基于錨噴豎井支護的鄰近盾構隧道施工技術

余文魁

（武漢廣益交通科技股份有限公司,湖北 武漢 430074）

0 引言

隨著我國經濟的不斷發展，對城市交通服務功能也提出了更高的要求，軌道交通憑借其速度優勢成為了實現城市可持續發展的重要交通工具。由于工程建設的規模和面積逐漸擴大，而隧道施工的可利用面積逐漸縮減，迫使隧道建設只能夠將建設方向轉向在軟土區域上完成難度更大的建設施工任務[1]。在軟土上完成隧道建設施工采用一般的施工方案會對周邊環境產生較大的影響，因此，在大量理論研究和實踐的基礎上，提出了一種盾構式的施工方法，并在實際應用中驗證了這一方法對周圍環境的影響更小。當前盾構施工方法已經成為主要的施工方法之一[2]。而無論是哪種形式的盾構，在對隧道建設項目施工時，都會造成土體出現不同程度的位移，若周圍存在其他鄰近建筑物時，還會造成其他建筑出現地表變形、開裂等問題，造成無法挽回的巨大損失[3]。基于此，為了降低甚至避免隧道盾構施工中土體的位移和形變，引入錨噴豎井支護方法開展對其施工技術的相關研究。

1 基于錨噴豎井支護的鄰近盾構隧道施工技術

1.1 基于錨噴豎井支護的豎井鎖口圈梁施工

為實現對鄰近盾構隧道的規范化施工，該文引進錨噴豎井支護技術，對豎井鎖口圈梁施工展開研究。在施工時，首先使用四根鉆機樁體結構與機械攪拌樁，進行豎井結構的開挖處理，開挖過程中，對豎井底部進行雜物清除處理，并將控制清理的厚度保持在15~25 cm間，使豎井底部雜物被完全清除[4]。使用鉆進設備，對鉆孔樁的樁頭混凝土進行鑿除處理后，在混凝土結構的頂面進行鋼筋調直處理，使處理后的混凝土頂高度小于預設標高，再根據設計的鋼筋綁扎方式，對圈梁鋼筋進行綁扎，在進行此步驟施工時，可輔助焊接技術對圈梁鋼筋進行焊接處理。

完成綁扎后，對豎井設立支模，在進行井底支模時應注意對假設的鋼模板結構與鋼筋結構進行牢固性、穩定性和可靠性檢查，使主體支撐結構可以達到預期要求后，再按照施工設計圖紙要求，設計錨噴豎井支護中的預埋件[5]。當所有設計的構件經過檢查合格后，采用一次性澆筑的方式進行混凝土澆筑處理，保證澆筑后井內達到設計標高。為保證支護結構在豎井內的穩定性，采用預埋提升井架的方式，對施工中的預埋件進行提升處理。根據工程實際需求，計算提升速率，其表達式為：

式中，A——豎井支護施工中的提升速率；λ——提升過程中的阻力系數；β——井深；γ——綁扎鋼筋結構的穩定性；i——綁扎結構。

通過計算的提升速率，進行錨噴施工作業，根據施工井的實際深度和井內不同層結構，采用噴射混凝土的方式進行施工，將噴射混凝土的厚度設定在450~550 mm范圍內。針對φ40類型的小導管，設置間距為1 000 mm×1 000 mm，長度控制在4~5 m之間，為保證噴射施工能夠達到預期效果，增設單層網片結構，并調整柵格間距在450~550 mm范圍內[6]。針對φ22類型的錨桿施工，設置混凝土噴射作業的間距為500 mm×1000 mm，長度控制在3~4 m之間，采用φ40錨噴施工方式，增設單層網片結構，并將井口位置地層混凝土錨噴的厚度設定在100~200 mm范圍內，不設置柵格。

1.2 井身開挖與爆破設計

完成上述施工處理后，根據攪拌樁結構在施工中的設計強度，進行豎井的開挖施工。結合前期設計的工程圖紙，控制井內基坑的縱向開挖深度應滿足>6 m的需求，考慮到施工土層較為松軟，因此，在作業中輔助挖掘機進行人工開挖施工。為避免施工中出現超挖或欠挖等問題，可按照下式計算開挖具體深度，其表達式為：

式中，F——井深開挖深度；K——初噴掛網深度；Q——基坑深度；R——設計深度。上述計算公式中R屬于未知參量，根據工程施工中的實際需求，計算深度R，其計算公式如下：

式中，k——鋼筋骨架結構強度；v——人工挖掘機開挖施工作業施工；x?——設計欠挖可控深度；x+——設計超挖可控深度。完成井身開挖設計后，對施工中的爆破進行設計。根據該文研究工程項目的施工需求，采用垂直打孔的方式進行掏槽施工，根據掏槽眼數量、不同掏槽眼距離中心孔的直線距離、起爆順序等參數，計算爆破裝藥量，其表達式為：

式中，B——爆破裝藥量；W——設計孔間距；T——輔助爆破眼數量；j——起爆順序。完成上述設計后，設計起爆參數，對起爆參數的描述用表1中內容表示。

表1 爆破設計中的起爆參數

根據起爆參數進行現場施工爆破設計，保證施工成效可以達到預設需求。

1.3 錨噴豎井內支撐結構設計及施工

完成上述施工后，為保證設計的結構可以達到預設的質量要求，需要在噴錨豎井內設計支撐結構，設計結構參照圖1。

圖1 錨噴豎井內支撐結構示意圖

在豎井施工過程中設置至少三道鋼結構作為支撐，對鋼結構進行混凝土澆筑施工設計，為確保設計的結構可以達到預期的穩定性需求，應在達到設計標高后，對結構整體進行噴射混凝土平整處理，確保設計的主體支撐結構具有足夠的平衡性。

