隧道明挖法施工技術探析

摘要:隨著城市現代化的水平不斷提高,城鎮居民生活水平的改善,城市交通擁塞不暢的現狀,已成為制約城市經濟持續發展的重要因素。利用地下空間,修建箱式隧道已成為緩解城市交通擁塞的一種有效途徑。文章結合工程實踐,對市政箱式隧道的施工技術進行了分析、研究、總結。

關鍵詞:市政工程;隧道明挖法;深基坑開挖

中圖分類號:U455文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)35-0161-02

在箱式隧道埋深較淺且周圍環境較空闊簡單的條件下,或隧道埋置范圍內地下障礙物較多的場區(如古堤壩段、古城墻遺址、古河道河坎分布區等),地下木樁、塊石雜亂分布,其性質和分布范圍又難以查明,若采用頂進法、盾構法等方法施工,難度甚大,多選用明挖法施工方法。明挖法的優點是施工機械設備簡單,對一些地下障礙物容易處理,其工程進度和投資也容易控制,一般說來,明挖法的成本較低,隧道質量也易保證,在條件許可的情況下,常為箱式隧道施工的首選方法。

一、施工準備

(一)施工準備工作

熟悉工程圖紙,收集周圍環境資料,充分了解場區的工程地質與水文地質條件,特別是周圍各種地下市政管線分布情況及其使用狀況,附近建筑物的基礎結構及使用功能要求,有否文物需要保護等必須調查清楚。在調查與收集現場資料的基礎上,進行分析、研究,制定較完善的施工組織設計,施工組織設計中,除了常規的內容外,特別對周圍建筑物和地下管線的保護,要有詳細的嚴謹的方案,若有交通組織要求,還得有專項的交通組織實施方案。這些重要專項方案,必要時應組織專家進行論證。

(二)施工工序

一般的隧道明挖法施工的施工工序如下:測量放樣→地基加固→基坑支護→基坑降水→基坑開挖→模板工程→鋼筋工程→大體積箱體混凝土澆筑→箱體防水施工→基坑回填→設備安裝→隧道裝飾→竣工驗收。在全過程中實施信息化監測。

二、隧道施工

(一)基坑開挖

1.分層開挖。當基坑開挖深度大于目前常用挖土機最大挖土深度(一般小于5m)時,可采用分層開挖。分層的主要依據是:基坑開挖深度、現有挖土機的合理挖土深度、土質、水位情況以及綜合考慮基坑的其他要求和做法等。

2.坡道的開設。坡道的開設要根據機械設備、開行路線以及施工現場的情況而定,坡道開設是否合理是深基坑土方施工成敗的關鍵之一。坡道的寬度一般為6~8m,坡度1:6~10。坡道可開設在坑外或坑內,也可采用坑內外相結合的辦法,其中坡道若設在坑內可節省場地,但將給坡道處理帶來一定困難。

3.施工防陷措施。分層開挖要考慮水位和土質情況,分層的底標高要高出實際地下水位0.5m以上,應盡量避免落在含水量大的軟土層上。如不可避免時,要采取防陷措施。土層含水量大的軟土層造成機械陷車時,應鋪墊30~50cm厚的砂石或粗粒塘渣,以穩定工作面。鋪墊厚度可根據土質以及工作面可能晾曬的時間來確定,也可鋪墊木排,路基道板等。

4.排水方法。確定排水方法要綜合分析土質情況,特別是滲透系數,基坑開挖深度和寬度以及場地情況等技術資料,對各種排水方法的技術經濟效果進行優化對比。軟土地基中的基坑開挖一般采用明排水方法。

5.機械設備。城市建設中深基坑的開挖,一般選擇反鏟挖土機配備自卸車進行挖土施工。當基坑較深且土質較差、不宜采用分層開挖的深窄基槽時,也可選擇拉鏟或抓鏟挖土機配備自卸車進行挖土施工,但挖土效率比反鏟挖土機低20%~50%。挖土機的選擇主要以基槽的開挖深度、斷面尺寸或土質情況為依據;而一個工作面或一個施工段所配備的挖土機數量最主要考慮工作面大小、土方量、施工進度要求、坡道及道路情況以及經濟效果等綜合因素。

