淺埋暗挖法隧道施工技術(shù)及地面沉降控制

尉繼東

中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司 山西太原 030000

基于以往施工經(jīng)驗(yàn)可以得知，淺埋暗挖施工技術(shù)多用于第四紀(jì)軟弱地層，通過(guò)采取措施來(lái)加固地層，能夠有效提升圍巖承重，通過(guò)短進(jìn)尺施工封閉支護(hù)結(jié)構(gòu)并及時(shí)成環(huán)，使圍巖和初支結(jié)構(gòu)共同形成支護(hù)體系。為降低施工環(huán)境對(duì)淺埋暗挖施工質(zhì)量的影響，應(yīng)做好隧道水文地質(zhì)狀況、支護(hù)材料、周圍建筑物等的監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果改善和優(yōu)化施工方案，搭配地面沉降控制措施，有效提升淺埋暗挖施工結(jié)果的可靠性。

1 淺埋暗挖法的施工原理

淺埋暗挖法是一種比較成熟的施工技術(shù)，主要被應(yīng)用于軟弱地層的地下工程施工中。這一施工技術(shù)的基本原理為：在軟弱地層進(jìn)行地下工程施工中，由于其圍巖自承能力相對(duì)比較差，在工程開挖的初期，可通過(guò)初期支護(hù)的方式，對(duì)基本的荷載進(jìn)行承擔(dān)。在此基礎(chǔ)上，并進(jìn)行二次支護(hù)，使其作為安全儲(chǔ)備。同時(shí)將初期支護(hù)和二次支護(hù)共同進(jìn)行荷載承擔(dān)。同時(shí)，利用輔助工法進(jìn)行超前支護(hù)，并對(duì)圍巖進(jìn)行加固，不斷提升其自承能力。另外，在施工過(guò)程中也會(huì)使用到多種開挖方法，結(jié)合支護(hù)措施來(lái)形成工程閉環(huán)，形成穩(wěn)固的支護(hù)體系，確保隧道施工活動(dòng)的有序展開。

2 淺埋暗挖法隧道施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 工程基本情況

戴家山隧道為雙洞單向交通隧道，左右線相距15～40m，為分離式隧道。左線起止里程為ZK115+134～ZK118+873， 全 長(zhǎng) 3739m， 右 線 起 止 里 程 為YK115+142～YK118+880，全長(zhǎng)3738m，設(shè)計(jì)圍巖等級(jí)均為V 級(jí)，屬于長(zhǎng)隧道。洞內(nèi)設(shè)單向縱坡，左線為- 2.168%，右線為- 2.185%。進(jìn)出口均采用端墻式洞門。隧址區(qū)洞身范圍內(nèi)地表水不發(fā)育，地下水主要由風(fēng)化裂隙及構(gòu)造節(jié)理、裂隙控制，差異性較大。構(gòu)造節(jié)理、裂隙主要由于構(gòu)造作用伴生形成，其發(fā)育受構(gòu)造影響程度不同具有不均一性，發(fā)育深度亦差異較大，因此采用淺埋暗挖法施工。

2.2 試驗(yàn)段施工

該工程在施工過(guò)程中，其水文地質(zhì)復(fù)雜度較高，隧道單線最大涌水計(jì)算值為1652.4m3/ d，為了確保施工過(guò)程的安全性與有序性，需要在正式作業(yè)前先進(jìn)行試驗(yàn)段施工，具體作業(yè)要點(diǎn)如下：

(1) 對(duì)于隧道設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深入整理，此次工程項(xiàng)目施工期間面臨的不良地質(zhì)比較復(fù)雜，如天水端洞室開挖后黃土穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生變形坍塌。這也要求在初期對(duì)于各區(qū)域袋變形規(guī)律、涌水量、地面沉降等情況進(jìn)行勘測(cè)，獲取準(zhǔn)確的地質(zhì)數(shù)據(jù)，為后續(xù)施工活動(dòng)的開展奠定基礎(chǔ)。

(2) 選擇莊浪端洞口附近作為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，根據(jù)淺埋暗挖法應(yīng)用要求展開施工，獲取試驗(yàn)施工時(shí)的相關(guān)參數(shù)，并對(duì)期間存在問(wèn)題進(jìn)行整理，以此來(lái)擬定更加科學(xué)與完善的施工方案與支護(hù)方案，提高技術(shù)應(yīng)該結(jié)果的可靠性。

2.3 隧道開挖作業(yè)

展開隧道開挖作業(yè)時(shí)，也需要注意以下內(nèi)容：

（1）對(duì)于該工程的施工方案進(jìn)行整理，明確長(zhǎng)隧道斷面尺寸、斷面平整度、斷面預(yù)計(jì)開挖深度等，結(jié)合該工程水文地質(zhì)條件，確定相應(yīng)的開挖方式和掘進(jìn)方式。該工程項(xiàng)目在施工期間內(nèi)，使用正臺(tái)階法展開施工。同時(shí)考慮到該區(qū)域淺埋隧道的斷面相對(duì)較大，不適合進(jìn)行全斷面開挖，因此在施工時(shí)則采用“機(jī)械掘進(jìn)+ 人工掘進(jìn)”的方式，以確保斷面開挖質(zhì)量的安全性。

