淺埋暗挖隧道施工技術及其地面沉降控制研究

收稿日期：2024-01-22

作者簡介：王偉（1982—），男，本科，工程師，從事項目施工及管理工作。

摘要 文章以某項目為例，通過論述淺埋暗挖隧道施工原則，探討淺埋暗挖隧道施工要點及地面沉降控制措施。根據研究結果分析，小導管超前加固、安裝鋼筋格柵、選擇合適施工技術、噴射混凝土施工、二次襯砌是隧道施工要點，為避免地面沉降，需從改良土質結構、合理排水、做好二次襯砌入手，確保項目施工順利進行。

關鍵詞 隧道工程；沉降控制；施工活動

中圖分類號 U455.4文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0156-03

0 引言

隧道工程作為我國重要交通工程，能夠改善建筑空間擁擠、城市交通阻塞等問題，緩解交通運輸壓力。淺埋暗挖施工作為常見的隧道施工技術，具有造價低、支護結構強、不破壞施工環(huán)境等優(yōu)勢。但在淺埋隧道施工中極易出現地面沉降，從而破壞道路及地下管道，無論是從施工安全角度，還是費用控制角度，控制地面沉降至關重要，避免影響地面房屋、道路及管線。

1 項目概述

隧道工程作為項目控制性工程，直接制約項目工期。此隧道工程可分為淺埋暗挖段與明挖回填段，淺埋暗挖作為工程重難點，存在埋深淺、地質條件差等特點，根據勘察結果，項目所處地質為填筑土、殘積砂質黏性土以及風化花崗巖等，施工過程中容易因為底層損失導致地面移動，影響周邊環(huán)境，對施工技術要求較高。

2 淺埋暗挖隧道施工原則

（1）對周圍地層擾動小，結合項目特點、機械配置、周邊環(huán)境選擇施工技術。

（2）做好施工監(jiān)測與反饋，施工活動若與預期不符，及時找尋原因進行處理。

（3）嚴格遵守“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”十八字方針。

（4）加強洞內通風，選擇適用于不同地質、不同斷面的裝運、開挖、防水、通風配套設備[1]。

（5）對施工區(qū)域的圍巖及結構變化進行動態(tài)跟蹤，實時測量，測量結果積極反饋給設計、施工人員。

3 淺埋暗挖隧道施工要點

3.1 小導管超前加固

該項目土層自穩(wěn)能力差，隧道拱部無黏結，采用超前小導管注漿，超前小導管規(guī)格為Φ42 mm無縫鋼管，長度3 m、壁厚3.5 mm。將其布置于拱部、邊墻上部，改良工作層，形成厚0.5～1.0 m加固圈，超前小導管也能夠與地層構成支護機構，提高開挖工作穩(wěn)定性，防止坍塌。下注漿管呈梅花狀，彼此間距15～20 cm，使用煤電鉆鉆孔將鋼管直接灌入土中。

根據土體情況選擇改性水玻璃漿液，灌漿參數要滿足終壓0.3 MPa、擴散半徑＞0.25 m、灌注速度≤30 L/min，灌漿量要滿足式（1）。

Q=πR2Lnαβ （1）

式中，R——漿液擴散半徑（m）；L——注漿管長（m）；n——地層孔；α——地層填充系數（在該項目中選0.8）；β——漿液消耗系數（在該項目中選1.1～1.2）；準備好漿液后使用牛角注漿器進行注漿，每根管灌注量控制在150～200 ml[2]。

3.2 安裝鋼筋格柵

鋼筋事先在工廠內加工，焊接為骨架，使用角鋼螺栓連接不同分段，質量檢驗合格后運至施工現場保存，使用時組裝。該項目中格柵鋼架間距0.75 m，鋼筋網厚250 mm，規(guī)格150 mm×150 mm，格柵的質量要求要滿足：①孔眼位置準確、弧形圓順。②不得有裂縫、夾渣、氣泡，焊縫飽滿，無焊渣。③格柵拼裝時要平整，無任何翹曲、扭曲。

