淺談隧道淺埋段施工應(yīng)對(duì)方法

胡紅波

（重慶市建筑科學(xué)研究院有限公司，重慶 400000）

0 引言

隨著工程建設(shè)的不斷發(fā)展及施工技術(shù)的日益革新，淺埋隧道的暗挖工法、技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，淺埋隧道在開(kāi)挖工法中雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中洞法、洞樁法、平頂直墻暗挖技術(shù)逐漸得到推廣，但各種開(kāi)挖工法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工均存在不同程度的影響，在施工困難點(diǎn)、安全風(fēng)險(xiǎn)、施工進(jìn)度等方面各有利弊。

1 適用于淺埋隧道段的開(kāi)挖工法

1.1 雙側(cè)壁導(dǎo)洞法

雙側(cè)壁導(dǎo)洞法開(kāi)挖方法還可以稱(chēng)作眼鏡工法，這個(gè)施工技術(shù)有嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)等基本原則，然而這些也是隧道施工對(duì)淺埋段所使用到的一些基本的方式[1]。該項(xiàng)施工技術(shù)的本質(zhì)就是將大跨度變?yōu)樾】缍?，也就是把大橫斷面分多個(gè)小橫斷面進(jìn)行施工。一般采用中間導(dǎo)洞或兩邊導(dǎo)洞的施工方式來(lái)進(jìn)行，其導(dǎo)洞規(guī)格以達(dá)到機(jī)械設(shè)備和施工標(biāo)準(zhǔn)的要求。使用該技術(shù)開(kāi)展隧道的施工，一般要在導(dǎo)洞內(nèi)采用正階梯法進(jìn)行。如果該區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境狀況比較差的時(shí)候，其上臺(tái)階需要使用到環(huán)行留核心土或者是中隔墻的方式進(jìn)行開(kāi)挖。該技術(shù)開(kāi)挖的導(dǎo)洞比較多，必定會(huì)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造帶來(lái)較多的干擾，所以也有可能造成地層過(guò)大沉降的情況。因此在隧道施工中采用該技術(shù)的時(shí)候，要控制好地層的沉降，并且及時(shí)完成支護(hù)也是施工中必須操縱的關(guān)鍵步驟。圖1 為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖工藝。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖工藝

1.2 中洞法暗挖工法

中洞法暗挖關(guān)鍵核心技術(shù)就是由大斷面開(kāi)挖變成小斷面開(kāi)挖，由中導(dǎo)洞轉(zhuǎn)向向側(cè)導(dǎo)洞的方法，每個(gè)導(dǎo)洞均進(jìn)行初期支護(hù)，最后連成整體斷面的方法，提高施工安全度。

淺埋隧道中洞法開(kāi)挖首先開(kāi)挖中間部分（中導(dǎo)洞），在中導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行拱頂、兩側(cè)支護(hù)，支護(hù)完成后施做結(jié)構(gòu)梁、柱等臨時(shí)支護(hù)。中導(dǎo)洞內(nèi)結(jié)構(gòu)施工完成后轉(zhuǎn)向兩側(cè)側(cè)洞（側(cè)導(dǎo)洞），側(cè)導(dǎo)洞同樣采取拱頂及兩側(cè)支護(hù)措施。

中洞法開(kāi)挖時(shí)應(yīng)注意以下5 點(diǎn)：①中導(dǎo)洞形狀應(yīng)以橢圓或近似橢圓為好。②中導(dǎo)洞、中導(dǎo)洞兩側(cè)的側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖時(shí)均應(yīng)錯(cuò)開(kāi)一定距離，嚴(yán)禁全部導(dǎo)洞斷面同處于統(tǒng)一斷面上。③中導(dǎo)洞、側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖后因及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，及早封閉成環(huán)，不宜長(zhǎng)時(shí)間裸露。④所有的支護(hù)結(jié)構(gòu)均應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，用“動(dòng)態(tài)法、信息法”指導(dǎo)施工。⑤監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后可根據(jù)實(shí)際情況拆除中洞內(nèi)的臨時(shí)支護(hù)。

中洞法的特點(diǎn)是初期支護(hù)自上而下，每一步封閉成環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，二次襯砌自下而上施工，施工質(zhì)量容易得到保證。圖2 為隧道中洞法開(kāi)挖工藝。

圖2 隧道中洞法開(kāi)挖工藝

1.3 平頂直墻暗挖技術(shù)

平頂直墻暗挖適用于地表淺埋，地表為重要的交通干線(xiàn)、存在大量的結(jié)構(gòu)物且地下管線(xiàn)較多，土體自穩(wěn)性極差不容易成拱，且對(duì)土體的沉降量有著嚴(yán)格的要求。

