超淺埋暗挖隧道施工技術解析

文/王殿勇、徐國棟

1 前言

目前我國所建設的淺埋隧道工程項目中，受到地質(zhì)、技術、環(huán)境等多個因素影響，導致安全問題比較嚴重，給周邊建筑物造成比較大的損壞，嚴重者還會出現(xiàn)地層坍塌、下沉等，對人們的出行安全造成威脅。因此，在超長距離的下穿高速公路的施工中，我們應該選擇應用大跨淺埋隧道施工全面管理的方法，以此有效使得隧道工程達到安全性和穩(wěn)定性的效果，確保交通運行的質(zhì)量合格。

2 淺埋暗挖施工技術原理

淺埋暗挖施工技術原理如下所示：首先相關人員要做好施工地層結(jié)構(gòu)部分的加固處理，以保證各個圍巖結(jié)構(gòu)部分的承載性能符合標準要求。一般都會通過應用短尺開挖的施工方式；其次，要做好初期支護施工，可以組合成為封閉的結(jié)構(gòu)形式，通過初期圍護與圍巖相結(jié)合的方式，保證其支護效果符合要求，承載性能滿足標準；最后，在變形進入穩(wěn)定期之后，就能夠開始進行二次模的襯砌施工。一般來說，初期只要承擔整個設計載荷，而二次模澆筑施工則是后備的力量，在具體的工程實施中，如果有特殊荷載的存在，那么就能夠通過初期支護、二次襯砌來聯(lián)合承擔，以此達到應有的效果[1]。

3 關于淺埋暗挖的適用范圍和優(yōu)點

3.1 適用范圍

按照當前的豎井和隧道開挖施工的地質(zhì)、水文等條件，并且考慮到地質(zhì)條件所存在的特殊性，以此做好原先設計圖紙注漿止水加固施工工藝以及施工范圍的改變；另外，通過應用暗挖隧道全斷面深孔注漿的施工方式，其包含了隧道外部輪廓線2m 范圍內(nèi)的全部土體結(jié)構(gòu)，能夠做好輪廓線加上地層注漿止水和地層的加固施工，從而避免發(fā)生土體的流失情況，保證整個結(jié)構(gòu)的承載性能都符合要求，有效消除地面沉降，滿足隧道工程安全性的要求。

3.2 優(yōu)點

3.2.1 及時支護

保證鋼筋網(wǎng)、混凝土噴射支護等施工措施及時進行，能夠充分保護周邊土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，符合強度標準要求，不會因為暴露開挖過多而導致強度下降的情況，為周邊的土體形成比較大的支撐力作用，并且還能有效改善周邊土體的應力條件和情況。此外，利用注漿施工作業(yè)方式可以實現(xiàn)地層結(jié)構(gòu)的加固施工，保證土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.2.2 粘貼性

噴射混凝土施工是針對周邊土地進行的全面、密集型粘貼施工，其粘結(jié)力通常會達到0.5MPa 左右，以此能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的粘貼施工，保證其周邊環(huán)境的土體結(jié)構(gòu)強度符合技術標準，從而防止出現(xiàn)集中應力以及影響整個工程穩(wěn)定性的問題出現(xiàn)。

3.2.3 柔性

通過噴射混凝土的方式進行粘結(jié)處理，一般來說其厚度都是比較小的，所以在使用中會有比較大的柔性，可以根據(jù)周邊的土體結(jié)構(gòu)環(huán)境做出必要調(diào)整，使土體有可塑性的變化，進而更好地提升土體的承載能力，發(fā)揮出土體結(jié)構(gòu)的作用。

3.2.4 靈活性

因為噴射混凝土施工工藝可以根據(jù)需要做出必要的調(diào)整，還能夠選擇使用分層的方式來進行，有著比較高的靈活性，以此可以做好周邊土體結(jié)構(gòu)的加固處理，保證土體有著比較高的承載性能，進而提升工程的質(zhì)量，滿足隧道工程的使用需要[2]。

