淺埋暗挖法隧道施工技術(shù)及其地面沉降控制策略

徐宇

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各種工程建設(shè)逐漸增多，其中不可避免會有隧道施工。在隧道施工中，常會遇到較多的困難，為保證施工質(zhì)量和安全就應(yīng)選擇合理的施工技術(shù)。淺埋暗挖法因其獨(dú)特的優(yōu)勢，在隧道施工中廣泛應(yīng)用。但是，這種施工技術(shù)的應(yīng)用極易引起地面沉降問題，不利于施工的順利開展。本文通過對這種施工技術(shù)進(jìn)行深入的分析，并提出有效的地面沉降控制策略，希望能為相似工程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：淺埋暗挖法；隧道施工技術(shù)；沉降控制

1 淺埋暗挖法概述

1.1 施工原理

這種施工技術(shù)在應(yīng)用中主要包括以下三個環(huán)節(jié)：首先，是支護(hù)工作的合理開展。在實(shí)際施工中，這項(xiàng)工作需分兩個階段進(jìn)行，第一階段為開挖前期的初期支護(hù)，第二階段為內(nèi)層襯砌時的二次支護(hù)，通過支護(hù)實(shí)現(xiàn)荷載的有力承擔(dān)，確保施工過程的安全。接著，以輔助工法實(shí)現(xiàn)圍巖的加固，在這個基礎(chǔ)上使其具備強(qiáng)大的自承能力，接著利用各種開挖手段使支護(hù)和圍巖封閉成環(huán)，以形成完善的支護(hù)體系。最后，經(jīng)過以上兩個環(huán)節(jié)的處理，再應(yīng)用先進(jìn)的信息化技術(shù)根據(jù)工程實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。一般情況下，這種施工技術(shù)常用于較為松軟的地質(zhì)條件下。這樣的地質(zhì)條件缺陷在于附近的巖石層承載力不足，難以保證該技術(shù)的順利實(shí)施，這就需要按工程實(shí)際設(shè)計(jì)要求及時進(jìn)行復(fù)合襯砌工作，防止工程周邊地表有沉降現(xiàn)象發(fā)生。

1.2 施工原則

在隧道施工中采用這種施工技術(shù)，原則上應(yīng)以不對地面造成較大影響為前提，并盡量將影響最小化，同時也要保證施工進(jìn)度符合工程要求。為實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，就要切實(shí)做好以下幾項(xiàng)工作：1）由于不同地區(qū)的地質(zhì)情況以及氣候條件各不相同，在選擇施工方法時應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況。2）在施工前先要完成相應(yīng)的地質(zhì)檢測工作，并根據(jù)地質(zhì)檢測結(jié)果確定施工方案以及施工機(jī)械，針對地質(zhì)存在的問題，提出合理的解決對策。3）對各施工環(huán)節(jié)進(jìn)行全程測量監(jiān)控，及時記錄相應(yīng)的結(jié)果，并按規(guī)定將其反饋給有關(guān)人員。4）應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量的有效提高以及施工進(jìn)度的合理保證，使其在規(guī)定的施工周期內(nèi)完工。5）注意施工中的通風(fēng)處理，以保證施工環(huán)境符合施工所需，保護(hù)施工人員的生命安全。

1.3 施工優(yōu)勢

經(jīng)過對傳統(tǒng)明挖法與淺埋暗挖法進(jìn)行對比、分析發(fā)現(xiàn)，在隧道施工中使用這種技術(shù)優(yōu)勢顯著，體現(xiàn)在：1）具備較強(qiáng)的適應(yīng)性，這種施工技術(shù)可應(yīng)用于多種施工環(huán)境下，應(yīng)用范圍較廣，特別是地質(zhì)情況較軟的情況下更為適用。2）操作便捷，其應(yīng)用有利于隧道施工的順利進(jìn)行，降低了施工難度，提高了施工效率。3）符合環(huán)保需求，該技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上減少了粉塵的出現(xiàn)，且消音效果良好，滿足綠色施工需要。

