隧道工程淺埋暗挖法施工要點及發(fā)展方向

張銘海

（北京熱力市政工程建設(shè)有限公司，北京 100078）

淺埋暗挖法在工程項目施工實踐中的應(yīng)用能夠很好地滿足軟弱地層環(huán)境條件下的施工要求，基于淺埋條件改造軟弱地層底下環(huán)境條件，通過對一系列施工技術(shù)與手段的綜合應(yīng)用，科學(xué)控制地表沉降，并配合對格柵、噴錨等鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的綜合應(yīng)用，形成與工程項目實際需求相適宜的初期防護結(jié)構(gòu)體系。與其他施工技術(shù)方法相比，淺埋暗挖法具有突出的技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用價值，尤其在地鐵、公路、鐵路隧道工程建設(shè)中有著非常廣闊的發(fā)展前景。文章圍繞隧道工程淺埋暗挖法的施工要點以及未來發(fā)展方向進行分析與探討。

1 淺埋暗挖法技術(shù)概述

1.1 基本原理

隧道工程項目開挖初期通過復(fù)合襯砌支護結(jié)構(gòu)形式的方式承擔(dān)基本荷載作用力，二次支護作為安全儲備支護體系，特殊荷載作用力由初期復(fù)合襯砌支護結(jié)構(gòu)與二次內(nèi)層襯砌支護結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)。在此基礎(chǔ)之上通過輔助工法超前支護，起到加固圍巖結(jié)構(gòu)的目的，發(fā)揮其自身承載作用力，并借助于多種開挖方法的綜合應(yīng)用，與周邊圍巖結(jié)構(gòu)形成聯(lián)合支護作用體系，整個操作過程中基于信息化技術(shù)完成設(shè)計施工作業(yè)。目前技術(shù)條件支持下，對于軟弱地層底下工程建設(shè)項目而言，對淺埋暗挖法施工工藝的應(yīng)用比較普遍，但需要特別注意的一點是，受到此類地層圍巖結(jié)構(gòu)自身承受荷載作用力有限的因素影響，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對地表沉降量的科學(xué)控制，復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)需要具備充足的剛度水平，并且支護應(yīng)當(dāng)及時、有效，最大限度增加支護承載作用力，以達到降低圍巖自身承受荷載作用力水平的目的。

1.2 基本原則

在應(yīng)用淺埋暗挖法展開隧道工程施工建設(shè)的過程中，必須遵循一定的原則：（1）需要結(jié)合工程項目所處場地的地層情況、現(xiàn)場機械設(shè)備與器具的配置情況，以及建筑項目建設(shè)特點，選擇科學(xué)有效的開挖工藝方案。針對地層條件差或底層斷面較大的工況，應(yīng)當(dāng)將分部正臺階開挖法與輔助工法相結(jié)合，其他情況下則建議優(yōu)先選擇全斷面開挖法，以達到滿意的開挖效果。（2）需要重視結(jié)合地層實際情況以及斷面分布特點，選擇與工藝技術(shù)相匹配的機械設(shè)備，投入量應(yīng)當(dāng)達到工程造價10%以上比例。（3）在淺埋暗挖法施工期間，必須安排專人對隧道工程施工作業(yè)面進行監(jiān)控測量，及時反饋關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息。（4）淺埋暗挖法施工過程中應(yīng)當(dāng)基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對工序時間以及施工進度安排作出合理調(diào)整與優(yōu)化，實現(xiàn)對工程建設(shè)進度、質(zhì)量安全以及環(huán)境條件的科學(xué)化管理。

2 淺埋暗挖法施工要點及地表沉降控制

以某立交橋改造工程匝道隧道項目施工實例為例，隧道工程施工現(xiàn)場地層內(nèi)部圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強，因此在淺埋暗挖法施工中采用短臺階式施工方法，其橫縱斷面分別如圖1～2所示。選擇短臺階式施工方法能夠為后續(xù)作業(yè)提供充分作業(yè)空間，維護隧道以及開挖斷面穩(wěn)定性，與周邊圍巖結(jié)構(gòu)形成整體支護體系，減少機械作業(yè)次數(shù)以及地層受開挖作業(yè)的擾動影響，最大限度保證了現(xiàn)場作業(yè)的安全性與可靠性。

