淺談隧道淺埋段施工應對方法

胡紅波

（重慶市建筑科學研究院有限公司，重慶 400000）

0 引言

隨著工程建設的不斷發展及施工技術的日益革新，淺埋隧道的暗挖工法、技術也在不斷創新，淺埋隧道在開挖工法中雙側壁導坑法、中洞法、洞樁法、平頂直墻暗挖技術逐漸得到推廣，但各種開挖工法對現場施工均存在不同程度的影響，在施工困難點、安全風險、施工進度等方面各有利弊。

1 適用于淺埋隧道段的開挖工法

1.1 雙側壁導洞法

雙側壁導洞法開挖方法還可以稱作眼鏡工法，這個施工技術有嚴注漿、短開挖、強支護等基本原則，然而這些也是隧道施工對淺埋段所使用到的一些基本的方式[1]。該項施工技術的本質就是將大跨度變為小跨度，也就是把大橫斷面分多個小橫斷面進行施工。一般采用中間導洞或兩邊導洞的施工方式來進行，其導洞規格以達到機械設備和施工標準的要求。使用該技術開展隧道的施工，一般要在導洞內采用正階梯法進行。如果該區域的地質環境狀況比較差的時候，其上臺階需要使用到環行留核心土或者是中隔墻的方式進行開挖。該技術開挖的導洞比較多，必定會對地質構造帶來較多的干擾，所以也有可能造成地層過大沉降的情況。因此在隧道施工中采用該技術的時候，要控制好地層的沉降，并且及時完成支護也是施工中必須操縱的關鍵步驟。圖1 為雙側壁導坑法開挖工藝。

圖1 雙側壁導坑法開挖工藝

1.2 中洞法暗挖工法

中洞法暗挖關鍵核心技術就是由大斷面開挖變成小斷面開挖，由中導洞轉向向側導洞的方法，每個導洞均進行初期支護，最后連成整體斷面的方法，提高施工安全度。

淺埋隧道中洞法開挖首先開挖中間部分（中導洞），在中導洞內進行拱頂、兩側支護，支護完成后施做結構梁、柱等臨時支護。中導洞內結構施工完成后轉向兩側側洞（側導洞），側導洞同樣采取拱頂及兩側支護措施。

中洞法開挖時應注意以下5 點：①中導洞形狀應以橢圓或近似橢圓為好。②中導洞、中導洞兩側的側導洞開挖時均應錯開一定距離，嚴禁全部導洞斷面同處于統一斷面上。③中導洞、側導洞開挖后因及時進行初期支護及臨時支護，及早封閉成環，不宜長時間裸露。④所有的支護結構均應加強監控量測，用“動態法、信息法”指導施工。⑤監控量測數據穩定后可根據實際情況拆除中洞內的臨時支護。

中洞法的特點是初期支護自上而下，每一步封閉成環，環環相扣，二次襯砌自下而上施工，施工質量容易得到保證。圖2 為隧道中洞法開挖工藝。

圖2 隧道中洞法開挖工藝

1.3 平頂直墻暗挖技術

平頂直墻暗挖適用于地表淺埋，地表為重要的交通干線、存在大量的結構物且地下管線較多，土體自穩性極差不容易成拱，且對土體的沉降量有著嚴格的要求。

平頂直墻暗挖法施工主要分為土方開挖、初期支護、防水施工、二次襯砌等4 個階段。

平頂直墻暗挖隧道施工，必須堅持信息反饋、動態控制原則。將“施工→反饋→預測→調整方案→下步施工”的動態過程貫穿于施工的全過程。

施工過程中，用監控量測數據指導施工。監控量測對平頂直墻暗挖法作用簡單概括為預報、控制、檢驗、改進4 個方面。

預報：通過量測發現異常現象，及時預測未來形態和發展趨勢，防止災害發生。

控制：根據量測進行控制，適時調整支護參數以控制結構內力、位移、沉降，使支護結構發揮最佳工程效益。

檢驗：根據量測資料可反饋和驗證設計、施工的正確性，求得合理、完善和創新。

改進：通過量測結果可評價采用的施工技術的適用性、優越性和改進的途徑。在隧道施工中，通過對隧道圍巖動態的監控量測（洞口地段還應對地表沉降進行觀測），掌握圍巖動態和支護結構的工作狀態，利用量測結果調整設計支護參數，指導施工；通過量測預見事故和險情，以便及時采取措施防止事故發生。