2 淺埋暗挖隧道施工技術(shù)分析

2.1 開挖方法

在應(yīng)用這一施工技術(shù)開挖前，要詳細(xì)勘測工程所在地的施工環(huán)境，研究施工區(qū)域內(nèi)的土質(zhì)，綜合勘測結(jié)果，確定開挖方法。如果遇到地質(zhì)條件特別的情況，就要更加謹(jǐn)慎，不可輕易開挖，而是先要進(jìn)行試驗(yàn)開挖，避免由于盲目開挖造成的施工事故。當(dāng)前階段，該技術(shù)在應(yīng)用中最常見的施工方法為臺階式施工法。但是，在實(shí)際施工過程中，對于開挖方法的選擇要以工程所處地理環(huán)境以及工程需求為依據(jù)，合理選擇。比如在城區(qū)施工應(yīng)使用短臺階施工法，在遠(yuǎn)離人群的邊遠(yuǎn)地區(qū)施工則應(yīng)使用正臺階開挖法等等。

2.2 隧道支護(hù)

在淺埋暗挖法隧道施工的過程中，必須重視支護(hù)形式的選擇，以保證支護(hù)承載力符合承載需求，這就需要采用復(fù)合襯砌支護(hù)。通過初期支護(hù)和二期支護(hù)的共同作用，前者負(fù)責(zé)承擔(dān)全部荷載，而后者負(fù)責(zé)安全儲備，二者相輔相成，形成完善的支護(hù)體系，在有效承載圍巖重量的同時，也保障了工程的安全。大多數(shù)情況下，隧道施工以淺表層為主，對地質(zhì)結(jié)構(gòu)要求相對較高，需要其具備強(qiáng)大的穩(wěn)定性。因此，為保證圍巖結(jié)構(gòu)滿足淺埋暗挖法隧道施工對于穩(wěn)定性的要求，可采用雙層小導(dǎo)管完成水泥漿的注射工作，通過這項(xiàng)工作實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)部土質(zhì)的加固。由于水泥漿具備較強(qiáng)的滲透能力，所以這項(xiàng)工作的實(shí)施也可同時提升隧道巖層抗?jié)B性能。

2.3 輔助施工

淺埋暗挖隧道施工不僅需要上述兩種施工技術(shù)，還需要許多輔助施工以加快施工速度，提高施工質(zhì)量。對于輔助施工方法的選擇也要根據(jù)工程實(shí)際情況以及所需達(dá)到的施工效果來決定。比如噴射混凝土方法用于封閉開挖工作面，而超前錨桿和超前導(dǎo)管則可應(yīng)用于支護(hù)的加固工作等等。在輔助施工進(jìn)行時也要保證其施工步驟符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，施工人員需端正態(tài)度，嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行操作。

3 淺埋暗挖法引起隧道施工地表沉降的原因

3.1 在施工中力學(xué)條件發(fā)生變化

在隧道施工中，淺埋暗挖法的應(yīng)用是施工中的重要環(huán)節(jié)。由于這個環(huán)節(jié)的施工涉及較多的內(nèi)容，易于出現(xiàn)一些細(xì)節(jié)問題引起地面沉降，所以必須要引起施工人員的注意。在這種施工技術(shù)應(yīng)用過程中，會隨著工程的開展產(chǎn)生較多的變量因素。在隧道地層施工之后，應(yīng)隨時監(jiān)控相關(guān)支護(hù)設(shè)備，確保隧道周邊巖體保持穩(wěn)定。如果沒有支護(hù)設(shè)備，就會影響其穩(wěn)定。若是隧道上覆蓋的底層太薄，就會直接引起隧道力學(xué)條件的突變，無法保證隧道附近土體、隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。當(dāng)這種穩(wěn)定性遭到一定程度的破壞時就會導(dǎo)致地面沉降現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 隧道施工壓力過大

經(jīng)過對隧道施工壓力進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，并綜合分析發(fā)現(xiàn)，其壓力大小并不是一定的，而是隨著施工進(jìn)度在不斷的發(fā)生變化，其變化規(guī)律為“形成-破壞-恢復(fù)”，這幾種情況循環(huán)出現(xiàn)，致使隧道施工無論是寬度還是高度都在一直增長，當(dāng)其施工壓力到達(dá)某個值時，開挖作業(yè)的實(shí)施就會造成隧道土體的破壞，引起地表沉降。

