城市明挖隧道施工及地下水控制研究

范 鵬 張 偉

（中交一公局第五工程有限公司， 北京 100024）

1 工程概況

本工程基坑內(nèi)疏干井、減壓井及基坑外觀測井以管井降水為主，并輔以基坑內(nèi)集水坑明排基坑降水深度控制在坑底以下1m；在DK1+795～DK1+885及DK2+482～DK2+550 處基坑深度小于4m，且基底不在1—3 粉土層，采用輕型井點(diǎn)降水。降水井實(shí)管和沉淀管為鋼管。井點(diǎn)埋設(shè)深度L=h+7m（h=基坑深度），基坑開挖前20 天開始降水，開始降水后，應(yīng)及時(shí)觀測水位動態(tài)變化。

2 城市明挖隧道施工及地下水控制

2.1 土層分布及水文地質(zhì)條件

（1）土層分布。在本工程中，施工現(xiàn)場的土層分布情況如表1 所示。

表1 隧道工程施工現(xiàn)場土層分布詳情

（2）水文地質(zhì)條件。受到當(dāng)?shù)貧夂驐l件的影響，地表水相對比較匱乏；地下水的補(bǔ)給來源為灌區(qū)滲透以及河流側(cè)滲補(bǔ)給。地下水的流向?yàn)槲鞅毕驏|南，因?yàn)楣こ趟诘氐哪昃涤炅枯^少，加之氣溫高，蒸發(fā)強(qiáng)烈，致使地下水水質(zhì)呈現(xiàn)出較為明顯的垂直分帶性。施工場地的地下水位年均變化幅度在0.5-1.0m 之間。

2.2 隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)

本工程中，隧道基坑的右側(cè)與XX 路相鄰，為避免隧道明挖施工中引起右側(cè)地表沉陷，經(jīng)過研究之后，決定采用人工挖孔排樁作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，單樁插入深度為6.0m，在樁頂設(shè)置冠梁，樁身設(shè)置腰梁和預(yù)應(yīng)力錨索，支護(hù)方式為土釘墻支護(hù)。具體的施工要點(diǎn)如下：

（1）樁孔開挖。本工程中，人工挖孔樁采用的是跳挖法，當(dāng)開挖高度達(dá)到1.0m 后，支立模板灌注護(hù)壁混凝土，粉質(zhì)粘土段，采用插板法進(jìn)行開挖。

①在對樁孔進(jìn)行開挖前，測量人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)行準(zhǔn)確地定位放樣，在樁中心位置四周埋設(shè)護(hù)樁，首節(jié)樁孔挖好后，應(yīng)及時(shí)支立模板，以樁位中心點(diǎn)對模板位置進(jìn)行校正，灌注混凝土形成護(hù)壁[1]。施工完畢后，應(yīng)當(dāng)對護(hù)壁的厚度進(jìn)行檢查，看是否與設(shè)計(jì)要求相符。人工挖孔樁施工允許偏差如表2 所示。

表2 人孔挖孔樁施工允許偏差（mm）

②樁孔開挖后必須及時(shí)進(jìn)行護(hù)壁混凝土灌注，當(dāng)天挖好的樁孔應(yīng)當(dāng)在當(dāng)天完成灌注。對混凝土進(jìn)行灌注的過程中，可以使用插入式振搗棒進(jìn)行振搗密實(shí)。當(dāng)護(hù)壁混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度之后，可對模板進(jìn)行拆除，終孔前，必須將護(hù)壁上的污泥和孔底殘?jiān)⒎e水清除干凈，并在質(zhì)檢合格后，方可進(jìn)行封底，下放鋼筋籠，灌注樁身混凝土。

（2）鋼筋籠安裝。本工程中，鋼筋籠在現(xiàn)場進(jìn)行制作，一次加工成型，主筋通過對焊的方法進(jìn)行連接，箍筋與主筋之間以點(diǎn)焊的方式進(jìn)行連接。施工中應(yīng)當(dāng)確保相鄰主筋的接頭錯開[2]。制作好的鋼筋籠，通過汽車吊進(jìn)行安裝。

（3）灌注樁身混凝土。鋼筋籠下放就位后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行樁身混凝土灌注，施工中作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)程要求進(jìn)行操作，以此來確保樁身混凝土的灌注質(zhì)量。

2.3 隧道基坑土方開挖

本工程中，對隧道基坑進(jìn)行開挖時(shí)，采用的是分層開挖的方法，具體的施工技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）前期準(zhǔn)備。在進(jìn)行隧道基坑開挖前，需要做好如下準(zhǔn)確工作：依據(jù)相關(guān)資料，編制施工組織設(shè)計(jì)及具體的操作規(guī)程，針對施工中可能出現(xiàn)的滲漏水以及邊坡失穩(wěn)等情況，制定合理可行的應(yīng)急措施[3]；準(zhǔn)備土方開挖所需的施工機(jī)械設(shè)備，并對所有設(shè)備的性能進(jìn)行檢查，防止施工中因設(shè)備問題導(dǎo)致工期延誤的情況發(fā)生；在基坑周圍挖設(shè)排水溝，確保施工中地表水不會流入到基坑內(nèi)，同時(shí)，在基坑中設(shè)置集水溝和深井，用水泵將井內(nèi)的水抽排至施工現(xiàn)場外的沉淀池內(nèi)進(jìn)行集中處理。

（2）土方開挖。在本工程中，隧道基坑土方開挖使用挖掘機(jī)，挖出的土方通過自卸式汽車進(jìn)行外運(yùn)。為確保隧道基坑開挖安全、有序進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)避免對基底造成過大的擾動。開挖時(shí)，可通過鋼板樁進(jìn)行支護(hù)。