平頂直墻暗挖法施工主要分為土方開(kāi)挖、初期支護(hù)、防水施工、二次襯砌等4 個(gè)階段。

平頂直墻暗挖隧道施工，必須堅(jiān)持信息反饋、動(dòng)態(tài)控制原則。將“施工→反饋→預(yù)測(cè)→調(diào)整方案→下步施工”的動(dòng)態(tài)過(guò)程貫穿于施工的全過(guò)程。

施工過(guò)程中，用監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。監(jiān)控量測(cè)對(duì)平頂直墻暗挖法作用簡(jiǎn)單概括為預(yù)報(bào)、控制、檢驗(yàn)、改進(jìn)4 個(gè)方面。

預(yù)報(bào)：通過(guò)量測(cè)發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，及時(shí)預(yù)測(cè)未來(lái)形態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，防止災(zāi)害發(fā)生。

控制：根據(jù)量測(cè)進(jìn)行控制，適時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)以控制結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移、沉降，使支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)揮最佳工程效益。

檢驗(yàn)：根據(jù)量測(cè)資料可反饋和驗(yàn)證設(shè)計(jì)、施工的正確性，求得合理、完善和創(chuàng)新。

改進(jìn)：通過(guò)量測(cè)結(jié)果可評(píng)價(jià)采用的施工技術(shù)的適用性、優(yōu)越性和改進(jìn)的途徑。在隧道施工中，通過(guò)對(duì)隧道圍巖動(dòng)態(tài)的監(jiān)控量測(cè)（洞口地段還應(yīng)對(duì)地表沉降進(jìn)行觀(guān)測(cè)），掌握圍巖動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，利用量測(cè)結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，指導(dǎo)施工；通過(guò)量測(cè)預(yù)見(jiàn)事故和險(xiǎn)情，以便及時(shí)采取措施防止事故發(fā)生。

平頂直墻暗挖法在淺埋隧道施工具有難度大、工序轉(zhuǎn)換復(fù)雜且存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，若設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)，易出現(xiàn)施工坍塌、地面沉降、襯砌滲漏等問(wèn)題。

平頂直墻暗挖法在開(kāi)挖初期支護(hù)階段根據(jù)參建項(xiàng)目總結(jié)出以下4 點(diǎn)注意事項(xiàng)：①根據(jù)劃分總斷面、總跨度每次開(kāi)挖初期支護(hù)斷面開(kāi)挖跨度一般不宜大于4m，總開(kāi)挖跨度宜小于12m。②導(dǎo)洞上方開(kāi)挖斷面高度一般不宜大于5m，縱向深度開(kāi)挖方向需采用一次或多次臺(tái)階法成型。③各相鄰初期支護(hù)洞室或?qū)Ф纯v向開(kāi)挖斷面間距不能在同一斷面上，錯(cuò)開(kāi)間距宜大于3～5m。④對(duì)于需密貼下穿既有結(jié)構(gòu)且沉降控制嚴(yán)格的暗挖，應(yīng)根據(jù)具體情況增加頂撐等動(dòng)態(tài)控制方法，同時(shí)應(yīng)采用配合頂撐的專(zhuān)用活動(dòng)式初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。

1.4 淺埋隧道CRD 法開(kāi)挖

CRD工法又稱(chēng)作交叉中隔壁法，根據(jù)斷面尺寸，先開(kāi)挖隧道中線(xiàn)一側(cè)的第一部分或第二部分，開(kāi)挖完成后施做初期支護(hù)、部分臨時(shí)支護(hù)中隔壁橫隔板。然后在開(kāi)挖隧道中線(xiàn)另一側(cè)的第一部分或第二部分，開(kāi)挖完成后施做初期支護(hù)、部分臨時(shí)支護(hù)中隔壁橫隔板，形成左右、上下、錯(cuò)位循環(huán)的方式。

左右、上下、錯(cuò)位循環(huán)時(shí)延長(zhǎng)中隔壁，根據(jù)劃分?jǐn)嗝孀詈箝_(kāi)挖剩余部分的施工方法。

此工法采用中隔壁、橫撐（或臨時(shí)仰拱）把上下、左右開(kāi)挖斷面分割成若干個(gè)開(kāi)挖斷面，采用剛性支撐全部聯(lián)接起來(lái)，在開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中對(duì)地表沉降、圍巖收斂起到了很好的約束作用。