（2）在正臺(tái)階法應(yīng)用期間，會(huì)使用到較早地支護(hù)閉合措施，并且在斷面開挖時(shí)，也會(huì)先進(jìn)行上臺(tái)階開挖，其長(zhǎng)度為洞口直徑的1.0～1.5 倍，也需要在地層失穩(wěn)之前快速完成下臺(tái)階開挖施工，對(duì)于穩(wěn)定性較差的地層，會(huì)先使用小導(dǎo)管超前支護(hù)來(lái)作為輔助措施，確保開挖結(jié)果可靠。

（3）較小的巖石也會(huì)在受到擠壓之后出現(xiàn)變形問(wèn)題，若不能及時(shí)進(jìn)行處理，也將壓縮隧道空間，影響到后續(xù)支護(hù)施工?；诖艘残枰鶕?jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)進(jìn)行調(diào)整，以提高開挖機(jī)支護(hù)結(jié)果的可靠性。

2.4 隧道支護(hù)作業(yè)

支護(hù)施工活動(dòng)的主要作用，是降低支護(hù)時(shí)的結(jié)構(gòu)荷載，從而確保結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大規(guī)模形變，該工程項(xiàng)目的施工復(fù)雜度較高，使用錨桿所帶來(lái)的支護(hù)作用相對(duì)較小，而且位于頂部?jī)蓚?cè)30°范圍內(nèi)的錨桿，其主要作用便是承受頂部壓力。因此該范圍內(nèi)的錨桿需要取消，更換為長(zhǎng)度3.5～3.7m 的超前小導(dǎo)管，導(dǎo)管也需要插入到破裂面以下深1.0m 以上的位置，以此來(lái)提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固性。并且適當(dāng)提高支護(hù)剛度，對(duì)于圍巖條件進(jìn)行改造，如借助初期支護(hù)來(lái)滿足所有荷載的支護(hù)作用，搭配著二襯結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加固支護(hù)體系。在該隧道工程的施工中，會(huì)借助噴錨支護(hù)技術(shù)，施工期間需要做好錨桿質(zhì)量、錨桿規(guī)格等參數(shù)控制，以提高質(zhì)量校核結(jié)果的可靠性。

2.5 混凝土噴射作業(yè)

該工程在施工過(guò)程中，也會(huì)使用到混凝土噴射作業(yè)，在具體實(shí)踐中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）確保噴射作業(yè)過(guò)程的連續(xù)性，這樣要求在該作業(yè)環(huán)節(jié)開始之前，做好隧道工程內(nèi)部的通風(fēng)與送水工作，確定此線路滿足要求后，再展開后續(xù)作業(yè)活動(dòng)，噴射機(jī)也需提前清理干凈輸料管道和輸水管道，確定其滿足要求后再將其運(yùn)輸?shù)阶鳂I(yè)現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)約噴射活動(dòng)的作業(yè)空間。

（2）在開始噴射活動(dòng)前，也需要在再次檢查噴射機(jī)噴頭，待其質(zhì)量滿足要求后再展開后續(xù)作業(yè)。

（3）開始噴射活動(dòng)時(shí)，需要確保噴頭與噴射面可以保持90°，噴頭和噴射面的距離也需控制在0.6～1.0m，確?；炷量梢猿浞指街鴩娚涿?，減少混凝土滑落。

2.6 回填注漿作業(yè)

完成上述施工活動(dòng)后，進(jìn)入到回填注漿作業(yè)環(huán)節(jié)，在具體實(shí)踐中應(yīng)注意以下內(nèi)容：

（1）在混凝土噴射工作結(jié)束后，需要等待凝固強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)70%以上后，再開始后續(xù)注漿作業(yè)。

（2）在回填注漿作業(yè)活動(dòng)中，也需要確保回填材料能夠緊密貼合隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖結(jié)構(gòu)，期間也需將回填注漿壓力控制在0.4MPa 以下，以提高注漿作業(yè)結(jié)果的可靠性與合理性。

3 隧道施工地面沉降控制措施

3.1 建立截排水工程

通過(guò)建立截排水工程，可以減少地表水或地下水負(fù)面影響，確保地面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。該工程在施工時(shí)，其地勢(shì)相對(duì)較低，更加容易聚集水體，以此增加土層含水量，在較重機(jī)械碾壓后，更容易出現(xiàn)地面沉降問(wèn)題。同時(shí)在該工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，也面臨著地下水威脅，最大涌水計(jì)算值為1652.4m3/ d，需要及時(shí)采取措施將地下水排放到外界。即在區(qū)域內(nèi)建立降水井、對(duì)外排水系統(tǒng)等，從而加快積水排放速度。對(duì)于該地區(qū)內(nèi)裂隙發(fā)達(dá)的地區(qū)，也會(huì)使用注漿方法來(lái)填充裂隙，使其可以成為一個(gè)整體，起到攔截地下水的作用，降低地下水管涌問(wèn)題的發(fā)生概率[1]。