平頂直墻暗挖法在淺埋隧道施工具有難度大、工序轉換復雜且存在一定的安全風險，若設計、施工不當，易出現施工坍塌、地面沉降、襯砌滲漏等問題。

平頂直墻暗挖法在開挖初期支護階段根據參建項目總結出以下4 點注意事項：①根據劃分總斷面、總跨度每次開挖初期支護斷面開挖跨度一般不宜大于4m，總開挖跨度宜小于12m。②導洞上方開挖斷面高度一般不宜大于5m，縱向深度開挖方向需采用一次或多次臺階法成型。③各相鄰初期支護洞室或導洞縱向開挖斷面間距不能在同一斷面上，錯開間距宜大于3～5m。④對于需密貼下穿既有結構且沉降控制嚴格的暗挖，應根據具體情況增加頂撐等動態控制方法，同時應采用配合頂撐的專用活動式初期支護結構。

1.4 淺埋隧道CRD 法開挖

CRD工法又稱作交叉中隔壁法，根據斷面尺寸，先開挖隧道中線一側的第一部分或第二部分，開挖完成后施做初期支護、部分臨時支護中隔壁橫隔板。然后在開挖隧道中線另一側的第一部分或第二部分，開挖完成后施做初期支護、部分臨時支護中隔壁橫隔板，形成左右、上下、錯位循環的方式。

左右、上下、錯位循環時延長中隔壁，根據劃分斷面最后開挖剩余部分的施工方法。

此工法采用中隔壁、橫撐（或臨時仰拱）把上下、左右開挖斷面分割成若干個開挖斷面，采用剛性支撐全部聯接起來，在開挖支護過程中對地表沉降、圍巖收斂起到了很好的約束作用。

CRD 工法開挖要求縱向開挖深度方向各個斷面不宜在同一斷面，每個洞室開挖完成后必須封閉成環。

2 淺埋隧道工法開挖優缺點

2.1 雙側壁導坑法

優點：雙側壁導坑法適用于淺埋隧道、圍巖較差且大斷面開挖的方式，屬于邊開挖邊支護的方式。把大斷面全部分割成小端面，結構受力較好，全部小端面開挖支護完成后，拆除臨時支撐形成大斷面，能夠有效控制地表下沉、圍巖收斂，保持開挖面上方和兩側的穩定，安全可靠。

缺點：分割斷面較多、多次形成臨時支護，空間較狹小，施工進度緩慢，成本較大。

2.2 中洞法暗挖

優點：中洞法暗挖對于軟巖地質或地表覆蓋層較薄的地段有很好的安全性能，結構受力較好，因為中洞施工按照“分塊小、短臺階、早成環”的原則施工，所有的支護均以封閉成環，可以很好控制圍巖的沉降及收斂。

中洞開挖支護完成后，兩側側洞可以同步施工，工作面靈活性較好，進度可控。所有支護自上而下封閉成環，環環相扣，二次襯砌自下而上施工，施工質量容易得到保證。

缺點：分割洞室較多，空間狹小，大型機械利用率較低，速度慢。

2.3 平頂直墻暗挖

優點：有效改善地表為重要的交通干線、存在大量的結構物且地下管線較多，土體自穩性極差不容易成拱等問題。

缺點：平頂直墻在結構受力方面偏弱于拱形形狀，上方的土體壓力及直墻兩側的土體壓力會造成對結構形成應力集中問題，尤其是頂板支點處會形成大偏心受壓及大剪力同時作用，較易形成局部受力潰屈，帶來安全問題。

分割小斷面較多，臨時支護較煩瑣，施工進度慢，成本較高。

2.4 CRD 工法

優點：適用于淺埋隧道或軟弱圍巖大跨度、大斷面或雙線隧道的設計中，CRD 法工法開挖用隔壁和橫撐把上下和左右的臨時支護全部聯接在一起后均形成了封閉成環，所以對臨時支護的要求較高，支護過程中均設置了臨時仰拱，對圍巖的變形約束起到了很好的作用，安全系數較高。

