淺埋暗挖技術(shù)在市政隧道施工中的應(yīng)用

時(shí)永濤

（山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262500）

淺埋暗挖技術(shù)以新奧法為基礎(chǔ)融合應(yīng)用信息技術(shù)，通過實(shí)時(shí)測(cè)量控制進(jìn)行施工。在市政隧道施工中，淺埋暗挖技術(shù)主要由初期支護(hù)和符合襯砌結(jié)構(gòu)承擔(dān)基本荷載作用，二次襯砌結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)施工安全，同時(shí)由二次襯砌和初期支護(hù)承擔(dān)特殊荷載。在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，還要使用其他輔助技術(shù)加固圍巖結(jié)構(gòu)，將圍巖的承載能力最大化地發(fā)揮出來(lái)，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況選擇開挖工藝，保證安全順利地完成施工活動(dòng)。當(dāng)前市政隧道、地鐵開挖和地下管線施工等多項(xiàng)工程中都已經(jīng)應(yīng)用該技術(shù)。

1 淺埋暗挖技術(shù)概述

相比于傳統(tǒng)的明挖技術(shù)，淺埋暗挖技術(shù)具有施工快、成本低等多個(gè)特點(diǎn)，其具體差異見表1[1]。

表1 隧道施工技術(shù)比較

技術(shù)人員在應(yīng)用淺埋暗挖技術(shù)過程中重點(diǎn)把握好如下幾方面的原則。

第一，管超前原則。具體施工中漿液灌注工作需要借助小導(dǎo)管和超前管棚完成，這種施工方式可以避免損傷隧道。同時(shí)施工中應(yīng)提高掌子面平穩(wěn)性，避免在施工階段出現(xiàn)圍巖穩(wěn)定性不足、隧道變形或垮塌的現(xiàn)象。

第二，穩(wěn)定性原則。市政隧道工程施工中借助超前管棚提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，用水泥漿或其他物質(zhì)處理存在縫隙的圍巖部分，從而提高圍巖整體穩(wěn)定性、抗?jié)B性，保證施工安全。此外，在隧道施工中應(yīng)嚴(yán)格控制掘進(jìn)長(zhǎng)度，避免掘進(jìn)過程中威脅圍巖總體穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生垮塌等不良事故。

第三，強(qiáng)支護(hù)準(zhǔn)則。市政隧道建設(shè)初始階段合理選擇支護(hù)方式，提高支護(hù)強(qiáng)度，合理應(yīng)用建材，確保建材剛度足以支撐外部荷載，避免施工階段發(fā)生支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的問題。通過提高支護(hù)強(qiáng)度有助于保證施工安全，確保按照既定計(jì)劃順利地、保質(zhì)保量地完成隧道施工[2]。

2 市政隧道施工特殊性

2.1 環(huán)境條件復(fù)雜

地下施工環(huán)境本身較為復(fù)雜，市政隧道施工中存在既有管線、交通狀況和既有構(gòu)筑物等多方面的影響因素，這些因素進(jìn)一步增加了施工環(huán)境條件的復(fù)雜程度，如果沒有合理地規(guī)劃設(shè)計(jì)，科學(xué)地安排施工方案，很容易在市政隧道施工中影響周圍構(gòu)筑物，還可能導(dǎo)致隧道施工作業(yè)無(wú)法順利推進(jìn)，影響施工質(zhì)量安全和進(jìn)度[3]。

2.2 地下管線滲漏

現(xiàn)如今城市存在諸多地下管線，給排水管線就是非常重要且繁多的一類，只有充分了解供水情況、考慮用水需求和上層穩(wěn)定性，才能合理地設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)，合理布置和控制地下管線，保證隧道挖掘過程中土體的穩(wěn)定性，避免增加施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 土質(zhì)條件不穩(wěn)定

市政隧道工程施工跨度大、地質(zhì)條件存在差異，導(dǎo)致施工中不穩(wěn)定因素較多。如果施工中遇到軟弱土壤，那么會(huì)嚴(yán)重增加開挖的難度，增加土方開挖軟化、塌陷出現(xiàn)的概率，并且影響到施工區(qū)域和周圍區(qū)域。有的區(qū)域?yàn)樯迟|(zhì)黏土，會(huì)危害隧道工程施工過程，引發(fā)變形、坍塌等嚴(yán)重問題，威脅工程施工質(zhì)量安全[4]。