3.3 受到施工條件以及自然條件的影響

在淺埋暗挖法隧道施工過程中，導(dǎo)致地面沉降的因素也包括施工條件以及自然條件對其造成的影響。這主要是由于在開挖作業(yè)前所得到的預(yù)報信息有誤，或是忽視了這項(xiàng)工作，致使施工人員沒有對地面沉降問題作出科學(xué)的防范，為施工造成隱患，加大了地面沉降的發(fā)生幾率。同時，在實(shí)際施工中，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行深孔注漿操作，以完成相應(yīng)的加固工作，如果注漿范圍達(dá)不到實(shí)際需求或是在漿液擴(kuò)散后止水工作不到位，也會影響加固效果。此外，在隧道施工中，施工的上下兩部分填土性質(zhì)并不相同，其中上面為素填土，而下面為淤泥填土，盡管其分布范圍大，可是施工性質(zhì)不高。如果隧道的洞身長期在這種環(huán)境下，就易于發(fā)生地質(zhì)移動現(xiàn)象，形成地面沉降。

4 淺埋暗挖法隧道施工中地面沉降控制策略

4.1 完善施工方案

對于工程建設(shè)而言，優(yōu)異的施工方案是保證施工質(zhì)量的前提。如果施工方案不科學(xué)、不合理，就會影響到整個工程建設(shè)效果。因此，在施工前應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，并結(jié)合相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編制適宜的施工方案。在編制的過程中，全面分析使用這種施工技術(shù)進(jìn)行施工可能引起地面沉降的各種因素，針對這些因素確定施工方法和技術(shù)，充分考慮其中的細(xì)節(jié)問題，采用有效的手段對這些影響因素加以控制，為施工的順利進(jìn)行打好基礎(chǔ)。

4.2 改良土質(zhì)結(jié)構(gòu)

正是因?yàn)樗淼朗┕に诘赝临|(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)對其安全與穩(wěn)定影響較大，所以為避免地面沉降問題的出現(xiàn)，改良土質(zhì)結(jié)構(gòu)是一個非常實(shí)用的方法。這種方法在應(yīng)用中是以科學(xué)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對隧道周邊土質(zhì)結(jié)構(gòu)的合理加固，其優(yōu)點(diǎn)在于這種方法可在完成隧道施工作業(yè)之后實(shí)施，可形成一個自然拱形，改善沉降問題。在加固操作時，通常采用灌漿方法，其具體操作方式的選擇應(yīng)結(jié)合施工作業(yè)的特點(diǎn)以及灌漿質(zhì)量要求決定。通過這種方法可實(shí)現(xiàn)土質(zhì)結(jié)構(gòu)的改良，對控制地面沉降有較大的作用。

4.3 合理進(jìn)行排水工作

隧道施工從地勢上來講，較為低洼，在這種地勢條件下特別容易聚集水。一旦隧道附近的巖石有裂縫等情況的出現(xiàn)時，就會導(dǎo)致地表水滲透力增強(qiáng)，滲透范圍逐漸擴(kuò)大，直至進(jìn)入隧道工程。這就要求在隧道施工前期，根據(jù)工程所在地實(shí)際情況，制定相應(yīng)的排水規(guī)劃，合理進(jìn)行排水工作。在排水時可充分利用周邊地勢特點(diǎn)，以排水坡、水渠等引出多余水，避免滲透作用對施工穩(wěn)定造成的不利影響，保證施工的安全。

4.4 重視超前支護(hù)施工

由超前支護(hù)在淺埋暗挖隧道施工中所起的作用可以看出，這項(xiàng)工作的實(shí)施有利于控制地面沉降現(xiàn)象。因此，施工人員必須重視超前支護(hù)施工。為提高超前支護(hù)的承載效果，應(yīng)在相關(guān)規(guī)定范圍內(nèi)盡量擴(kuò)大其支護(hù)區(qū)域，特別是重點(diǎn)部位更應(yīng)提高警惕，專門處理，確保其承載能力滿足工程要求，防止沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。在這一施工工序中，灌漿時一般采用雙層超前小導(dǎo)管，當(dāng)其安裝完畢后，需將水泥漿液以高壓注入其內(nèi)部，并在此作用下，實(shí)現(xiàn)隧道土體與漿液之間緊密相連、互相滲透，從而形成堅(jiān)固的硬塑黏土，提高了圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