CRD 工法開(kāi)挖要求縱向開(kāi)挖深度方向各個(gè)斷面不宜在同一斷面，每個(gè)洞室開(kāi)挖完成后必須封閉成環(huán)。

2 淺埋隧道工法開(kāi)挖優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

優(yōu)點(diǎn)：雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于淺埋隧道、圍巖較差且大斷面開(kāi)挖的方式，屬于邊開(kāi)挖邊支護(hù)的方式。把大斷面全部分割成小端面，結(jié)構(gòu)受力較好，全部小端面開(kāi)挖支護(hù)完成后，拆除臨時(shí)支撐形成大斷面，能夠有效控制地表下沉、圍巖收斂，保持開(kāi)挖面上方和兩側(cè)的穩(wěn)定，安全可靠。

缺點(diǎn)：分割斷面較多、多次形成臨時(shí)支護(hù)，空間較狹小，施工進(jìn)度緩慢，成本較大。

2.2 中洞法暗挖

優(yōu)點(diǎn)：中洞法暗挖對(duì)于軟巖地質(zhì)或地表覆蓋層較薄的地段有很好的安全性能，結(jié)構(gòu)受力較好，因?yàn)橹卸词┕ぐ凑铡胺謮K小、短臺(tái)階、早成環(huán)”的原則施工，所有的支護(hù)均以封閉成環(huán)，可以很好控制圍巖的沉降及收斂。

中洞開(kāi)挖支護(hù)完成后，兩側(cè)側(cè)洞可以同步施工，工作面靈活性較好，進(jìn)度可控。所有支護(hù)自上而下封閉成環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，二次襯砌自下而上施工，施工質(zhì)量容易得到保證。

缺點(diǎn)：分割洞室較多，空間狹小，大型機(jī)械利用率較低，速度慢。

2.3 平頂直墻暗挖

優(yōu)點(diǎn)：有效改善地表為重要的交通干線(xiàn)、存在大量的結(jié)構(gòu)物且地下管線(xiàn)較多，土體自穩(wěn)性極差不容易成拱等問(wèn)題。

缺點(diǎn)：平頂直墻在結(jié)構(gòu)受力方面偏弱于拱形形狀，上方的土體壓力及直墻兩側(cè)的土體壓力會(huì)造成對(duì)結(jié)構(gòu)形成應(yīng)力集中問(wèn)題，尤其是頂板支點(diǎn)處會(huì)形成大偏心受壓及大剪力同時(shí)作用，較易形成局部受力潰屈，帶來(lái)安全問(wèn)題。

分割小斷面較多，臨時(shí)支護(hù)較煩瑣，施工進(jìn)度慢，成本較高。

2.4 CRD 工法

優(yōu)點(diǎn)：適用于淺埋隧道或軟弱圍巖大跨度、大斷面或雙線(xiàn)隧道的設(shè)計(jì)中，CRD 法工法開(kāi)挖用隔壁和橫撐把上下和左右的臨時(shí)支護(hù)全部聯(lián)接在一起后均形成了封閉成環(huán)，所以對(duì)臨時(shí)支護(hù)的要求較高，支護(hù)過(guò)程中均設(shè)置了臨時(shí)仰拱，對(duì)圍巖的變形約束起到了很好的作用，安全系數(shù)較高。

缺點(diǎn)：在支護(hù)過(guò)程中均要求用橫撐（或臨時(shí)仰拱）封閉，固施工空間較狹小，只能采用小型機(jī)械配合人工的方式開(kāi)挖，施工進(jìn)度緩慢，且臨時(shí)支撐的施做和拆除困難，成本也較高。

3 隧道開(kāi)挖輔助施工技術(shù)

3.1 大管棚

一般用于隧道洞口段或地表覆蓋層淺埋段，采用管棚技術(shù)可加強(qiáng)支護(hù)，用以加固和支護(hù)圍巖，以確保安全進(jìn)洞和順利掘進(jìn)，管棚技術(shù)一般和注漿同時(shí)進(jìn)行。

管棚一般采用直徑≥φ108mm 無(wú)縫鋼管制作，鋼管表面做成梅花孔，采用潛孔鉆機(jī)按照一定角度進(jìn)行鉆孔，鉆孔、安裝完成后進(jìn)行孔內(nèi)注漿，孔內(nèi)漿液通過(guò)梅花孔壓入土體或圍巖裂隙中，使松散土體、裂隙較發(fā)育破碎的圍巖形成一個(gè)整體，起到固結(jié)作用。

