隧道施工技术中浅埋暗挖法和地面沉降控制的相关研究.pdf

与 建 材装 饰2014 年 6 月 隧道施工技术中浅埋暗挖法和地面沉降 控制的相关研究 贺俊付 （中铁十七局集团第一工程有限公司） 摘要： 本文介绍浅埋暗挖法施工原理， 并分析该技术的施工要点， 最后提出该施工技术使用中的地面沉降控制措施， 为今后的隧道施工提供参考。 关键词： 隧道； 浅埋暗挖； 地面沉降； 开挖； 支护 中图分类号： U455.4文献标识码： B 文章编号： 1673-0038 （2014） 24-0201-02 在浅埋地段的隧道施工中， 受自然环境的影响， 多采用浅埋 暗挖法施工， 该施工技术参考新奥法的基本原理， 采取多种辅助 措施加固围岩， 提高围岩的承载能力， 在开挖后形成支护体系， 封闭成环， 支护体系与围岩的共同作用下保证隧道施工的安全。 1 浅埋暗挖法施工原理 浅埋暗挖法就是在第四纪软弱地层中修建隧道，其原理为： 首先对地层进行适当的加固和处理， 调整围岩的承载能力， 然后 采用短进尺挖掘方法开挖， 及时施作初期支护结构并封闭成环， 使围岩和初期支护结构形成一个联合支护体系，承担施工阶段 的全部荷载， 将变形控制在一定范围内。当变形基本稳定后施作 二次模筑衬砌， 完成隧道施工。由于自然环境变化多样和地层条 件的复杂性， 采用浅埋暗挖法施工时必须加强地层、 支护体系、 周围建筑物等动态监测，根据监测信息适当调整施工方案和施 工技术， 确保安全施工， 规避安全生产事故。 2 浅埋暗挖法施工技术要点 2.1 开挖方法 浅埋暗挖法施工中， 应根据工程特点、 围岩情况、 自然环境要 求、 施工单位能力等选择合适的开挖方法和掘进方法， 必要时需 要经过相关验证方能进行。目前， 隧道施工中常用的开挖方法是 台阶法， 在山岭隧道工程中采用正台阶法； 在城市以及附近地区 采用上台阶分部开挖法或短台阶开挖法；在大断面的城市隧道 工程中采用中隔墙台阶法、 单侧壁导坑法或双侧壁导坑法施工； 在城市地铁车站、 地下停车场等多跨隧道工程中采用柱洞法、 侧 洞法或中洞法施工。当浅埋隧道断面较大时， 不宜采用全断面开 挖方法。施工中应尽量减少对围岩的扰动， 优先采用掘进机或人 工开挖。当采用爆破开挖时， 应尽量采用弱爆破、 短进尺方式， 并 在必要时监控爆破振动情况， 将爆破进尺控制在 1m 范围内。 2.2 支护体系 浅埋暗挖施工中， 支护时间应尽可能提前， 加大支护刚度， 控 制地面变形沉陷。除了必要的支护体系外， 还需要改善前方的围 岩条件， 采取超前支护方式， 控制地层沉降变形。一般来说， 隧道 工程中的浅埋暗挖施工多采用复合式衬砌，支护体系设计分成 三种情况： 初期支护承受施工阶段的全部荷载， 二次支护作为备 用支护体系， 其与初期支护共同承载荷载， 初期支护为施工阶段 的临时支护体系， 而二次支护则为主要的承载结构。在设计过程 中， 将结构设计、 施工方法、 支护体系与辅助施工方法结合起来 综合考虑， 并进行必要的试验段验证， 确定支护体系。一般来说， 初期支护主要有喷、 锚、 钢架、 网格构架四种组成型式。对于浅埋 的软弱地层而言， 锚杆作用不大， 尤其是顶部锚杆， 多因作用不 明显而被取消， 采用刚度较大的初期支护体系， 采用喷射钢纤维 混凝土替代网喷混凝土， 既加快支护进度， 也提高支护效果。 2.3 辅助施工方法 辅助施工方法是针对不良地层提出的， 一般需要根据实际工 程情况确定选择的辅助施工方法是否合理，选择合理的辅助施 工方法对于施工安全、 质量、 工程造价都有较大影响。在考虑地 质情况的基础上优先选择简单的辅助施工方法或同时选用集中 辅助施工方法， 加固地层， 确保施工安全和施工质量。 3 浅埋暗挖施工中的地面沉降控制措施 隧道施工中采用浅埋暗挖施工技术时， 埋深浅、 覆盖层薄， 为 避免对地层、 地面周围建筑物、 地层埋设管线以及路面交通产生 破坏和影响， 必须严格控制施工中的地面沉降变形。在变形量的 考虑中， 不仅要考虑开挖带来的围岩沉降变形， 还要考虑围岩作 用引起的支护体系变形以及施工各阶段中基础下沉带来的结构 位移。某单位对西安地铁一号线浅埋暗挖隧道施工的地面沉降 问题进行分析， 发现产生沉降的原因主要有三个： 淤隧道开挖带 来的土体扰动， 打破了土体原有的结构平衡， 土地自稳中产生固 结。于隧道工程的地下水多为地下土体裂隙潜水， 而隧道开挖造 成土体的失水情况， 进而引起部分土体的固结沉降现象。盂地下 管线的渗漏致使黄土发生湿陷性沉降。由此可以看出， 浅埋暗挖 法施工过程中， 要想保证施工的安全， 减少地面沉降， 必须从开 挖方法、 超前支护、 辅助措施等角度着手， 从施工的各个环节着 手， 控制地面沉降。 