4 工程實例

某隧道工程項目是當?shù)氐闹攸c建設交通項目，連接多個地區(qū)，暗挖隧道的總長度是49m，隧道頂部覆蓋層的厚度是1～2.8m。本次隧道施工中的斷面底部設計為仰拱的形式，全部都是超淺隧道的施工形式；另外，襯砌方式采用的是復合式的形式，通過應用小導管和管棚的方式來進行超前支護施工；初期支護應用的是格柵鋼架和C20 網(wǎng)噴混凝土。

4.1 工程地質(zhì)

本次隧道工程施工所在地區(qū)是第四系的全系統(tǒng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)形式，由卵石、砂、石粉黏土等作為主要的地質(zhì)組成形式，水文變化的幅度是2m，埋設深度10.6m，地下水標高為124.5m。從這一地質(zhì)條件分析，該隧道工程的地質(zhì)比較特殊，要結(jié)合具體的情況深入分析，以保證該地質(zhì)不會給隧道工程的施工產(chǎn)生任何影響，而這也是該隧道施工的難點所在，需要相關人員提起足夠的重視。

4.2 工程難點分析

4.2.1 CRD 工藝對于技術要求是很高的，該隧道工序比較多且比較復雜，給施工帶來了一定難度。

4.2.2 隧道施工開挖成洞的難度比較高，開挖的高度一般能夠達到7.9m，開挖施工的寬度為11.6m。

4.2.3 隧道洞身主要存在人工回填的卵石夾砂、卵石土等，均勻性比較高，土質(zhì)也非常松散，地質(zhì)條件非常差，在施工環(huán)節(jié)極易因為穩(wěn)定性下降而導致坍塌的情況出現(xiàn)。

4.2.4 隧道下穿是正在運營的高速公路項目，為了其不會給道路行駛的車輛產(chǎn)生任何影響，所以在施工階段我們應該做好沉降方面的控制，以保障交通安全。

4.2.5 隧道的頂部覆蓋厚度只有1～2.8m，這是非常典型的超淺埋大跨隧道形式，在工程的實施中極易出現(xiàn)坍塌冒頂?shù)惹闆r，威脅項目施工的安全性。

4.2.6 在施工中相關人員應該積極做好洞內(nèi)工作面以及地面的測量工作，根據(jù)實際的測量數(shù)據(jù)調(diào)整施工工藝，同時還要隨時調(diào)整技術參數(shù)，以保證隧道施工質(zhì)量合格。

5 施工工藝

5.1 大管棚超前支護加固地層

5.1.1 導向拱的施工要通過隧道內(nèi)部的起拱線設置的大管棚來進行，外插角是1°，管棚施工的長度為26m，環(huán)向的間隔距離設定為30cm。導向拱管應該根據(jù)預埋管的要求來進行制作，以保證結(jié)構(gòu)尺寸、性能都符合要求。另外，在安裝階段也要做好質(zhì)量的控制工作，保證安裝位置的精度合格，同時采取逐根測量檢測的方式來進行測量，并保證符合設計角度的要求。立模的過程中，應該確保模板和管口是緊靠的形式，管的外側(cè)應是平齊的，管和管之間還要達到平行布置的要求。

5.1.2 超前水平鉆孔注漿的目的就是要使鉆孔方向精度與注漿精度全部達標，鉆孔可以通過前進注漿、沖擊鉆進等操作方式來進行。因為在本次工程中，當?shù)氐母咚俟放c管棚施工的位置僅有2m 的間隔距離，所以注漿中應用的是水灰比為0.8～1 的32.5 R 普通水泥。在注漿施工的過程中，壓力要嚴格控制，一般以0.5～1.0MPa 為最佳。水平注漿施工完成之后，還要間隔一定的距離來進行管棚的制作，同時應該通過鉆機將鋼管鉆入規(guī)定的深度上。