管棚鋼管對(duì)上方圍巖起到一個(gè)“傘”狀約束，漿液使土體、圍巖形成一個(gè)整體，有效減弱土體或圍巖的坍塌帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，即使圍巖有坍塌的可能性，通過(guò)大管棚的約束也變得很緩慢，起到緩沖作用。固大管棚技術(shù)對(duì)擬制地表沉降是非常合理有效的方法。

3.2 超前小導(dǎo)管支護(hù)

長(zhǎng)大管棚在曲線(xiàn)和變界的位置施工難度系數(shù)較大，且在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭易出現(xiàn)下偏，因而，為了更好地解決這個(gè)問(wèn)題，就需要在后面工程項(xiàng)目中使用到雙排小導(dǎo)管技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)是在常規(guī)導(dǎo)管上再加一排小導(dǎo)管，加大支護(hù)剛度，兩排超前小導(dǎo)管均采用注漿處理，起到加固前端圍巖作用。

超前小導(dǎo)管同樣采用無(wú)縫鋼管制作成鋼管花管，但一般超前小導(dǎo)管管徑小于大管棚，一般采用直徑42～48mm 鋼管制作。

3.3 鎖腳錨管技術(shù)

為減少基底承載力弱化而引起的初期支護(hù)或拱架下沉，需要對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)處理，對(duì)初期支護(hù)下沉進(jìn)行約束一般有效的方法是在剛性的初期支護(hù)型鋼的柱腳位置搭設(shè)縮腳錨管，縮腳錨管按照一定角度進(jìn)行鉆孔，鉆孔完成后安裝鎖腳錨管，縮腳錨管進(jìn)行處理，漿液壓入巖層裂隙中起到加固圍巖作用，外露縮腳錨管與初期支護(hù)拱架焊接連接在一起等有效限制巖層及初期支護(hù)松弛變形。鎖腳錨管一般設(shè)置在拱架柱腳兩側(cè)。

4 剖析淺埋隧道開(kāi)挖工法意義

4.1 減少對(duì)地表環(huán)境影響

隨著城市建設(shè)的密集度越來(lái)越大，各種建筑的施工空間越來(lái)越受限制，如采用明挖工法勢(shì)必會(huì)對(duì)地表建筑物進(jìn)行大量拆遷及阻斷交通，給人們的生活造成不便及增加經(jīng)濟(jì)損失，采用暗挖法可以有效改善上述問(wèn)題及減少環(huán)境污染等問(wèn)題。

4.2 降低安全風(fēng)險(xiǎn)，減少經(jīng)濟(jì)損失

淺埋隧道的施工難度大，控制地表沉降及土體坍塌是淺埋隧道研究的重要內(nèi)容，對(duì)各類(lèi)施工環(huán)境的研究采用不同工法設(shè)計(jì)、施工是保證施工安全的前提，安全保證效益，安全事故造成的經(jīng)濟(jì)損失也是不可估量的，固減少經(jīng)濟(jì)損失也是效益的直接體現(xiàn)。

4.3 提高施工技術(shù)，防止地面沉降

隨著工程建設(shè)的日益發(fā)展，淺埋隧道的工法也日漸成熟，但由于設(shè)計(jì)的疏漏、施工過(guò)程中的差錯(cuò)，勢(shì)必會(huì)造成因施工技術(shù)帶來(lái)的各種安全風(fēng)險(xiǎn)，造成地面沉降、土體坍塌，造成安全事故。

在保證施工安全的前提下，優(yōu)化施工技術(shù)，為施工提供良好、快捷的施工方法、減少對(duì)土體的擾動(dòng)帶來(lái)的沉降風(fēng)險(xiǎn)、降低工程造價(jià)是技術(shù)研究的重要內(nèi)容。

5 結(jié)語(yǔ)

從目前建筑物地下工程施工過(guò)程中淺埋暗挖法施工是當(dāng)前最為常見(jiàn)的類(lèi)型，在施工過(guò)程中采用不同的施工方法。選擇的施工方式中要與工程實(shí)際情況相互結(jié)合，對(duì)施工中可能存在的影響因素進(jìn)行綜合考量，結(jié)合每一種施工技術(shù)的特點(diǎn)有針對(duì)性的進(jìn)行選擇是關(guān)鍵。結(jié)合企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，選擇合適的輔助方法，從而促進(jìn)工程項(xiàng)目順利進(jìn)行，將淺埋暗挖法的施工效果作用進(jìn)行充分發(fā)揮，從而有利于促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展，保證建設(shè)項(xiàng)目的正常運(yùn)行，將各類(lèi)安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低切實(shí)保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全不受損失。