缺點：在支護過程中均要求用橫撐（或臨時仰拱）封閉，固施工空間較狹小，只能采用小型機械配合人工的方式開挖，施工進度緩慢，且臨時支撐的施做和拆除困難，成本也較高。

3 隧道開挖輔助施工技術

3.1 大管棚

一般用于隧道洞口段或地表覆蓋層淺埋段，采用管棚技術可加強支護，用以加固和支護圍巖，以確保安全進洞和順利掘進，管棚技術一般和注漿同時進行。

管棚一般采用直徑≥φ108mm 無縫鋼管制作，鋼管表面做成梅花孔，采用潛孔鉆機按照一定角度進行鉆孔，鉆孔、安裝完成后進行孔內注漿，孔內漿液通過梅花孔壓入土體或圍巖裂隙中，使松散土體、裂隙較發育破碎的圍巖形成一個整體，起到固結作用。

管棚鋼管對上方圍巖起到一個“傘”狀約束，漿液使土體、圍巖形成一個整體，有效減弱土體或圍巖的坍塌帶來的安全風險，即使圍巖有坍塌的可能性，通過大管棚的約束也變得很緩慢，起到緩沖作用。固大管棚技術對擬制地表沉降是非常合理有效的方法。

3.2 超前小導管支護

長大管棚在曲線和變界的位置施工難度系數較大，且在鉆進過程中鉆頭易出現下偏，因而，為了更好地解決這個問題，就需要在后面工程項目中使用到雙排小導管技術，這項技術是在常規導管上再加一排小導管，加大支護剛度，兩排超前小導管均采用注漿處理，起到加固前端圍巖作用。

超前小導管同樣采用無縫鋼管制作成鋼管花管，但一般超前小導管管徑小于大管棚，一般采用直徑42～48mm 鋼管制作。

3.3 鎖腳錨管技術

為減少基底承載力弱化而引起的初期支護或拱架下沉，需要對初期支護進行加強處理，對初期支護下沉進行約束一般有效的方法是在剛性的初期支護型鋼的柱腳位置搭設縮腳錨管，縮腳錨管按照一定角度進行鉆孔，鉆孔完成后安裝鎖腳錨管，縮腳錨管進行處理，漿液壓入巖層裂隙中起到加固圍巖作用，外露縮腳錨管與初期支護拱架焊接連接在一起等有效限制巖層及初期支護松弛變形。鎖腳錨管一般設置在拱架柱腳兩側。

4 剖析淺埋隧道開挖工法意義

4.1 減少對地表環境影響

隨著城市建設的密集度越來越大，各種建筑的施工空間越來越受限制，如采用明挖工法勢必會對地表建筑物進行大量拆遷及阻斷交通，給人們的生活造成不便及增加經濟損失，采用暗挖法可以有效改善上述問題及減少環境污染等問題。

4.2 降低安全風險，減少經濟損失

淺埋隧道的施工難度大，控制地表沉降及土體坍塌是淺埋隧道研究的重要內容，對各類施工環境的研究采用不同工法設計、施工是保證施工安全的前提，安全保證效益，安全事故造成的經濟損失也是不可估量的，固減少經濟損失也是效益的直接體現。

4.3 提高施工技術，防止地面沉降

隨著工程建設的日益發展，淺埋隧道的工法也日漸成熟，但由于設計的疏漏、施工過程中的差錯，勢必會造成因施工技術帶來的各種安全風險，造成地面沉降、土體坍塌，造成安全事故。

在保證施工安全的前提下，優化施工技術，為施工提供良好、快捷的施工方法、減少對土體的擾動帶來的沉降風險、降低工程造價是技術研究的重要內容。

5 結語

從目前建筑物地下工程施工過程中淺埋暗挖法施工是當前最為常見的類型，在施工過程中采用不同的施工方法。選擇的施工方式中要與工程實際情況相互結合，對施工中可能存在的影響因素進行綜合考量，結合每一種施工技術的特點有針對性的進行選擇是關鍵。結合企業的發展現狀，選擇合適的輔助方法，從而促進工程項目順利進行，將淺埋暗挖法的施工效果作用進行充分發揮，從而有利于促進行業的發展，保證建設項目的正常運行，將各類安全風險降到最低切實保證人民生命財產安全不受損失。