隧道淺埋不良地質段施工方法的優化

劉運微 賈勛濤 康寶龍

(1.中交二公局萌興工程有限公司，陜西西安 710119; 2.長安大學公路學院，陜西西安 710064)

隧道施工的開挖方法一般有明挖、半明挖和暗式開挖三種方式，具體選擇采用哪種開挖方式主要還是要從經濟方面、安全方面和建造技術方面、外部環境方面等角度加以分析。明挖通常只適用于覆蓋層較薄的情況，開挖基坑在開挖作業過程中的安全與穩定性以及基坑的排水特點是明式開挖法應該考慮的主要問題，當開挖地段的區域地質所呈現的構造較為復雜，且地質構造的裂隙節理發育和地層結構水量大時，深進尺的開挖極容易導致山體的滑坡事故。明式開挖法則是先從地面開始向下開挖鉆進直至基坑的結構底部，然后由下至上修建襯砌結構，最后完成回填并打造恢復路面的過程。為了防止塌方和保證安全施工，在場地不受限制時，明式開挖具有一定深度時，土壁應考慮做成傾斜的以保證土坡穩定，工程上叫做放坡。半式明挖的方法則通常被應用于較為松散的地質結構條件或隧道設計線路處于地下水位之上的條件下。暗挖作為隧道開挖施工普遍被采用的一種掘進方法，由山體的地面層向下掘進開挖至一定的深度以后，及時封閉隧道開挖斷面的頂部，其余的下部結構則在封閉頂蓋后進行完整的施工過程。明式和暗式的掘進開挖法在二者的施工方案應用的方面來講，淺埋隧道施工中將各具優勢，為了能夠確定采用哪種最佳施工方案，需從施工現場的外部環境、施工技術、建設經濟和施工安全等多方面進行分析比較適用性和優越性。

采取明式掘進法的目的主要在于避免或減少淺埋層暗洞段施工過程中常常出現如涌水、坍塌冒頂、邊墻失穩等事故災害。但是，在通常情況下，隧道的設計位置都在山體間，凹地的土層結構匯水量一般比較大，設計中如果沒有充分考慮到掘進施工中的防排水問題，掘進過程中由于水導致的事故災害就必然存在，尤其是在多雨水季節，防排水問題會成為主導施工方法選擇與進度控制所必然面臨的問題之一。淺埋的明洞開挖完畢之后，對于前后山體結構土層造成的擾動極大，如果在處理方法上采取不當，就極可能會引起大范圍或局部的山體失穩隱患而引發山體滑坡事故。根據實際施工當中總結的放樣經驗來看，開挖山體段的原有施工便道將被徹底破壞，為了能夠保障隧道出口段的施工質量安全，一般需要重修施工便道。一般情況下開挖作業場地都很狹窄，施工難以全面開展，造成一定的出渣困難。我們需要做的是根據施工現場的實際情況，通過反復研究確定提出專項的整治處理施工方案。為了能夠防止地下水滲透進入隧道開挖斷面周邊結構土層而影響到施工安全，在山體地表進行一定量的預注漿將會形成可靠的止水帷幕，從而確保隧道的正常施工進程。