3.2 做好超前支護(hù)工作

做好超前支護(hù)工作，能夠確保隧道工程作業(yè)期間上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低地表不規(guī)則沉降問(wèn)題。

（1）在該工程施工時(shí)，需要盡力擴(kuò)大支護(hù)范圍，尤其是工程中不良地質(zhì)區(qū)域，需要對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)處理，以此來(lái)提高地表沉降處理結(jié)果的可靠性。

（2）該工程中的特殊部位，會(huì)使用雙層超前小導(dǎo)管對(duì)其進(jìn)行處理，對(duì)于漿液拌和比例、注漿壓力等參數(shù)進(jìn)行控制，使得隧道內(nèi)土體與漿液可以保持互相滲透的狀態(tài)，等待其固結(jié)之后可以形成硬塑黏土，起到更好的固結(jié)作用，提升結(jié)構(gòu)自身的承載力[2]。

3.3 引入仰拱、襯砌作業(yè)方法

通過(guò)引入仰拱、襯砌作業(yè)方法，可以不斷提高開挖面與支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少地面沉降問(wèn)題的發(fā)生概率。

（1）在正式施工前，需根據(jù)該工程項(xiàng)目的基本情況，來(lái)科學(xué)計(jì)算出仰拱和開挖面各類參數(shù)，內(nèi)容涉及結(jié)構(gòu)距離、灌注量等，從而確保仰拱和開挖面之間可以更快地形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，形成更加穩(wěn)定的支護(hù)體系[3]。

（2）在工程施工期間也會(huì)使用棧橋運(yùn)輸法來(lái)展開施工，并對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行細(xì)致化控制，從而更好地分散結(jié)構(gòu)受力，提升結(jié)構(gòu)的抗水能力，提升整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.4 進(jìn)行土地改良施工

進(jìn)行土地改良施工，能夠確保土質(zhì)在施工期間可以沿著正方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，更好預(yù)防地面沉降問(wèn)題。該隧道工程部分區(qū)域?qū)儆诓涣嫉刭|(zhì)，采取可靠措施來(lái)加固土質(zhì)，可以加快仰拱結(jié)構(gòu)形成速度，提升整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用質(zhì)量。目前經(jīng)常使用的土地改良施工方法包括超期注漿法、深層注漿法等，根據(jù)實(shí)際情況選擇恰當(dāng)方法將拌和好的化學(xué)漿、水泥漿注入土層，提升土體的穩(wěn)定性與整體性[4]。

3.5 搭建臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)

通過(guò)搭建臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，可以為后續(xù)支護(hù)工作的進(jìn)行奠定基礎(chǔ)，提高支撐結(jié)構(gòu)的整體性與穩(wěn)固性。以目前常用的交叉中隔壁法為例，在實(shí)際作業(yè)中會(huì)遵循以上到下的順序展開施工，期間也需要做好施工時(shí)間間隔的控制工作。對(duì)于相鄰的開挖部位，也需要等待混凝土強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期70%以上后，才可以進(jìn)行下階段開挖施工。同時(shí)也需要做好初期支護(hù)圍巖輪廓的控制工作，以確保臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外，在拆除臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，也需要按要求來(lái)做好規(guī)范性的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，同時(shí)做好臨時(shí)支護(hù)過(guò)程的監(jiān)控與記錄，以此來(lái)確保拆除工藝應(yīng)用流程的規(guī)范性與合理性，更好地發(fā)揮臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)用價(jià)值[5-6]。

3.6 做好沉降監(jiān)測(cè)工作

（1）做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)工作，監(jiān)測(cè)點(diǎn)需布設(shè)在全斷面上，覆蓋拱頂、拱腰等位置，做好布設(shè)點(diǎn)標(biāo)記工作，為后續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理提供便利。

（2）做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)保護(hù)工作，在前期布設(shè)時(shí)需要盡量避開正在施工的區(qū)域，布設(shè)在基巖穩(wěn)定的區(qū)域，減少監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移、沉降引起監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差問(wèn)題[7-8]。

（3）基于大數(shù)據(jù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成數(shù)據(jù)整理，同時(shí)設(shè)置安全線，在出現(xiàn)逼近紅線的情況時(shí)也會(huì)及時(shí)作出預(yù)警，將地面沉降問(wèn)題控制在合理范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建立截排水工程，可以減少地表水或地下水負(fù)面影響，做好超前支護(hù)工作，能夠確保隧道工程作業(yè)期間上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過(guò)采取恰當(dāng)措施來(lái)提高地面沉降控制效果，能夠更好地發(fā)揮出淺埋暗挖法的應(yīng)用價(jià)值，提高隧道工程的作業(yè)質(zhì)量。