3 淺埋暗挖法隧道施工技術(shù)要點(diǎn)

在實(shí)際建設(shè)市政隧道工程中難免遇到復(fù)雜地質(zhì)條件，導(dǎo)致施工難度增加，施工企業(yè)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取針對(duì)性的優(yōu)化措施，提高施工效率效果。本文以某地區(qū)市政隧道項(xiàng)目為研究對(duì)象，該隧道工程設(shè)計(jì)車速為50 km/h，左右隧洞長(zhǎng)度分別為424.862 m和422.230 m，洞高是6.883 m。在該工程中采用淺埋暗挖技術(shù)進(jìn)行施工。

3.1 上臺(tái)階施工

地下部分的隧道施工中會(huì)遇到大量復(fù)雜的管線，為避免隧道工程施工威脅到地表結(jié)構(gòu)以及地下管線，施工技術(shù)人員綜合分析了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，提前編制施工方案和應(yīng)急預(yù)案，采取擺噴的方式處理周邊土體，合理針對(duì)地進(jìn)行處理可以提高其穩(wěn)固性。施工單位在上臺(tái)階處理時(shí)提前設(shè)計(jì)施工計(jì)劃，開挖階段對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理保證施工安全。施工人員先在拱部設(shè)置中心，然后向其他方向逐漸開挖，并且及時(shí)將開挖中的土方運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢肹5]。

3.2 下臺(tái)階施工

該工程借助人工力量完成下臺(tái)階施工。技術(shù)人員提前優(yōu)化操作方案并且進(jìn)行技術(shù)交底，選用一些現(xiàn)代挖掘設(shè)備，先由機(jī)械開挖提高施工效率，然后由人工進(jìn)行修整，保證順利地開挖核心土體，施工人員對(duì)兩邊的輪廓進(jìn)行嚴(yán)格控制，在距離設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)30~50 cm時(shí)由人工開挖，不但可以避免機(jī)械設(shè)備擾動(dòng)周圍土體，還可以提高開挖的精確度。在完成開挖后，施工人員根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化，之后及時(shí)支護(hù)，確保安全地完成施工活動(dòng)，降低出現(xiàn)質(zhì)量安全問題的概率。

3.3 管棚支護(hù)技術(shù)

施工人員在建筑結(jié)構(gòu)、風(fēng)道等部分小面進(jìn)行小導(dǎo)管注漿作業(yè)，將地層結(jié)構(gòu)的完整性提高，避免出現(xiàn)變形問題。為保證施工質(zhì)量安全，還要由專業(yè)的人員監(jiān)管現(xiàn)場(chǎng)，嚴(yán)格監(jiān)管并且指導(dǎo)施工人員行為，避免出現(xiàn)違規(guī)操作。

市政隧道工程施工核心為支護(hù)工藝，施工人員在具體應(yīng)用淺埋暗挖技術(shù)過程中應(yīng)明確該施工工藝流程。當(dāng)前大多施工企業(yè)在進(jìn)行超前支護(hù)時(shí)采取管棚支護(hù)方式，該技術(shù)有著較為簡(jiǎn)單的施工過程，可以節(jié)約成本，受到行業(yè)人士的關(guān)注。該工程中使用的小管棚結(jié)構(gòu)，管徑為129~299 mm，有的工程會(huì)使用超過300 mm的大管棚。在管棚直徑不斷增加的背景下，結(jié)構(gòu)剛度從很大程度上受到鋼管材料、兩端支撐梁剛度的影響，如果支護(hù)穩(wěn)定性較高，那么不會(huì)由于開挖引發(fā)過多的變形。管棚兩邊支撐梁是簡(jiǎn)支梁發(fā)揮其支撐作用的關(guān)鍵所在。市政隧道工程中導(dǎo)致上覆地層出現(xiàn)變形的主要因素包括兩方面，一方面為管棚撓曲變形，另一方面是端頭支撐梁?jiǎn)栴}，換言之，想要提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體安全性，就要加強(qiáng)這方面問題的控制，避免上覆層變形。在該工程中，技術(shù)人員根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和施工要求進(jìn)行端頭支撐梁結(jié)構(gòu)剛度的優(yōu)化，在提高撓曲變形結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)，在軟弱區(qū)間設(shè)置了一定的微拱結(jié)構(gòu)，還設(shè)置了桿件結(jié)構(gòu)，利用桿件擴(kuò)散或者傳遞圍巖壓力，避免管棚支護(hù)發(fā)生變形問題。圖1為該工程管棚臺(tái)階法施工示意圖[6]。