3.1 开挖控制 开挖阶段控制地面沉降的措施主要有： 根据隧道断面的形式 交通建设 201 与 建 材装 饰2014 年 6 月 和围岩的类型采取正确的开挖方法， 如： 台阶法、 CD 法、 CRD 法 等。 各个开挖面不宜相距过远， 应将距离控制在 35m 范围内， 同 时减少土体暴露时间， 提高开挖效率， 尽量支护成环。开挖前， 对 掌子面做好超前注浆加固， 根据地层条件调整小导管、 格栅支护 的参数以及注浆参数， 确保注浆效果， 最大限度提高土体的自稳 性。轮廓开挖必须采用人工开挖方法， 避免超挖现象的出现， 同 时减小隧道开挖步距， 挖多少支护多少， 保证施工安全， 控制地 面沉降。 3.2 改善土体特性 对隧道开挖周边的土体进行局部加固处理， 一方面保证开挖 过程中自然拱的形成， 一方面改进土体特性， 促使其往好的方面 转化。一般来说， 采用深层注浆和超前注浆可以加固土体， 改善 土体特性， 根据土体性质选择合适的浆液， 既可以是纯水泥浆也 可以是双液浆， 另外， 必要时可采用化学浆液， 并辅助其他改善 土体措施， 起到良好的土体特性改善效果。 3.3 适度排放地下水 地下水排放会导致上覆地层乃至隧道工作面附近地层强度 和刚度大幅度增大， 确保施工安全， 避免地面沉降现象的出现。 但是， 砂层、 砾层等特殊地层中过度抽取地下水会导致上覆地层 的超固结， 进而引起大范围内的地面沉降现象。因此， 使用排放 地下水措施时必须适度， 尽量减少地下水的配方量， 根据止水帷 幕或旋喷桩等措施阻绝地下渗水通道，在地表或洞中注浆封堵 部分地下水的上涌。当采取地表或洞内降水排水措施时， 应缩短 排水时间。在掌子面开挖过后， 及时采取掌子面注浆等措施稳定 工作面， 并停止排水。 3.4 初支背后注浆控制 根据地面沉降现象，对初支二次注浆管进行背后补充注浆， 在无水情况下直接关注水泥砂，在有水情况下注射水泥液或双 液浆， 具体的配合比应依据现场的漏水情况和试验确定， 将注浆 压力控制在 0.5MPa 范围内， 注浆量则依据现场的溢浆情况和注 浆压力确定。西安地铁一号线是超浅埋隧道， 经过区间试验， 二 次注浆取得良好抑制地面沉降效果。隧道开挖后又采取及时的 初支背后注浆措施， 填充初支背后的空隙， 且浆液凝固后仍保持 一定的压力， 起到补充开挖面附近地层应力损失效果， 达到地层 整体应力平衡， 缩短地层应力的调整时间， 减少地面沉降。 3.5 选择合适施工方法 为有效控制地面沉降，采用台阶法时预留成型的核心土， 台 阶长度应根据地层情况确定。地层越软， 则台阶越长， 但具体长 度还要依据现场的实际情况经过分析研究后确定。为促使开挖 分部及早闭合， 上台阶一般需要增设临时仰拱， 并在特殊地段的 上台阶增设钢支撑喷硷。实践证明， 采用该方法施工能有效减缓 地面沉降的发展速度。 3.6 提高施工效率 提高施工效率也就是缩短各个工序的施工时间， 从而有效控 制地层应力释放， 将地层内部的变形调整到最小。 3.7 施工监控测量 施工监控测量是浅埋暗挖法施工中的重要环节， 是确保施工 的安全的重要措施， 必须保证监控测量数据的准确性， 真实记录 监控数据， 以便做好施工现场管理。一般来说， 施工监控测量项 目有： 支护状况、 地表沉降、 拱顶下沉、 底部隆起、 净空收敛、 建筑 物变化、 地下管线变化、 桩位移、 土层位移、 围岩压力、 主筋内力、 钢支撑轴力等。监控测量人员每日整理监测数据， 填写日志表， 形成日变化数量和累计变化值，并将其录入计算机数据库系统 中， 绘制周变形与时间、 应力、 进尺等的关系曲线， 当出现异常曲 线时， 说明围岩、 支护体系呈现不稳定状态， 立即加强监视和保 护， 必要时停工。监控测量的关键是控制地面沉降， 应根据工程 实际情况布设合理监控网， 加强变形监测， 合理处理监控数据， 计算分析实际沉降状况， 从而采取合适措施控制地面沉降， 保证 施工的安全性。 4 结束语 随着社会经济的快速发展， 隧道工程质检增多， 而浅埋暗挖 法则应其特有的优势而被广泛应用于城市隧道工程施工中， 既 能保证地面交通的顺畅， 又能保证地下管线的正常使用， 还能减 少对环境的污染。本文简单介绍该施工技术的要点和地面沉降 控制措施， 望同行指正。 参考文献 1卜晓斌.大跨度地铁浅埋暗挖法施工技术J.铁道标准设计， 2010 （3） ： 105108. 2杨军峰， 潘淡浓.浅埋暗挖法隧道施工技术及其地面沉降控制J.中国 水运 （理论版） ， 2008， 6 （1） ： 11011