4.5 選擇仰拱、襯砌的施工方式

為保證開挖面和支護(hù)結(jié)構(gòu)具備工程需達(dá)到的穩(wěn)定度，可選用仰拱和襯砌的施工方式以實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)。在實(shí)際施工中應(yīng)通過科學(xué)的計(jì)算方式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算工作，確保仰拱和開挖面的精確距離以及灌注量，使這二者能夠及時閉合成環(huán)，從而起到強(qiáng)大的支護(hù)作用，提升支護(hù)體系的穩(wěn)定性。同時，這種施工方法也可使附近巖石結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固，進(jìn)而提高其抗水性能。此外，棧橋運(yùn)輸法也可在施工中應(yīng)用，起到防止地面沉降的作用。

4.6 采用格柵鋼架進(jìn)行支撐和下臺階開挖法

采用這種施工技術(shù)進(jìn)行隧道施工過程中，無論使用任何一種開挖方法都要先進(jìn)行超前支護(hù)施工，并保證其施工質(zhì)量。與此同時，即使在施工中先使用其他開挖方法進(jìn)行施工，可當(dāng)施工進(jìn)行到某個階段時也要使用下臺階開挖法完成后期工作。其實(shí)際操作中施工順序?yàn)橄韧谥胁?，然后再進(jìn)行兩邊跳槽的開挖作業(yè)。需注意的是為避免開挖作業(yè)對壓力拱造成破壞，在中槽開挖過程中需在兩邊預(yù)留足夠的空間。而在兩邊槽馬口開挖作業(yè)中，則更要重視支護(hù)施工過程的處理，主要是指格柵鋼架和掛網(wǎng)噴混凝土這兩項(xiàng)施工作業(yè)。在格柵鋼架施工時，首要工作是對其進(jìn)行合理架設(shè)，并將其固定在導(dǎo)管上，確保其穩(wěn)定性能符合相關(guān)技術(shù)要求，使其支撐性能大大增強(qiáng)，而后在拱腳位置安裝鎖定設(shè)施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定性能的提升。另外，在注漿作業(yè)中應(yīng)利用垂直注漿法進(jìn)行，以減小對圍巖的壓力作用。

4.7 實(shí)施測量監(jiān)控工作

在隧道施工中，前期準(zhǔn)備工作相當(dāng)重要，尤其是地質(zhì)預(yù)報工作。但是，現(xiàn)階段施工人員對這一工作關(guān)注力度不足，且技術(shù)水平有限，致使這項(xiàng)工作無法達(dá)到應(yīng)有效果。由于施工人員難以得到精確的地質(zhì)預(yù)報，也就無法全面掌握當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況，不僅會致使開挖工作對地表影響較大，而且也不利于深孔注漿范圍的控制，不能保證注漿效果，影響后期施工的順利進(jìn)行。為有效解決這個問題就要做好測量監(jiān)控工作，對施工過程以及地表巖層狀態(tài)進(jìn)行全程監(jiān)測，并加大工作力度，增加監(jiān)測頻率，隨時把握地層結(jié)構(gòu)的變化，并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行詳盡的記錄，且做好反饋工作。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整施工方法及施工順序，防止地面沉降現(xiàn)象的發(fā)生。

5 結(jié)語

綜上所述，在隧道施工中應(yīng)用淺埋暗挖法進(jìn)行施工，有效的提高了施工效率，加快了施工進(jìn)度。但是，也要重視施工對于地表的影響，加強(qiáng)對地面沉降的控制。只有全面掌握工程實(shí)際情況，了解施工中應(yīng)注意的問題，明確施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證整體的穩(wěn)定性，才能減少地面沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)，促進(jìn)隧道施工的順利開展。

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