2.4 隧道結(jié)構(gòu)施工

在本工程中，隧道主體結(jié)構(gòu)的施工是重點(diǎn)環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到隧道的整體質(zhì)量，為此必須對該環(huán)節(jié)予以重視。具體的施工技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）混凝土墊層施工。在對混凝土墊層進(jìn)行施工前，作業(yè)人員應(yīng)先將軟土、泥漿等清除干凈，然后采用分段法，對墊層進(jìn)行施工。如果坑內(nèi)有水，應(yīng)施作排水溝和集水井，對水進(jìn)行抽排；當(dāng)坑底滲水情況比較嚴(yán)重，且存在動水壓力時(shí)，應(yīng)在減壓后，鋪設(shè)墊層，澆筑封底混凝土，并在底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%以上后，停止抽水，對集水井進(jìn)行封閉。

（2）隧道底板施工。隧道底板采用的是鋼混結(jié)構(gòu)，按照設(shè)計(jì)要求，對鋼筋進(jìn)行綁扎和安裝，隨后便可進(jìn)行底板混凝土澆筑。在本工程中，底板混凝土采用泵送的方式進(jìn)行澆筑，通過插入式振搗棒進(jìn)行振搗密實(shí)。對底板混凝土進(jìn)行澆筑的過程中，應(yīng)當(dāng)對自由傾落高度進(jìn)行控制，若是超高，則應(yīng)使用串筒或是溜槽輔助施工；混凝土振搗的時(shí)間應(yīng)當(dāng)控制在10-30s 左右，當(dāng)混凝土泛漿且無氣泡產(chǎn)生時(shí)，便可停止振搗[4]。

（3）側(cè)墻與頂板施工。在本工程中，隧道頂板的施工采用是滿堂支架灌注混凝土的方法，模板為鋼膜，側(cè)墻模板為大塊模板，混凝土均為商品砼。在支立模板時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保牢固、穩(wěn)定，不得存在松動、變形等情況，模板的拼接縫應(yīng)當(dāng)嚴(yán)密，以免漏漿，安裝模板前，應(yīng)當(dāng)均勻涂刷脫模劑。模板安裝完畢后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行混凝土灌注，并在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行拆模。

3 常見問題處理方法

3.1 流沙及管涌:

1）采用井點(diǎn)降水，使水位降至基坑底0.5m 以下，使動水壓力的方向朝下，坑底土面保持無水狀態(tài)；

2）沿基坑外四周打鋼板樁，深入坑底下面一定深度，增加地下水從坑外流入坑內(nèi)的滲流路線和滲水量，減小動水壓力；

3）采用化學(xué)壓力注漿或高壓水泥注漿，固結(jié)基坑周圍粉砂層，使形成防滲帷幕；

4）往坑底拋大石塊，增加土的壓重和減小動水壓力，同時(shí)組織快速施工；

5）清除管涌部位所有流動土,且向下挖30cm,回填粒徑不小于10cm 的碎石,上面再鋪砂加石。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移：

1）調(diào)整和控制開挖順序及開挖深度；

2）根據(jù)位移情況，可以采取增加支撐頂力與增加支撐的辦法。

3.3 基底隆起：

1）坑內(nèi)加載；

2）采用雙液注漿的基坑內(nèi)土體加固；

3）加快墊層封底施工,減少基底暴露時(shí)間；

4）做好坑內(nèi)降水和排水工作，防止坑內(nèi)積水。

3.4 周圍地面沉降：

1）停止基坑外降水，或采取回灌措施；

2）在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外施以壓密注漿進(jìn)行隔水；

3）對圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐變形，進(jìn)行加固措施。

3.5 滲水處理：

1）輕微滲漏處理：

水泥土止水帷幕發(fā)生滲漏時(shí)，采取“疏堵結(jié)合”的“膨脹”堵漏法。具體步驟：A、修挖滲漏縫隙，注意修挖時(shí)控制里大外小的洞隙，便于安裝膨脹材料。B、根據(jù)已修挖的洞隙尺寸，把膨脹材料裝入塑料袋中，沿定向膨脹方向用美工刀劃幾個口。以便膨脹材料吸水膨脹。C、安裝膨脹材料，膨脹材料與孔洞間不留縫隙，必要時(shí)進(jìn)行支撐加工。

嚴(yán)重滲漏處理措施：采用單管雙液自下而上的注漿處理。

（1）基坑內(nèi)滲漏部位做好標(biāo)記，基坑內(nèi)局部填土壓實(shí)。B、在標(biāo)記處止水帷幕外側(cè)布置注漿孔位，孔中心間距不大于50cm，孔排距不大于25cm，梅花形布置3 排注漿孔，注漿深度與止水帷幕接近，水灰比0.8～1 配制水泥漿。C、采用雙液注漿機(jī)進(jìn)行水泥漿及水玻璃溶液混合壓漿。從而實(shí)現(xiàn)止水效果。

4 結(jié)論

綜上所述，城市明挖隧道施工是一項(xiàng)較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，由于其中涵蓋的內(nèi)容既多且雜，從而使得施工難度有所增大，一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能影響隧道的整體質(zhì)量。為此，作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)了解并掌握相關(guān)的施工技術(shù)要點(diǎn)，并在實(shí)際工程中進(jìn)行合理運(yùn)用。同時(shí)，明挖隧道施工過程會受到地下水的影響，所以，應(yīng)采取有效的措施對地下水進(jìn)行控制，確保明挖隧道按質(zhì)、按量、按時(shí)完成。