城市淺埋暗挖隧道開挖施工技術(shù)

郭 攀 曾德森

（中交四航局第五工程有限公司，福建 福州 350008）

關(guān)鍵字:城市地下隧道；淺埋暗挖施工

1 概述

目前常用隧道施工方法主要有盾構(gòu)法、明挖法、淺埋暗挖法和礦山法。其中盾構(gòu)法施工較安全，但從經(jīng)濟成本角度來講不適合線路長度較短的隧道，同時對圍巖強度、均一性要求較高；明挖法對施工環(huán)境要求較高，需要占用大量開闊場地；礦山法隧道不利于地表沉降控制，施工風(fēng)險較高。在城市工程建設(shè)中不可避免的要在各種復(fù)雜環(huán)境下修建大量的隧道，一般其周圍建筑比較密集，地下環(huán)境比較復(fù)雜，各種管道錯綜復(fù)雜。因此出于施工成本角度、周邊環(huán)境限制以及對地表沉降控制角度來講，選擇淺埋暗挖法是一種較為合適的隧道施工方法。

淺埋暗挖法隧道施工，以改造地質(zhì)條件為前提，以控制地表沉降為重點。其適用性強，適用于絕大多數(shù)地層。但淺埋暗挖法也有其缺點和不適宜的條件和范圍，主要體現(xiàn)在施工過程工序較多，施工進度較慢，施工成本較高；此外，淺埋暗挖法不適用于富水砂層、淤泥質(zhì)隧道施工。

2 城市淺埋暗挖隧道開挖施工技術(shù)

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報

城市淺埋暗挖隧道須高度重視超前地質(zhì)預(yù)報工作，對掌子面前方及其周邊圍巖與地層情況做出超前預(yù)報，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，預(yù)報開挖面前方不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模和性質(zhì)，以避免隧道開挖掘進中發(fā)生突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害；另外也可為優(yōu)化、完善設(shè)計和施工，制定科學(xué)合理的施工方法提供信息依據(jù)。常用的超前地質(zhì)預(yù)報手段包括超前水平探孔（鉆探）及地震波法（物探）。軟弱圍巖地段可采用兩者相結(jié)合的手段，確保預(yù)報準(zhǔn)確。

2.2 土體改良

城市地鐵淺埋暗挖隧道基本處于鬧市區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，為確保軟弱圍巖隧道開挖施工安全及周邊地表建筑物的安全，在施工中常需要采取土體改良，以確保開挖后隧道洞室的巖體穩(wěn)定性。常用的土體改良技術(shù)主要有地表降水、洞內(nèi)帷幕注漿止水等。

地表降水，即沿隧道軸線兩側(cè)范圍內(nèi)布設(shè)一排降水井，通過降水井集中抽排水。利用降水漏斗效應(yīng)的水位高差，使得隧道內(nèi)地下水位處于隧道底板以下一定范圍，確保開挖過程中掌子面處于干燥狀態(tài)。常用于富水地段軟弱圍巖區(qū)域，尤其是全風(fēng)化、強風(fēng)化花崗巖圍巖中，效果較佳。

帷幕注漿止水，即在隧道內(nèi)通過全斷面/半斷面注漿，對洞身及四周土體進行加固注漿，注漿體相互搭接以形成一道類似帷幕的防滲墻，以此截斷水流，從而達到防滲堵漏的目的；同時注漿體又能提高巖土的體穩(wěn)定性。一般注漿漿液采用水泥漿或者水泥-水玻璃雙液漿，在富水砂層地段及砂質(zhì)粘性土地層效果較好。

此外，淺埋暗挖隧道施工也可采用地表深孔注漿、凍融法等土體改良技術(shù)。但地表深孔注漿容易造成周邊地面隆起，凍融法施工成本較高，且對專業(yè)施工隊伍的業(yè)務(wù)能力要求較高。

2.3 隧道開挖

淺埋暗挖隧道施工必須遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的十八字方針。在隧道開挖前做好超前預(yù)支護及超前預(yù)注漿，對隧道拱頂進行有效預(yù)支護，以減少隧道開挖中圍巖掉塊現(xiàn)象。

由于淺埋暗挖隧道周圍地層的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性，在施工中應(yīng)根據(jù)工作條件、隧道圍巖結(jié)構(gòu)特點、周圍建筑物環(huán)境要求，確定合適的開挖方法、支護方式、地層加固等形式。一般來說，穩(wěn)定巖層可采用全斷面或半斷面；土層及不穩(wěn)定巖層一般采用短臺階法分上、下臺階施工；不穩(wěn)定土層采用環(huán)形預(yù)留核心土法施工。對于施工難度大、變形控制要求高、斷面跨度較大的隧道施工，可根據(jù)情況選擇采用CD 法或CRD 法施工。CD 開挖法施工安全，施工難度小，技術(shù)難度高，地表沉降普遍，施工速度適中，造價適中，適用于地質(zhì)條件較差、安全要求較高的隧道施工；CRD 開挖法施工安全，施工難度小，技術(shù)難度大，地表沉降小，施工速度快，適用于地質(zhì)條件差、跨度大、安全要求高的隧道施工。

