需要對(duì)施工中的各個(gè)階段的變形和位移做好檢測(cè)?？刂坪玫叵滤畬?duì)隧道施工的影響，做好相關(guān)臨時(shí)支撐，通過圍堰支護(hù)來保證隧道整體受力的穩(wěn)定性，避免施工過程中或隧道運(yùn)營支護(hù)出現(xiàn)塌方、不均勻沉降等安全事故。

CRD法施工一般分為四步進(jìn)行開挖和支護(hù)，相鄰步驟之間的間距控制在5 m左右，在開挖斷面之前需要進(jìn)行超前小導(dǎo)管施工，通過導(dǎo)管進(jìn)行注漿作業(yè)，以提高周圍地層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。早隧道的初期支護(hù)和二次襯砌過程中都需要做好回填注漿工作。淺埋暗挖法施工中不可避免需要設(shè)置相關(guān)臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐的設(shè)置會(huì)引起較大的地表沉降，所以施工過程中要采用相關(guān)措施來減輕對(duì)地層的擾動(dòng)，分散支撐底板所受到的壓力。

2.2　洞口端圍護(hù)研究

在隧道淺埋暗挖施工中常遇到隧道斷面內(nèi)的存在處于不穩(wěn)定狀態(tài)的粉砂層，為了保證隧道兩端土體的穩(wěn)定性，需要在進(jìn)行開挖之前在隧道的兩端設(shè)置間距為1.5 m的鉆孔樁，并且在兩端的樁頭外側(cè)設(shè)置三排直徑為100 cm的旋噴樁，以起到止水的目的，旋噴樁一般是深入到隧道底以下2 m左右。

2.3　大管棚超前支護(hù)

隧道管棚支護(hù)要在地層內(nèi)部形成一個(gè)穩(wěn)定的拱殼結(jié)構(gòu)，主要是通過鋼管和鋼拱架組成。在管棚的后端通過導(dǎo)向管將其固定在混凝土套拱內(nèi)，光管按照一定的間隔和適當(dāng)?shù)耐獠褰窍蚯绊斶M(jìn)，從而在隧道開挖的輪廓線外圍形成拱殼結(jié)構(gòu)。待鋼管進(jìn)入地層內(nèi)部支護(hù)通過預(yù)留的開孔進(jìn)行注漿作業(yè)，注漿能沿地層內(nèi)部裂隙前進(jìn)，從而在隧道開挖斷面周圍形成預(yù)支護(hù)體系。有效的提高了圍巖的穩(wěn)定性，減小了地層的位移，一般鋼管開孔直徑在10~16 mm作業(yè)，開孔間距控制在15~20 cm作業(yè)，開孔以梅花形方式進(jìn)行布置。

梁的效應(yīng)，管棚前端的鋼管要嵌入到圍巖內(nèi)部，在隧道推進(jìn)方向布置的一端跟初次支護(hù)結(jié)構(gòu)連接在一起，這就形成了縱向的支撐梁結(jié)構(gòu)，縱向支撐能夠大幅提高豎向的承載能力。拱的效應(yīng)，在隧道的橫斷面方向，如果不進(jìn)行超前管棚支護(hù)，拱形圍巖必須要依靠兩側(cè)的側(cè)墻體來保證受力的穩(wěn)定性，進(jìn)行超前管棚支護(hù)之后，可以在各個(gè)支護(hù)單元之間形成拱的效應(yīng)，從而建立其新的受力平衡，有效的較小拱形圍巖的側(cè)墻受力。強(qiáng)化巖體效應(yīng)，利用注漿泵通過預(yù)留在鋼管內(nèi)開挖進(jìn)行注漿作業(yè)，漿液進(jìn)入地層縫隙內(nèi)部提高了圍巖的強(qiáng)度和抗變形能力。

2.4　超前小導(dǎo)管及掌子面注漿加固

超前小導(dǎo)管注漿采用直徑為42 mm的小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固，相鄰小導(dǎo)管之間的間距控制在40 cm左右。小導(dǎo)管的長度選擇為3 m。導(dǎo)管的頂進(jìn)角度與水平方向呈一定角度。超前小導(dǎo)管要在隧道斷面內(nèi)全布置。小導(dǎo)管一般采用無縫鋼管，在管周圍設(shè)置8 mm的注漿孔。小導(dǎo)管要重點(diǎn)對(duì)隧道的頂板和側(cè)墻進(jìn)行注漿作業(yè)。

為保證隧道開挖過程中的安全性和穩(wěn)定性，有效的減小地表產(chǎn)生的沉降，需要采取預(yù)先開挖處掌子面，對(duì)掌子面范圍以外的范圍地層進(jìn)行注漿加固。每3 m作為一個(gè)注漿循環(huán)。

2.5　鎖腳錨管施工

在淺埋暗挖施工過程中為了控制隧道的位移及沉降，可以在隧道的側(cè)墻腳位置處采用工字鋼對(duì)稱進(jìn)行錨固支撐。支撐工字鋼采用中空結(jié)構(gòu)，以便于進(jìn)行注漿作業(yè)。