(二)模板工程

采用復合模板,板厚1.5cm;隧道墻和頂板的模板最好一次支設,以增強剛度;支模時,墻、頂的洞口均須留成階梯形的喇叭口(內小外大);模板支架必須具有足夠的剛度、強度和穩定性,要能承受新澆砼的重量、側壓力以及施工荷載,因此對支模材料及其牢固程度等問題要通過支架設計驗算;隧道內的頂板支架在隧道的兩端和分段處應設橫向剪刀撐,隧道外墻的支架要加斜撐,以保證隧道模板的穩定為滿足抗滲和美觀要求,隧道墻的穿墻螺栓拉桿外露部分用氣焊割去,用防水沙漿抹平。

(三)大體積混凝土澆筑

大體積混凝土施工易產生裂縫,產生裂縫有各方面的原因,如分段是否妥當、結構形式及約束情況,混凝土的均勻性、原材料質量、模板剛度,環境溫度等,都可能引起大體積混凝土的裂縫,其中溫度裂縫是主要現象。因此,施工時要嚴格控制溫度及混凝土配合比,保證混凝土質量均勻,振搗密實,養護保溫及時。故施工時應嚴格做好以下幾點:

1.材料:石子中的含泥量不超過1%;粗砂中的含泥量不超過3%(平均粒徑不大于0.5mm);水泥應采用低水化熱水泥,并可摻一定量的粉煤灰。原材料均應做抽樣試驗。

2.原材料及外加劑配合比要準確。

3.混凝土必須保證攪拌均勻。自拌砼的坍落度要嚴格控制在2~4cm,泵送砼的坍落度控制在14cm以內。

4.硅澆筑時不得產生離析,混凝土自高處傾落時,其自由傾落高度不宜超過2m,當超過2m時,應用串筒或斜槽下料。若采用泵送硅應將導管放低,減小硅對模板的沖擊力。

5.墻體混凝土采用分層水平澆筑時,每層厚度宜30~50cm。上下層間隔時間不得超過1.5h,并使澆筑后的砼溫度分布比較均勻。但應注意表面水分蒸發或受凍。澆筑砼時應分別從兩頭同步循環往上澆筑,當澆到頂板底時,稍待沉實后,從一端向另一端澆筑硅頂板。

6.混凝土的溫度控制要求:若混凝土內部與表面溫度差及混凝土表面與環境的溫度差太大,將在混凝土中產生溫度應力裂縫,故須加以控制。混凝土中心與表面溫度差不超過20℃,混凝土表面溫度與環境溫度差不超過25℃為宜。并設幾個測點,采用溫度計進行核對。測溫工作要持續到混凝土溫度與大氣平均溫度差在15℃內,混凝土強度達設計強度的85%以上方可停止。

三、施工監測

進行深基坑開挖常會因支護結構失穩或變形過大而發生事故,此外,基坑降水也會給周圍建筑物和構筑物帶來不良影響,這不僅貽誤工期、嚴重影響鄰近建筑物和道路管線等公用設施的安全、造成巨大的經濟損失,而且事后往往很難處理,這已為大量的工程實踐所證實。而市政工程往往開挖長度較長,影響面較大,因此現場檢測列為防止深基坑開挖事故發生的重要舉措之一是必需的。概括起來,基坑工程進行現場檢測主要有以下三點作用:

(一)指導現場施工

由于支護結構的變形和失穩并不是在瞬間發生,而是隨著開挖深度的加深而逐步發展的,監測工作可以全面了解開挖過程中圍護體系的實際狀態,有助于正確估計開挖工程總的穩定性,為開挖施工的順利進行以及臨近建筑物、地下管線等公用設施的安全提供保證。監測過程中一旦發現異常情況,例如支護樁水平位移發展過快或絕對數值過大等,即可及時調整施工方式或采取必要的補救措施,防止事故的發生。

(二)有利于糾紛的解決

建筑物等設施的損害是否由于臨近基坑開挖引起,常常造成糾紛。現場觀測資料可以為糾紛的解決提供可靠的依據。

(三)校核、修正設計

將變形的觀測資料與支護設計計算值進行比較,可以了解設計是否安全可靠、經濟合理。如有必要可根據觀測資料修正支護設計數據。但其主要目的還是配合基坑挖土施工,及時提供各項監測數據,以利分析、確保基坑和周圍環境的安全,做好信息化施工,同時為類似工程提供各項監測數據,并積累經驗。

四、結語

明挖法具有施工機械簡便、通用,工程造價較低,遇到障礙物容易處理等優點,當隧道埋深較淺,周圍環境要求不太苛求的情況下,當屬首選的方法。在軟土地基中采用明挖法時,必須著重對基坑支護、基底涌土以及對周圍建筑物及市政管線保護等問題予以高度重視。

參考文獻

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作者簡介:謝立新(1983- ),供職于龍崗區建筑工務局市政一科。