圖1 管棚臺(tái)階法施工示意圖

3.4 降水技術(shù)

水文地質(zhì)條件會(huì)影響市政隧道施工質(zhì)量安全，尤其是地下部分施工中，為保證順利地完成施工作業(yè)任務(wù)，應(yīng)加強(qiáng)調(diào)查當(dāng)?shù)氐乃那闆r，如果無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求那么需要采取降水措施進(jìn)行處理，避免嚴(yán)重威脅施工活動(dòng)，引發(fā)安全事故。當(dāng)前真空降水技術(shù)和輻射井降水技術(shù)是市政隧道工程常用的降水方法，能夠在保證施工用水的同時(shí)提高施工安全。

第一，真空降水技術(shù)。市政隧道施工中應(yīng)用淺埋暗挖技術(shù)時(shí)，為保證順利安全地完成開挖作業(yè)，首先工作人員要對(duì)地下水位情況加強(qiáng)了解，由專業(yè)的勘察單位進(jìn)行勘察，結(jié)合勘察結(jié)果完成地下水的控制，保證順利安全地完成開挖作業(yè)活動(dòng)。同時(shí)，市政隧道工程往往跨度較大，各個(gè)地區(qū)地質(zhì)條件存在一定差異，只有充分做好前期勘察才能保證進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)施工方案，提高設(shè)計(jì)方案合理性，避免地下水影響導(dǎo)致地面發(fā)生不均勻沉降問題。真空降水是市政隧道淺埋暗挖施工匯總常用的方法，該技術(shù)主要是封閉處理需要降水的區(qū)域后，用一定型號(hào)和數(shù)量的抽水泵通過抽取一定量的水分達(dá)到降水的效果。抽水方式可以吸收土壤覆層的水分，從而將土體的密實(shí)性提高。此外，真空降水技術(shù)具體應(yīng)用中可能存在回水的情況，現(xiàn)場(chǎng)管理人員應(yīng)提高重視，及時(shí)反饋處理施工現(xiàn)場(chǎng)情況，結(jié)合抽水情況調(diào)節(jié)水泵輸送功率，最終提高降水效果[7]。

第二，輻射井降水。市政淺埋暗挖施工降水中也常常應(yīng)用到輻射井降水方式，該降水方式和真空降水有著相似的原理，主要目的是合理地控制地下水位，避免市政隧道施工中受到地下水位變化的影響而出現(xiàn)不均勻沉降的問題。輻射井降水比真空降水技術(shù)有著更加明顯的處理效果，通?？梢栽诙鄠€(gè)位置設(shè)置井壁同時(shí)進(jìn)行抽水，實(shí)現(xiàn)作業(yè)效率提升的效果。同時(shí)，輻射井降水廣泛地應(yīng)用于黏土層、淤泥層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，輻射井降水施工參數(shù)可以根據(jù)地質(zhì)條件差異進(jìn)行合理地確定。

3.5 沉降控制技術(shù)

通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)沉降情況有助于保證淺埋暗挖施工質(zhì)量安全。市政隧道工程面臨著十分復(fù)雜的施工環(huán)境，在施工中很容易出現(xiàn)地面沉降的問題，如果施工人員沒有足夠重視沉降問題，可能引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，為此，在實(shí)際施工中應(yīng)密切觀測(cè)地面沉降情況，并且提前編制應(yīng)急預(yù)案。由專業(yè)人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地面沉降情況，一旦超出規(guī)定范圍及時(shí)向上級(jí)匯報(bào)，并且明確導(dǎo)致沉降的原因，按照應(yīng)急預(yù)案采取處理方法，避免沉降問題擴(kuò)散蔓延。施工人員可以通過加強(qiáng)地層硬度，避免出現(xiàn)地層運(yùn)動(dòng)的問題。在管棚支護(hù)施工過程中，沉降問題主要是由于應(yīng)力釋放、水土流失等因素引發(fā)的，施工人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況定期測(cè)量，并且針對(duì)性地采取管控辦法，加大成孔精度、誤差的控制力度，采取動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方式，根據(jù)沉降參數(shù)適當(dāng)調(diào)整注漿壓力、注漿量等參數(shù)，保證良好地控制沉降問題。