2.5　小間距巖柱加固

對(duì)于淺埋暗挖中的小間距隧道，為了保證隧道開挖過程中相鄰隧道的結(jié)構(gòu)安全，減小相鄰隧道的中間巖柱的承載力大小，在施工過程中對(duì)隧道的中間巖柱提出了較高的承載能力要求。常采用的加固措施主要有在中間巖柱部分采用小導(dǎo)管進(jìn)行注漿，或者是采用對(duì)拉錨管進(jìn)行加固。

當(dāng)采用小導(dǎo)管注漿作業(yè)時(shí)要注意導(dǎo)管不能侵入到隧道的建筑界限之內(nèi)。小導(dǎo)管注漿采用的注漿液一般為水泥-水玻璃也，要對(duì)注漿導(dǎo)管施加一定的注漿壓力，通常選擇為0.5~1.0 MPa，水泥和水玻璃的比例控制在1∶0.5左右，注漿結(jié)束時(shí)適當(dāng)?shù)奶岣咦{的壓力，以便于起到穩(wěn)固漿液的作用。

采用對(duì)拉錨桿加固中間巖柱方法時(shí)，通過錨桿可以對(duì)中間巖柱進(jìn)行二次注漿作業(yè)，之后進(jìn)行雙向張拉，錨桿設(shè)置要

按照梅花形進(jìn)行布置，為了保證中間巖柱結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，在張拉錨管或進(jìn)行小導(dǎo)管注漿作業(yè)的過程中可以采用工字鋼進(jìn)行縱向支護(hù)，以改善巖柱的整體受力平衡。

3淺埋暗挖法沉降控制措施

3.1　嚴(yán)格遵循施工質(zhì)量控制原則

在隧道淺埋暗挖施工中要做好超前支護(hù)，嚴(yán)格控制注漿的質(zhì)量，控制好CRD開挖法開挖過程中的單次掘進(jìn)距離，加強(qiáng)支護(hù)措施，對(duì)隧道斷面內(nèi)和地表的變形、位移做好日常監(jiān)測(cè)。通常利用超前小導(dǎo)管進(jìn)行注漿能夠起到較好的支護(hù)效果，但是在施工過程中要特別注意注漿的效果，對(duì)于注漿的時(shí)間、順序、材料和配合比組成要進(jìn)行嚴(yán)格控制。按照隧道掘進(jìn)的速度盡量減少對(duì)地層的擾動(dòng)，在進(jìn)行初期支護(hù)過程中要進(jìn)行保證圍堰具有一定的強(qiáng)度和剛度，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)做好臨時(shí)支護(hù)。

3.2　對(duì)土體特性進(jìn)行改善

在淺埋暗挖施工過程中常遇到軟土地質(zhì)狀況，所以需要對(duì)隧道開挖過程中周圍的土體進(jìn)行局部的加固處理，通過局部加固一方面可以改善土的特性，提高其適用性。另外一方面可以保證隧道斷面開挖支護(hù)能夠形成自然的拱形斷面，便于后續(xù)的支護(hù)施工。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)狀況可以采用水泥注漿或化學(xué)注漿。

3.3　地下水排放

在淺埋暗挖隧道施工中地下水是影響隧道工程施工的一種關(guān)鍵因素，做好隧道開挖斷面和影響范圍內(nèi)的隧道排水能夠有效的提高土層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保證施工過程中的安全。但是對(duì)于沙礫層等特殊土層在施工過程中也要注意避免地下水的過度排放，這會(huì)導(dǎo)致地層發(fā)生超固結(jié)現(xiàn)象，引起地表大范圍內(nèi)的沉降。針對(duì)特殊土層結(jié)構(gòu)可以采用旋噴樁等止水措施，阻斷地下水的滲透通道，要建立縮短抽排水的時(shí)間。在開挖完掌子面之后要對(duì)開挖面周邊和掌子面范圍內(nèi)做好注漿作業(yè)，待相關(guān)防護(hù)措施設(shè)置到位后及時(shí)調(diào)整超前小導(dǎo)管等支護(hù)參數(shù)的設(shè)置，保證注漿的效果。

3.4　加強(qiáng)初期支護(hù)，及時(shí)做好二次襯砌

初期支護(hù)施工完成之后，自身還存在一個(gè)徐變的過程，所以初期之后要在超前支護(hù)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行。初期支護(hù)完成之后隧道內(nèi)部仍然存在一個(gè)應(yīng)力調(diào)整的長期過程，特比是地下水較為豐富的地段，孔隙水仍然能夠在大范圍內(nèi)對(duì)隧道產(chǎn)生影響，長期發(fā)展會(huì)引起地表大范圍的沉降。所以在初期支護(hù)完成之后及時(shí)進(jìn)行二次襯砌施工，以保證隧道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王海君,朱蘭洋.北京地鐵西四站暗挖段施工工法數(shù)值模擬研究[J].建筑科學(xué),2007,23(11).

[2]張曉麗,王夢(mèng)恕.減小淺埋暗挖法施工對(duì)建構(gòu)筑物影響的措施[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2005,15(11).

[3]易小明,張頂立.淺埋大跨隧道下穿建筑物時(shí)的變形控制標(biāo)準(zhǔn)[J].都市快軌交通，2008，21(6).

收稿日期：2014-12-21

中圖分類號(hào)：U445

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2015)08-0109-01