基于長江漫灘區的明挖法隧道施工技術探討

印 東

（南京市公共工程建設中心，江蘇 南京 210036）

0 引言

隧道是道路工程的重要組成部分之一，在隧道工程建設中，大多采用明挖法進行施工。明挖施工能夠借助土方機械進行作業，施工周期短，質量容易保證，由此使得該方法在隧道工程中得到廣泛應用。在施工過程中，為確保隧道開挖安全、有序進行，必須采取合理可行的支護方案，并同時做好基坑降水、基坑支護與開挖、基坑監測、隧道防水等工作。

1 地質條件和明挖隧道主要施工方案

我國長江中下游沿岸城市，地基呈典型的二元結構，上部由黏性土層組成，有透水性弱、力學強度低的特點，下部由砂、礫、卵石層構成，有強度高、透水性強的特點［1］。南京江北新區團結路隧道工程位于長江漫灘區，該區域的地形地貌復雜，地層類型與其他長江沿岸城市相比更加復雜而且變化大，土層從上到下依次為：雜填土、素填土、粉質黏土、淤泥質粉質黏土、粉砂夾粉土、淤泥質粉質黏土夾粉土、粉細砂。

團結路隧道全長 585 m，寬度約 30 m，采用明挖法順作法進行施工，開挖深度 0.5～10.7 m。隧道分為 19 個節段，其中 16 個節段為敞開段，3 個節段為暗埋段，前者采用的是混凝土 U 型結構，后者為全封閉的箱式結構。隧道圍護結構采用的是放坡開挖、SMW 工法樁和排樁相結合的形式。

2 關鍵技術及控制要點

在施工過程中關鍵的技術和控制要點包括基坑降水、基坑支護與開挖、基坑監測、隧道防水施工、結構耐久性指標的控制和養護等，具體內容如下。

2.1 基坑降水

由于基坑位于長江漫灘，土的含水量極大幾乎達到極限含水量，開挖時將由固態轉變為液態，開挖困難，因此降水井除有效降低開挖深度范圍內的地下水位標高之外，還必須有效降低被開挖土地的含水量。其解決途徑為降水井先施工，在施工兩周后進行土方的開挖，在降水井設置兩周后，土的含水量明顯降低，在開挖后大部分土體仍然保持可塑狀態。

研究表明，地表沉降會隨降水井深度的增加而增大，嚴重危及基坑施工安全［2］。因此在降水過程中不能只考慮降水效果，還需要考慮降水對地表的影響，在設置降水井的數量和降水深度時需要慎重考慮。根據本工程的實際情況，研究采用疏干與減壓備用綜合降水方案。在基坑內共計設置降水井 46 口，選用額定流量為 30 m3/h、揚程在 30 m 以上的潛水泵進行疏干降水，使之形成一個穩定的地下水循環，在保證施工的前提下盡量減小對地表沉降的影響。

為確保降水井的整體質量，采用反循環鉆機成孔工藝。在距離降水井 3.0 m 左右的位置處挖設泥漿池，隨后鉆機就位，調整完畢開始鉆進；當鉆孔達到設計深度后，抽出孔底泥漿后對孔深進行測定，以清水稀釋，下入井管填入礫料，完工后 7 h 內進行洗井，最后安裝水泵進行降水，為基坑開挖提供條件。

2.2 基坑支護與開挖

由于本工程地質差對支護要求較高，只有在開挖深度較低的 JD1-JD3 和 JD17-JD19 采用 1∶1 放坡，在較深的 JD4-JD7、JD13-JD16，SWM 工法樁采用隔一插一型鋼；在更深的 JD8-JD12，SMW 工法樁采用密插型鋼；在最深的泵房側采用鉆孔灌注樁。

SMW 工法樁具有抵抗側向土水壓力和阻止地下水滲漏的功能；對周邊環境影響小，對鄰近土體擾動較少［3］。根據本工程的地質條件，在插工法樁之前必須先對工法樁插入位置進行土體加固，使得插入的工型鋼合理地受力。工型鋼周邊土體加固為三軸攪拌樁，為了達到良好的防水效果，三軸攪拌樁的樁間咬合需要達到 20 cm 才能保證防水，為此采用特殊的施工順序進行三軸攪拌樁的施工，具體施工順序如圖 1 所示。