5.2 CRD 工法分部開挖支護

本次超淺埋暗挖隧道工程中，高速公路的下部地層比較松散且強度比較小，為了使工程施工更加安全，我們從地面沉降方面做出分析，最終確定CRD 工法更加合適。CRD 工法采取分步進行開挖的方式，能夠形成比較多的小斷面，且成環(huán)時間很短，不會產(chǎn)生過大的變化，受力結(jié)構(gòu)體系非常完整。

5.2.1 施工要點

5.2.1.1 及時進行長鋼架的連接施工，然后快速進行封閉成環(huán)。拱部的位置上需要預留核心土，其斷面一般會超過開挖斷面的50%進行設置，能夠保證掌子面達到穩(wěn)定性的標準。

5.2.1.2 如果地層是比較差的地質(zhì)條件，則需要在掌子面上噴射5cm 厚C20 早強混凝土封閉，以此保證土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性合格。同時，對于混凝土強度的控制方面，不僅要在混凝土材料上進行確定，還需要根據(jù)整體工程的結(jié)構(gòu)性選擇相關的技術方案進行處理。一般來說，在該方面處理的過程中做好地層的支護是非常關鍵的。

5.2.1.3 開挖施工要盡量一次到位，禁止存在鋼架就位過程中欠挖的情況。開挖輪廓線應該綜合分析施工誤差、預留變形、超挖等因素，并保證輪廓線的平直、圓順合格，能夠防止出現(xiàn)應力集中的問題。需要注意的是，在開挖的過程中，針對出現(xiàn)的各種超挖變形等問題，我們還需要采取有效的措施進行控制。就目前而言，在開挖環(huán)節(jié)采取的是錨桿支護方式進行支護處理，通過該方式的應用能夠提高整體質(zhì)量。

5.2.1.4 每一次開挖之后，都要立即初噴厚度為50cm 的混凝土結(jié)構(gòu)層，然后進行掛網(wǎng)、打錨桿、設置鋼架，同時還要使復噴達到設計厚度的要求。格網(wǎng)鋼架的安裝施工中，應該將底部的廢渣、雜物等全部清除干凈，然后設置鋼板或者木板，避免出現(xiàn)下沉或者失穩(wěn)的問題。另外，超挖位置還需要采用混凝土以及磚塊進行墊實處理。鋼架和土層如果有比較大的間隙存在，此時需要設置墊塊或者通過水泥砂漿來進行找平處理。

5.2.1.5 每循環(huán)開挖進尺以0.5～0.7m 為宜，開挖施工完成之后就要開始初期支護施工，另外拱腳兩側(cè)需要設置鎖腳錨桿的結(jié)構(gòu)，并與鋼筋網(wǎng)架進行焊接施工，組合成為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

5.2.1.6 初期支護階段，應該在所設施的拱部范圍內(nèi)預埋φ32×3.5mm 厚、L=1m、間距為0.8m×0.8m、梅花形布置的注漿鋼花管。

5.2.1.7 開挖施工環(huán)節(jié)應該做好各項監(jiān)測控制工作，如果有拱頂、拱腳或者邊墻發(fā)生位移的情況以及超出了設計標準或者出現(xiàn)突變的問題，則應該立即設置全環(huán)內(nèi)的型鋼架，以保證其不會出現(xiàn)位移或者變形的情況。

5.2.1.8 相關人員應做好各項開挖記錄，并詳細了解地質(zhì)條件，分析是否和勘察資料有明顯的差異；同時還要確定開挖面的穩(wěn)定性，并對后續(xù)開挖面情況做出預報，以保證施工可以順利進行。

6 結(jié)語

綜上所述，在超淺埋暗挖隧道施工中，通過使用CRD 法進行施工，能夠做好各個開挖結(jié)構(gòu)部分的施工質(zhì)量控制工作，保證各個環(huán)節(jié)符合要求，進而提升工程的安全性與穩(wěn)定性，確保高速公路項目穩(wěn)定通行，產(chǎn)生比較高的經(jīng)濟效益、社會效益。