復(fù)雜周邊環(huán)境下淺埋超大斷面隧道施工技術(shù)

李 沛 東

(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司，山西 太原 030006)

對(duì)于復(fù)雜周邊環(huán)境下的淺埋超大斷面隧道工程施工，施工單位不僅要考慮復(fù)雜環(huán)境給工程施工帶來的各種影響，還要考慮如何應(yīng)用有效的施工技術(shù)保證施工質(zhì)量，確保隧道工程的順利施工，并提高隧道工程施工效率。尤其是大多數(shù)隧道工程基本是在城市范圍內(nèi)，只有采用合理的隧道施工技術(shù)才能保護(hù)周邊建筑物，減少施工給周邊環(huán)境帶來的影響。

1 工程介紹

在具體應(yīng)用隧道施工技術(shù)時(shí)，一定要了解工程概況、水文地質(zhì)、周邊環(huán)境。這樣才能科學(xué)設(shè)計(jì)隧道，合理選擇施工技術(shù)，從而保證隧道設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.1 概況

其中包括隧道全長(zhǎng)、地層厚度、隧道斷面等。需要注意的是應(yīng)完全掌握隧道斷面的開挖寬度、開挖高度、開挖面積等數(shù)據(jù)資料。本文主要以某城市輕軌工程中的某一站隧道建設(shè)為例。其中隧道全長(zhǎng)為190 m，隧道橫跨四個(gè)高度的斷面。另外，其開挖寬度約(22±0.3)m，開挖高度約(20.3±0.4)m。隧道結(jié)構(gòu)為直墻拱形斷面、復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。

1.2 水文地質(zhì)

更好地了解水文地質(zhì)條件，有利于科學(xué)選擇支護(hù)技術(shù)，且更能保證地表不會(huì)塌陷，影響到工程施工質(zhì)量。該工程的地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜。其中地層最上層主要是夾雜砂質(zhì)粘土的普通土，下層為基巖，呈厚層狀，且質(zhì)地非常堅(jiān)硬。另外，隧道范圍內(nèi)的地下水量較少，且只有上層含有少量滯水。

1.3 周邊環(huán)境

該車站隧道建設(shè)部分原為步行街。其沿線兩側(cè)有酒店、電影院、百貨大樓等多個(gè)高層建筑。其中百貨大樓還屬于超高層建筑，與工程開挖的邊界距離約為12 m。距離工程最近的酒店，其地下室邊界與開挖邊界距離僅4.5 m。另外，車站隧道穿過20條防空洞。防空洞的高度為2.5 m，橫縱跨度為4 m左右。且距離車站洞室中線在0 m～18 m范圍內(nèi)，對(duì)隧道工程的施工影響非常大。

2 隧道施工技術(shù)

2.1 隧道開挖支護(hù)技術(shù)

從上述描述中能夠了解到該車站的圍巖條件較好，利于大斷面開挖施工。但即便如此，其周邊環(huán)境非常復(fù)雜。在開挖時(shí)，施工單位必須要考慮如何保證圍巖的穩(wěn)定，減少不良施工環(huán)境對(duì)隧道工程施工的影響。這也就意味著，施工單位應(yīng)選擇合理的開挖方法。結(jié)合工程實(shí)際，施工單位選擇了雙側(cè)壁導(dǎo)坑分部開挖及側(cè)壁三臺(tái)階開挖技術(shù)。所謂三臺(tái)階開挖技術(shù)，是指按照以弧形導(dǎo)坑開挖留核心土的工作模式，將斷面分為上中下三個(gè)臺(tái)階七個(gè)開挖面，然后平行推進(jìn)。其主要施工流程是：先進(jìn)行上部弧形導(dǎo)坑的環(huán)型開挖，并做好拱部支護(hù)。而后，在中下臺(tái)階的開挖中要左右錯(cuò)開，并做好墻部支護(hù)。最后，進(jìn)行核心土隧道底部的開挖，并做好隧道底部的支護(hù)。另外，在該施工過程中，所有的初期支護(hù)多是以新奧法施工原理為基礎(chǔ)，結(jié)合噴錨網(wǎng)格柵支撐結(jié)構(gòu)。

2.2 微震爆破技術(shù)

考慮到隧道工程的周邊環(huán)境比較復(fù)雜，施工單位可采用合適的爆破技術(shù)，盡量控制爆破規(guī)模，削弱爆破震動(dòng)強(qiáng)度。這樣才能保證大斷面開挖技術(shù)，并提高工程施工效率。