3.6 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

在信息科技不斷發(fā)展的背景下，市政隧道淺埋暗挖施工中可以積極引入先進(jìn)的施工技術(shù)方法，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式動(dòng)態(tài)監(jiān)控市政隧道施工現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中的不足之處，提高監(jiān)管的全面性、時(shí)效性，保證管理者可以對(duì)支護(hù)強(qiáng)度、沉降變形量參數(shù)變化等有及時(shí)、直觀地了解，提高管理效率，避免發(fā)生質(zhì)量安全事故。通過總結(jié)以往的工作經(jīng)驗(yàn)可知，監(jiān)控量測(cè)可以優(yōu)化施工工藝方法，為施工方案的改善提供支持，有助于提高施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理水平。在施工現(xiàn)場(chǎng)還可以加強(qiáng)自動(dòng)報(bào)警等技術(shù)的應(yīng)用，一旦出現(xiàn)超出規(guī)定值的情況，系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出警示，提醒工作人員及時(shí)采取補(bǔ)救處理方法，有效控制安全問題。

4 市政隧道工程淺埋暗挖施工質(zhì)量控制

4.1 合理選擇開挖方法

市政隧道工程建設(shè)涉及到諸多工藝，僅開挖環(huán)節(jié)就存在多種施工形式，比如上臺(tái)階開挖、下臺(tái)階開挖、段臺(tái)階開挖、CD法和CRD法等，如圖2所示。在具體實(shí)踐中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程實(shí)際情況科學(xué)地選擇開挖方式，規(guī)范開挖方法，同時(shí)對(duì)地下水、地質(zhì)條件和交通環(huán)境等多方面因素加強(qiáng)考慮分析。在確定開挖方式后，為充分保證施工安全，還要合理選擇支護(hù)方法，比如管棚支護(hù)方法。在節(jié)能環(huán)保理念下，現(xiàn)代市政隧道工程施工中應(yīng)盡量降低工程施工對(duì)周圍產(chǎn)生的干擾和影響，合理使用機(jī)械設(shè)備，避免擾動(dòng)周邊土體降低土質(zhì)結(jié)構(gòu)的承載能力。

圖2 某單跨隧洞開挖方法

4.2 開挖質(zhì)量控制

工作人員實(shí)際開挖階段應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注如下幾方面內(nèi)容。

第一，深入解讀勘察資料，明確工程所在區(qū)域水文地質(zhì)條件、氣候環(huán)境條件等影響因素，做好開挖計(jì)劃和工藝流程的合理編制，保證有序高效地開展開挖作業(yè)。

第二，采用信息化監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控開挖過程，通過動(dòng)態(tài)監(jiān)管及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中的異?，F(xiàn)象，確保可以第一時(shí)間采取正確的處理方式，以免出現(xiàn)質(zhì)量安全問題。

第三，加大安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別力度，客觀地識(shí)別和判斷開挖過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)隱患，提前編制緊急事故應(yīng)對(duì)方案，并且充分做好技術(shù)交底和崗前培訓(xùn)，確保工作人員一旦遇到突發(fā)情況可以及時(shí)啟動(dòng)正確的處理方案。

4.3 控制混凝土裂縫

第一，合理選擇原材料，選擇低水化熱的水泥材料，同時(shí)適當(dāng)摻加添加劑，減少水泥材料使用量。比如可以在混凝土材料中適當(dāng)添加粉煤灰，減少水泥材料的應(yīng)用。

第二，通過配置試驗(yàn)確定混凝土原材料最佳配比，并且嚴(yán)格按照配比和順序進(jìn)行混凝土材料的配置、攪拌。

第三，控制施工溫度，通過灑水降溫或降低原材料溫度的方式控制混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度，還要加大養(yǎng)護(hù)力度，避免出現(xiàn)裂縫問題。

5 結(jié)束語(yǔ)

淺埋暗挖技術(shù)是市政隧道工程施工中常用的施工方法，該施工方法憑借自身諸多優(yōu)勢(shì)備受施工人員的青睞。施工人員在具體應(yīng)用該技術(shù)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合工程實(shí)際情況優(yōu)化施工工藝流程，同時(shí)管理者嚴(yán)格控制施工技術(shù)要點(diǎn)，提高施工技術(shù)水平，加大質(zhì)量管控力度，提高施工安全水平，最終充分發(fā)揮淺埋暗挖技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，為城市發(fā)展、交通工程的建設(shè)提供有力支持。