圖1 開挖橫斷面示意圖

圖2 開挖縱斷面示意圖

在淺埋暗挖法短臺階開挖施工的過程當(dāng)中，受到隧道埋設(shè)深度、圍巖結(jié)構(gòu)質(zhì)量、施工現(xiàn)場土體性質(zhì)、地下水降水，以及地層應(yīng)力釋放等一系列因素的影響，可能導(dǎo)致地面沉降問題的產(chǎn)生。為了對地面沉降問題進行科學(xué)控制，保障淺埋暗挖法作業(yè)的順利開展，需要在施工過程中將此問題作為重點，采取如下措施合理控制地面沉降：（1）根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，制定超前預(yù)注漿施工方案，嚴(yán)格控制布管以及注漿等各個環(huán)節(jié)的操作流程與參數(shù)指標(biāo)，科學(xué)控制注漿壓力與注漿量。尤其對于不良地質(zhì)條件區(qū)域，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)控制開挖進尺，通過人工開挖以及控制爆破相結(jié)合的方式，遵循短進尺、弱爆破的基本原則進行施工。同時施工現(xiàn)場應(yīng)及時通過施作仰拱的方式形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，尤其不良地質(zhì)區(qū)段內(nèi)開挖工作面與仰拱距離應(yīng)不超過6.0m。（2）對施工現(xiàn)場地下水予以合理排放。該工程中掌子面開挖結(jié)束后，應(yīng)通過開挖周邊區(qū)域或掌子面注漿加固的方式達到穩(wěn)定工作面工況的目的，及時停止排水，并調(diào)整支護注漿參數(shù)，確保注漿達到有效狀態(tài)。（3）該工程中選用短臺階法施作，上臺階開挖方式以人工風(fēng)鎬為主，人工裝車并翻至下臺階，循環(huán)進尺控制標(biāo)準(zhǔn)為1.0m。需要注意的一點是，上半斷面施工時應(yīng)當(dāng)自拱部環(huán)形土開始，最大限度保留中央土體結(jié)構(gòu)，以確保掌子面支撐效應(yīng)的有效性與穩(wěn)定性，待拱部支護結(jié)構(gòu)結(jié)束后再進行核心土的開挖作業(yè)。下臺階開挖采用方式以挖掘裝載機與人工風(fēng)鎬相結(jié)合的方式進行，循環(huán)進尺按照1.0m標(biāo)準(zhǔn)進行控制，以挖掘裝載機完成中央土體開挖作業(yè)，側(cè)墻預(yù)留0.5～1.0m以人工方式進行開挖與修正，在確保開挖輪廓線圓順的同時減少對周邊圍巖結(jié)構(gòu)的擾動影響。

3 淺埋暗挖法技術(shù)發(fā)展方向

淺埋暗挖法施工技術(shù)應(yīng)用初期，施工方案及技術(shù)應(yīng)用尚處于探索起步階段，施工作業(yè)環(huán)境條件相對較差，且存在涌水、坍塌等風(fēng)險隱患，安全性尚有待考證。隨著安全管理理念以及職業(yè)健康管理體系的逐步完善，有關(guān)淺埋暗挖法施工技術(shù)應(yīng)用的作業(yè)環(huán)境條件不斷改善，大大降低了事故發(fā)生率。目前，淺埋暗挖法被廣泛應(yīng)用于公路、地鐵、鐵路隧道工程項目施工中，相較于盾構(gòu)法發(fā)揮著自身獨特的優(yōu)勢，如可以支持在短距離范圍內(nèi)對工作斷面的靈活調(diào)整，對小半徑、大坡度隧道施工作業(yè)有良好的適應(yīng)性，對施工區(qū)域范圍無明顯要求，可適用于淺層覆土（厚度1.0～2.0m）地下施工作業(yè)。依托于這些獨特優(yōu)勢，未來淺埋暗挖法在地下項目施工作業(yè)中的應(yīng)用價值將得到更進一步的凸顯。

4 結(jié)束語

既往工程實踐中針對隧道工程項目建設(shè)所采取工藝技術(shù)以明挖法為主，但在實際應(yīng)用中該方法不斷暴露出各種問題，行業(yè)人員通過對施工技術(shù)的深入優(yōu)化，提出了基于淺埋暗挖法的工藝方案，并在隧道支護、開挖工程中得到了廣泛的應(yīng)用，在工程實踐中表現(xiàn)出了良好的適應(yīng)性、操作簡便性，以及工藝質(zhì)量可靠性等特點，備受業(yè)內(nèi)人士的肯定。在施工期間做好對地表沉降的合理控制以及對施工技術(shù)實施要點的全面把控，能夠使淺埋暗挖法的整體效益得到最大程度的發(fā)揮。