淺埋暗挖法相比較于其他開挖方法，具有其自身明顯的優勢。如以城市地鐵建設項目舉例說明，淺埋暗挖法則對場地拆遷占地面積要求極小、對周邊環境和交通的影響也體現良好且能夠在建設投入方面節省很多。而與盾構掘進施工相比來看，淺埋暗挖法則將優勢體現于施工過程簡單，對于大型復雜設備的要求極低，且在不同地質、不同跨度的底層結構施工中均適用。當然，利弊同行，淺埋暗挖法自身方法原理上還是存在一些明顯的缺陷的，如施工進度慢、噴射混凝土造成的空氣粉塵較大、投入勞動力量大、機械化程度不高和不適用于高位地下水土層結構的掘進施工(因為防排水的問題難以良好解決)。而采用這種淺埋暗挖掘進施工法時，通常比較常用的方法是正臺階開挖法，由于這種施工方法還常常采取如全斷面法、單側壁導坑超前正臺階法、雙側壁導坑正臺階法(眼睛工法)、中隔墻法等均適用于一些地質條件較為特殊的地段。淺埋不良地質段的隧道掘進施工在選擇施工方法中，應根據實地的圍巖地質條件、水文條件、建設施工要求、機械設備和施工技術水平等多方面要求綜合考慮，最終力求確定的是一種既合理又經濟的施工方法。由于隧道開挖是一個會受到多方面因素影響的動態施工過程，其施工過程往往主要取決于地質水文條件，當圍巖的地質條件較好時，開挖施工一般先將隧道的坑道斷面開挖完再修筑必要的支護結構，如果條件允許即可以一次性完成整個斷面的開挖掘進，而當隧道圍巖結構的穩定性比較差的時候則必需要按部就班地先完成斷面開挖并及時予以支護，以防止隧道圍巖結構的變形引發進一步的坍塌事故。二次襯砌的施工應保證其修筑過程是先邊墻后拱圈的順序，即“先墻后拱法”。以下舉例說明：

人工作業的挖孔樁圍護結構的施工由于其自身結構具有設樁靈活性的特點，在隧道開挖過程中可按照圍巖地質的特點適當在危險開挖地段予以加密或單獨處理，亦可以加設其他臨時輔助支護措施進行配合使用。挖孔樁的施工可以提前，占地少、施工方便和易于操作等優點明顯，并且在對附近居民和道路建設的影響也可以控制到最小，不需要拆卸。原地貌破壞較小，山的干擾較小，有利于山體穩定性。混凝土的建成可以根據設計要求提前進行地面排水，減少地表水對隧道開挖效應。因此，挖孔樁帷幕暗挖有幾個明顯的優勢，減少山體干擾，縮短施工工期，投資少，因此決定采用挖孔樁帷幕開挖淺段施工。實踐證明，選擇合理的施工方法，施工的隧道可以安全，及地表沉降控制在設計范圍。因此，選擇合理的施工方法是建設的關鍵。從現有的國內外的工程性能和實驗研究的情況，根據經濟、工期考慮，其工法選擇的順序為：正臺階法→上臺階設臨時仰拱閉合法→CD工法→CRD工法→眼鏡工法。從安全性角度考慮，順序正好相反。在工程實踐中，應根據地質條件，截面尺寸，地面環境和其他因素的方法可以實現，工期，安全，適應性強，經濟和技術五個方面綜合考慮，選擇施工方法。使用正確的施工方法和相應的施工輔助措施，可以做到安全、經濟、快速施工的目的。

淺埋暗挖法在土體開挖或弱膠結砂，礫石和其他建設第四紀地層，覆跨比大于0.2的淺層地下開挖。為高一級類似的形成，阻斷水或降雨，排水等措施也可以用。特別是對結構埋藏淺，地面交通繁忙，建筑密集，地下管線和地面沉降嚴格的城市，如建設地鐵，地下停車場，熱及電路，該方法更適合。大跨度淺埋隧道，施工方法，應采用分區方法(CD方法)，隔斷墻交叉步方法(CRD方法)，雙側壁導坑法(眼鏡工法)，拱結構應該是一個優先側漂移的方法，最后以柱孔的方法。施工中必須嚴格遵守“管超前、嚴注漿、短進尺、快支護、緊封閉、勤量測”十八字方針，不能違背。

通過以上內容對隧道不良地質地段施工方法的優化對比分析，選擇一種適應實際隧道情況的開挖方法既能夠保證施工工期，又可以減少不必要的投入和周邊環境造成的影響。筆者旨在希望對于我國公路隧道施工能夠確保安全地施工提出個人的一些意見及建議，僅供參考。

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