安裝鋼筋格柵先要清除場地，拱腳下不能有雜物，鋼架與土層用混凝土塊楔緊，安裝要注意中線、標高，防止出現左高右低、前傾后仰現象，格柵與隧道軸線相垂直，偏差不能＞30 mm，垂直度＜5%[3]。

3.3 合理選擇開挖技術

為控制地面沉降，保持開挖面穩(wěn)定，需根據項目實況選擇開挖技術。常見開挖技術如表1所示。

該項目中地質條件較差，存在軟弱地層，斷面＜8 m，考慮項目效益選擇中隔墻法，如圖1所示。首先，項目地層不穩(wěn)定，在完成拱部開挖工作后需及時開展初期支護，將其分為左右兩個單元洞體，縱向間距＜15 m，開挖支護每步臺階控制在5 m左右。應用該方法要注意核心土留設是否合理，盡早閉合斷面，縮短仰拱閉合間距，控制工作面穩(wěn)定[4]。

圖1 中隔墻法施工示意圖

3.4 噴射混凝土施工

完成開挖工作需開展混凝土噴射工作，常見技術有濕噴、潮噴以及干噴等，該項目中因為干噴粉塵量大，濕噴對噴射設備要求高，所以選擇潮噴。只需將骨料加入少量水，加入水泥拌和，便能解決干噴粉塵量大這一問題，同時與濕噴相比，噴射設備要求低。作業(yè)如下：

（1）分層、分片、分段從下到上依次噴涂，若遇凹洼，需填平后噴涂。

（2）分層噴射時需等待前一層混凝土終凝后進行，若終凝后1 h噴射，需先用風水清洗噴層表面。噴層厚度需根據噴射區(qū)域而定。該項目中拱部噴層為3～5 cm，墻部噴涂厚度為5～8 cm。

（3）在有水地段開展噴射作業(yè)，需改善混凝土配合比，適當增加水泥用量，先噴干混合料，等待其與涌水相融合，后加水噴射。噴射時從遠端涌水點開始，逐漸向涌水地區(qū)靠近。若涌水現象較為嚴重，需設置排水孔，邊排水邊噴射。

（4）若遇砂層地段，施工單位要在砂層表面掛設鋼筋網，將其固定后進行噴射。噴射時先噴一層含有較多速凝劑的水泥砂層，等待水泥砂層形成薄殼后再進行正式噴射，終凝后2 h進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間＞14 d。

3.5 二次襯砌

初次支護、仰拱需在8 h內完成，開挖工作、混凝土噴射作業(yè)需在12 h內完成。圍巖及初期支護結構穩(wěn)定后開展二襯施工。此時周邊變形速度明顯下降，當拱部下沉速度＜0.15 mm/d時，施工單位需對初期支護凈空斷面進行測量，并且檢測初期支護平整度，符合要求后開展二襯施工。若初期支護結構不能趨于穩(wěn)定，可以結合實況提前開展二襯施工，一定要保證二襯施工強度[5]。有關施工流程如圖2所示。

圖2 二襯施工流程圖

4 地面沉降控制對策

地下空間開挖后會導致周圍土層力學形態(tài)發(fā)生變化，變化較大將會導致地表下沉、地層變形，施工單位需嚴格監(jiān)測由淺埋暗挖施工導致的地層變化情況，及時采取措施進行處理，如改良土質結構、合理開展排水工作、提高施工效率、控制爆破影響等，確保隧道施工順利進行。

4.1 改良土質結構

通過改良土質結構改善項目土體特性，可防止地面沉降，這一措施能夠改善原始地層，使土質正向發(fā)展。除超前注漿外，還可采用地表注漿、預注漿以及超前管棚法。

（1）超前管棚法：常見管棚有大小、長短之分，在該項目中應用小管棚便可，規(guī)格直徑為50～150 mm，將其以固定間距沿開挖周邊打入地層，打入傾角＜5 °。鋼管上有注漿鉆孔，將管棚預注漿結合，促使拱頂形成保護環(huán)，加大承載力，避免在地面荷載與巖層重量下形變。