淺埋暗挖隧道施工必須嚴(yán)格控制好開挖掘進進尺，開挖成型后對圍巖進行速噴混凝土封閉，減少圍巖暴露時間，避免圍巖風(fēng)化穩(wěn)定性降低；并盡快完成初期支護仰拱封閉成環(huán)，承受荷載。

隧道施工中的所有工序都應(yīng)盡量不干擾圍巖結(jié)構(gòu)。如需采用爆破開挖，應(yīng)堅持弱爆破施工控制原則，爆破尺寸一般控制在1 米以內(nèi)。對于上軟下硬地層，必須控制好炸藥用量，以避免爆破震動對上部圍巖的擾動，發(fā)生失穩(wěn)垮塌事故；施工中若遇到小范圍巖石需要處理，可采用機械破除或靜態(tài)爆破處理。

2.4 初期支護

根據(jù)淺埋暗挖隧道施工原理，初期支護是承受隧道荷載的重要支護結(jié)構(gòu)。因此城市淺埋暗挖隧道必須做好初期支護的及時性和有效性。

鋼架作為承受初支“封閉殼”荷載的途徑，必須確保鋼架處于穩(wěn)定基層上，同時必須采用鎖腳錨桿（錨管）進行固定；初支噴射混凝土必須確?；炷梁穸?、密實度，初支結(jié)構(gòu)與圍巖之間不留空洞。

當(dāng)噴射混凝土凝固強度達到70%以上時，可對初支背后進行回填注漿施工，確保初支結(jié)構(gòu)與圍巖緊密連接，以有效控制地面沉降問題，常用回填注漿材料采用水泥砂漿，在回填施工中，注漿口與隧道開挖方向相反。對于開挖掘進中掉塊嚴(yán)重以及初支滲水明顯的區(qū)域，待掌子面掘進一定長度后，應(yīng)重新進行二次初支背后注漿填充。

2.5 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測工作是淺埋暗挖隧道施工的重要組成部分，是保障隧道施工安全的重要環(huán)節(jié)，它不僅能提供指導(dǎo)、預(yù)報險情，確保安全，還能通過現(xiàn)場監(jiān)測獲得圍巖、地層的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，便于動態(tài)調(diào)整支護參數(shù)。

淺埋暗挖隧道常用的監(jiān)控量測手段包括：拱頂下沉監(jiān)測、周邊位移監(jiān)測、地表沉降監(jiān)測、地質(zhì)及支護狀態(tài)觀察，施工中根據(jù)需要可對地下水位、圍巖壓力等進行監(jiān)測。

隧道開挖支護完成后必須及時進行監(jiān)測點布設(shè)和初始值采集，按照設(shè)計頻率和要求進行監(jiān)測，超淺埋區(qū)域及下穿構(gòu)筑物等對地表沉降敏感區(qū)域，需要加密監(jiān)測點布設(shè)及沉降觀測。監(jiān)測過程中及時進行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)值報警時，及時分析數(shù)據(jù)是否異常，必要時采取支護加強措施。

2.6 二襯施工

城市淺埋隧道施工為控制隧道變形或地表沉、確保施工安全，二襯仰拱要緊跟初期支護，盡早提前施作二襯承受荷載。而在二襯施工時大多數(shù)隧道圍巖變形尚未趨于穩(wěn)定，這樣就可能使得后續(xù)圍巖繼續(xù)收斂變形導(dǎo)致二襯結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。對此，施工中可采用跳打法澆筑，即在保證安全步距的前提下，施工一段二襯拱墻結(jié)構(gòu)后（一般1～2 段臺車長度），中間間隔一段拱墻暫不施工，在前方施工一段拱墻，使得圍巖在保證安全前提下繼續(xù)變形趨于穩(wěn)定。

二襯施工前必須對初支斷面進行檢查，并預(yù)留充足的變形值，確保隧道凈空滿足要求。同時二襯施工前必須確保防水層施工質(zhì)量效果，以免后期隧道漏水而大面積進行堵漏施工。

3 結(jié)束語

對于城市淺埋暗挖隧道施工，施工工藝及設(shè)備選型很重要，選擇正確的工藝及設(shè)備，能起到事半功倍的效果，使整個施工工序的質(zhì)量和進度，對于整個工程的影響深遠、重大。