在上述內容的基礎上，結合施工區域的土層結構，進行下挖深度設計。將主筋邊緣控制線的高程高度作為施工中的基準線，根據邊緣線的高程高度，進行支撐結構中鋼筋的綁扎施工，確保混凝土結構的支撐標高與主體結構在一個相同的水平線上。對于結構中的縱向鋼筋，整體采用單面搭接的方式進行焊接，控制焊接縫的長度在10 cm范圍內。

完成基礎支撐結構的設計與焊接施工后，最后在井內進行支護結構的澆筑處理。考慮到豎井支撐結構是主要承重結構，因此，在澆筑時采用整體澆筑的方式進行施工，以確保澆筑后的結構具有較高的承載力與受力能力。在澆筑前，對井內的雜物（包括鐵絲、鐵屑、石塊等）進行清理，再使用抽水泵對井內的水體抽干。對澆筑的模板進行整體濕潤處理后，將混凝土澆筑施工中的加壓泵送進井內，對其進行振搗與澆筑。根據井口直徑，控制振搗裝置的有效振搗范圍在井口直徑范圍內，完成澆筑施工后，鋪設一層塑料薄膜對其進行灑水養護。為確保鋼筋達到預應力需求，可在完成上述處理后，在鋼結構支撐位置設計一個軸力檢測裝置，對基坑承重結構與受力結構的抗變形性能進行檢測，通過檢測后即可證明完成了錨噴豎井內支撐結構設計與施工。

2 實例應用

和平大道南延（中山路—張之洞路）工程位于武漢市武昌區，規劃為城市主干路，北接和平大道，南連武金堤路，是武昌順江方向的骨干通道。由于這條道路通過武昌古城、下穿蛇山，為避免對武昌古城的影響，采用隧道穿越。道路全長3 042 m，其中盾構隧道段長1 390 m、兩端明挖隧道段共1 096 m、兩端出隧道的接線總長556 m。

為了驗證該文提出的基于錨噴豎井支護的鄰近盾構隧道施工技術在實際應用中的有效性，選擇以武漢和平大道南延工程盾構隧道施工項目作為依托，將該文提出的施工技術應用到該工程項目當中。隧道施工現場如圖2所示。

圖2 隧道施工現場圖

已知該隧道結構為道路單管雙層隧道，施工區域地面標高為5.0~6.0 m，施工區域內地勢相對平坦，隧道區間線路整體為南北走向。在具體施工過程中，引入掘進機械盾構機，該設備機身長為8.1 m，直徑約為6.25 m，總長度約為50 m，重達250 t。

該施工技術在施工中嚴格按照該文上述論述內容進行，同時為了實現對施工技術應用效果的驗證，選擇將完成施工后土體的位移情況作為評價指標。根據當前隧道施工建設規定，為確保隧道后期運行安全，土體的位移量在豎直方向和水平方向都不得超過±5 mm。因此，基于該標準，對施工前后施工區域內隨機5個測點的土體位置進行測量并記錄。測量過程中，為確保測量精度，可選用高精密水準測量儀對測點位移量進行測定。高精密水準測量儀等級為DS1級，偶然中誤差為±1 mm。計算其土體的位移量，位移量的計算公式為：

式中，w——土體測點位移量；w0——施工前測點位置豎直方向坐標；w1——施工后測點位置豎直方向坐標；w'0——施工前測點位置水平方向坐標；w'1——施工后測點位置水平方向坐標。根據上述公式（5），完成對施工后測點土體位移量的記錄，并將其與標準范圍進行比較，得到如表2所示的結果記錄表。

表2 該文施工技術實際應用結果記錄表

從表2中得出的結果可以看出，應用該文提出的隧道施工技術進行該項目的施工后，各個測點上的位移量均在合理范圍內，不會對后期隧道施工及運行造成影響，能夠保證隧道的質量和安全。由于測量儀在測量過程中可能會出現1 mm的測量誤差，因此進一步分析各個測點上的位移量，若增加1 mm或減少1 mm也仍然符合上述規定的標準分范圍。因此，通過上述得出的結果證明，該文提出的施工技術在實際應用到鄰近盾構隧道施工中具有極高可行性。

驗證該文提出的基于錨噴豎井支護的鄰近盾構隧道施工技術，在5種施工工況下的風險概率，以此分析該技術施工過程中的施工質量，結果如圖3所示。

圖3 風險概率評估結果

依據圖3可知：5種工況中，每個工況的風險概率均存在一定差異，其中工況3的風險概率結果為0.02左右，存在較低的風險損失，其余工況的風險概率結果均低于0.009，表明不會造成風險損失。因此，采用該技術進行鄰近盾構隧道施工，能夠保證良好的施工質量。

3 結束語

通過該文上述論述，引入噴錨豎井支護方法，提出一種全新的盾構隧道施工技術，并結合具體工程項目驗證了該技術的可行性。在后續的研究中，還將針對施工周圍地質條件、結構以及周圍建筑類型等特征，對該施工技術進行不斷完善，促進其應用適應性的提升。