（2）地面注漿加固法：該項目中，注漿范圍為淺埋地段雜填土層，寬度相較隧道寬2 m，注漿孔眼間距1 m×1 m，孔眼深度要大于雜填土層20 cm，注漿順序以先兩邊后中間為主[6]。

4.2 合理開展排水工作

該項目地下區(qū)域水含量豐富，尤其是砂層區(qū)域，一旦排空地下水極易導致大幅度沉降。因此控制地面沉降要點便是合理排水，采用旋噴樁或者止水帷幕，防止地下水滲入，隨后采用明排施工技術，將地下水排出洞內。①在洞內基坑一側設置排水明溝和集水井，排水溝低于開挖面0.5 m，集水井比排水溝低0.8 m。②在施工現場設置防洪溝或垱水堤，防止?jié)撍?、雨水進入施工場地。③施工區(qū)域低洼地段設置排水設施。例如應用抽水機排水，抽水過程中注意開關水泵間隔時間，安排專業(yè)人員值班，確保水泵正常運轉，實時監(jiān)測井內水位，保障無任何雜物進入井底，及時調節(jié)抽水量。

需注意，集水明排要防止流砂現象，避免直接損害土壤承載力。施工單位需通過平衡動水壓力或改變動水壓力方向這一措施對其預防。常見方法為井點降低地下水位。該項目中，井點管選擇Φ60 mm、長6 m無縫鋼管，配備2 m濾管、離心泵、真空泵以及水汽分離器。采用單排線狀方式布置井點，位置處于地下水流上側，距離基坑要＞1.5 m，井點高程需滿足式（2）。通常井點管要高于露出面0.2 m，并且濾管只能在透水層中[7]。

H≥H1+h+lm （2）

式中，H1——井管埋設面到基坑底部的距離（m）；h——基坑底部到降低后地下水位的距離（m）；l——地下水降落坡度（該項目為單排井點，坡度為1/4～1/5）；m——井點管到基坑中心的水平距離。

4.3 提高施工速率

隧道淺埋暗挖施工中，施工單位需提高效率，在較短時間內完成開挖工作，減少圍巖暴露時間以及地層壓力釋放。這就要求施工單位結合項目實況，嚴格遵循施工流程，做好測量監(jiān)控工作，對不同施工過程以及巖層狀態(tài)實時監(jiān)控，把握地層結構情況并做好記錄，根據監(jiān)測結果及時調整施工內容，有效預防地面沉降[8]。

4.4 及時做好二次襯砌

開展初期支護工作時，為加強支護強度，可擴大注漿范圍、減少導管間距、縮小格柵間距，避免地面沉降。若發(fā)現初期支護不穩(wěn)定，需及時開展二次襯砌，尤其是項目中的砂層區(qū)域，孔隙水調整的過程中會出現附加應力，及時開展二次襯砌工作能夠促使地層迅速趨于穩(wěn)定，進而控制地面沉降。

4.5 嚴格控制爆破振動

土方開挖工作會涉及爆破工作，引起的震動會對周邊環(huán)境造成影響，包含地下水、地表環(huán)境等。為減少爆破導致的地面沉降概率，施工單位需對震動進行實時監(jiān)測，合理設計爆破工作，結合項目實況選擇爆破參數，從引爆順序、炸藥量等因素入手，減少爆破能量釋放。此外，可以在地表設置振動屏障或音頻隔離墻，減緩振動傳播。

5 結語

綜上所述，淺埋暗挖施工技術作為隧道施工常見技術，被廣泛應用于公路工程。為確保施工活動順利開展，施工單位要嚴格把控施工要點，控制地面沉降，避免隧道施工對地表路面、管線造成損害，為隧道施工安全提供保障。

參考文獻

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