圖1 三軸攪拌樁施工順序

鉆孔灌注樁施工與三軸攪拌樁不同，樁間無法進行咬合，因此需要嚴格控制垂直度，減少樁間縫隙。由于無法咬合必須在鉆孔灌注樁的外側增加若干排止水帷幕樁，本工程采用的三軸攪拌樁止水帷幕如圖 2 所示，在基坑開挖時能夠保證基坑的正常工作。

圖2 排樁、止水帷幕布置圖（單位：m）

當基坑的圍護結構與加固全部達到設計強度，且降水達到預期效果，經驗收合格后，便可對基坑進行開挖（見圖 3）。基坑開挖過程中，對支護結構、格構柱、降水井等必須采取保護措施，防止挖機對其碰撞，擾動基底原狀土［4］。基坑采用斜面分層分段開挖、先撐后挖的原則，避免發生超挖的現象。分層開挖時，每層的厚度應當不超過 3 m。由于基坑內的土體的含水量大，在開挖至設計標高后為了不擾動原土，在開挖面以上 30 cm 厚的土方由人工開挖。

圖3 土方開挖示意圖

2.3 基坑監測技術

在基坑施工中，將基坑深度 2 H 范圍內的地上與地下建筑、地下管線以及基坑本身作為監測對象。在施工開始前，編制合理可行的監測方案，嚴格按照方案開展監測工作，并對設好的監測點進行保護。為了控制圍護結構、臨近建筑物及地下管線的變位、沉降和預報施工中出現的異常情況，并且正確指導施工，在施工過程中建立了嚴格的監測網絡，實現信息化施工。基坑監測的主要內容包括：結構的水平位移和垂直沉降；周圍建筑物及地下管線的垂直沉降、水平位移、傾斜率；基坑外地表沉降，深層水平位移，基坑內地下水位；鋼支撐的軸力和撓度、立柱沉降；地表、臨近建筑物的裂縫觀測。

2.4 隧道防水施工控制要點

本工程變形縫防水設計遵循的基本原則為“以防為主、剛柔結合，多道防線，因地制宜，綜合治理”［5］。在隧道拱墻初期支護與二次襯砌之間鋪設防水板，二次襯砌采用結構自防水，即防水混凝土，由此能夠達到隧道防水的效果。

在明挖隧道中，主要可能滲水的部位有變形縫滲水、裂縫滲水、施工縫滲水以及其他部位的滲水情況等［6］。變形縫、沉降縫的位置是防水的重點，是結構的薄弱環節，如果處理不當，水壓會在混凝土澆筑完畢后持續地破壞結構。本工程周圍水系復雜，導致結構迎土面不僅土的側向壓力大而且導致滲透的壓力大，如果處理不好施工縫，將會導致滲水帶走施工縫周圍混凝土中的膠凝材料、砂子，只留下較大的粗骨料，使得結構受力不合理，為此在施工縫設置止水鋼板和遇水膨脹止水條，而且在水平施工表面拉毛并涂抹水泥基滲透結晶防水涂料，保證混凝土結構不被破壞。沉降變形縫采用外貼式橡膠止水帶和中埋式鋼邊止水帶，其中中埋式鋼邊止水帶兜繞成環，而且外貼式止水帶與頂板迎水面的嵌縫采用聚硫雙組分密封膠封閉成環，如此處理后，在不影響合理沉降的同時保證結構防水。

在重點處理好結構防水和施工縫變形縫防水的同時，還需進行外包防水，加強隧道結構防水，以結構自防水為主，外包防水為輔使得隧道結構達到預期效果。

2.5 結構耐久性指標的控制和養護要點

在對混凝土結構的耐久性指標進行控制時，將控制重點放在如下幾個方面：荷載、混凝土收縮、堿骨料、鋼筋銹蝕以及不均勻沉降等。同時，嚴格按照現行規范標準的規定要求，對混凝土進行養護，避免早期開裂的問題發生。

3 結論

明挖隧道是常見的隧道施工方式，明挖隧道中圍護結構的選擇應該根據實際情況實施，圍護結構的施工方法與控制措施是施工中的重中之重，應該重點探究。此外，明挖隧道所遇到的難題幾乎都與水有關，在基坑支護時要處理好樁間的滲水、在基坑開挖時要處理好開挖土體的含水量和處理好地下水位、在主體施工時要處理好結構自防水和外包防水。因此在明挖法隧道施工時應該注重維護結構的施工和施工中對水的處理，從而確保隧道開挖能夠按質、按量、按時完成。Q