依據(jù)該車站隧道的工程概況，應(yīng)將爆破對(duì)周邊建筑物的振動(dòng)波速控制在(1.8±0.2)cm/s。也就是將爆破噪聲、爆破強(qiáng)度控制安全范圍內(nèi)。對(duì)此，施工單位可參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家法規(guī)。但是在控制其爆破強(qiáng)度時(shí)，還應(yīng)當(dāng)保證其爆破效果，為后續(xù)隧道斷面的施工奠定基礎(chǔ)。另外，依據(jù)工程實(shí)際，施工單位采用了以光面爆破技術(shù)為基礎(chǔ)的威震爆破技術(shù)。但需注意在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)做好爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)、減震措施的使用。首先，在爆破參數(shù)設(shè)計(jì)方面，可依據(jù)公式計(jì)算其單段爆破藥量。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)采用工程類比法進(jìn)行參數(shù)合理或者依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試爆破進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，直至爆破參數(shù)合適。其次，還需采用有效的減震措施。比如采用隔孔裝藥的方式，并針對(duì)不同的施工部位采用合適的爆破方式。譬如在斷面底部采用松動(dòng)爆破方式。

2.3 防空洞的處理技術(shù)

防空洞對(duì)隧道的施工影響非常大。施工單位應(yīng)采取有效的處理技術(shù)，解決防空洞與隧道的重疊、交叉問題，保證工程質(zhì)量。

需要注意的是在隧道開挖施工前，應(yīng)提前進(jìn)行防空洞的處理。若是兩者并未貫穿，則可采用錨噴支護(hù)技術(shù)進(jìn)行防空洞的加固，并進(jìn)行混凝土的回填，使其與周邊圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承載負(fù)荷。若是貫穿情況，則可將兩者的交叉處進(jìn)行支護(hù)。支護(hù)方法可仍采用錨噴支護(hù)。隨后，再進(jìn)行隧道的導(dǎo)坑開挖與支護(hù)，以便將防空洞支護(hù)與隧道的支護(hù)連成一體。最后，再進(jìn)行防空洞支護(hù)部分的混凝土回填。但在這一過程中，施工單位應(yīng)當(dāng)合理控制其圍巖深度、錨桿長(zhǎng)度、間距。

2.4 全面襯砌技術(shù)

超大斷面的施工面積非常大，混凝土的用量也非常大。對(duì)此，施工單位可采用分部分的襯砌方法，滿足隧道超大斷面的施工需求。但為了保證工程質(zhì)量，提升支護(hù)結(jié)構(gòu)的防水能力，施工單位還可采用全斷面襯砌技術(shù)。實(shí)踐證明，全斷面襯砌技術(shù)不僅能保證斷面施工質(zhì)量，而且還能解決大體積混凝土灌注問題。

首先，施工單位可嘗試應(yīng)用全斷面襯砌臺(tái)車。這種施工車的液壓系統(tǒng)壓力、豎向油缸行程等運(yùn)行參數(shù)能滿足施工條件。而且其整體強(qiáng)度、穩(wěn)定性較好。其次，全斷面襯砌施工技術(shù)要點(diǎn)包括：

1)宜將混凝土灌注速度控制在(4.4±0.9)m3/h，以保證臺(tái)車的混凝土澆筑質(zhì)量。2)在施工中，需對(duì)臺(tái)車進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，確認(rèn)其變形量在允許范圍內(nèi)。3)在澆灌、搗固時(shí)，可按照上下分層、左右對(duì)稱的方式進(jìn)行操作。這樣更能保證混凝土灌注質(zhì)量。4)及時(shí)做好混凝土的養(yǎng)護(hù)。通常可采用水霧養(yǎng)護(hù)方式。同時(shí)，應(yīng)盡量確認(rèn)混凝土的強(qiáng)度能達(dá)到2.5 MPa。

2.5 圍巖與支護(hù)變形及受力的監(jiān)測(cè)技術(shù)

首先，開挖引起的位移問題。比如隧道的初期支護(hù)位移。一般可設(shè)置拱頂下沉測(cè)點(diǎn)、水平收斂測(cè)線，進(jìn)行隧道圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。雖然隧道變形對(duì)開挖施工的影響非常大，但是其變形在掌子面通過后的半個(gè)月左右就會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定。又如對(duì)于地表沉降問題，可沿車站中軸線縱向設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，其觀測(cè)點(diǎn)間距可控制10 m左右。同時(shí)，考慮到開挖也會(huì)造成地面沉降，還可沿在其橫向上設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，并將其間距控制在5 m左右。如果其地表沉降監(jiān)測(cè)值為零，則表明開挖沒有引起地表沉降。其次，在初期支護(hù)受力監(jiān)測(cè)方面。主要是對(duì)錨桿應(yīng)力、格柵拱應(yīng)力、噴層應(yīng)力、臨時(shí)鋼支撐應(yīng)力等應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，其測(cè)點(diǎn)布置需結(jié)合實(shí)際情況。譬如其對(duì)于格柵拱應(yīng)力，應(yīng)對(duì)稱設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

綜上所述，隧道工程的施工應(yīng)考慮復(fù)雜的周邊環(huán)境，并結(jié)合淺埋超大斷面的施工特點(diǎn)，采用合適的隧道施工方法。但最重要的是應(yīng)當(dāng)依據(jù)工程實(shí)際，科學(xué)選擇支護(hù)技術(shù)、爆破技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)等施工技術(shù)。只有這樣才能保證隧道工程的施工質(zhì)量，提升隧道工程的安全性、穩(wěn)定性。