浅埋暗挖技术在地下工程中的应用

　　摘要：浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。由于造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点，浅埋暗挖法在全国类似地层和各种地下工程中得到广泛应用。本文介绍了浅埋暗挖技术的施工原理、适用范围和优缺点，分析了浅埋暗挖在隧道工程中的选择应用，总结了施工中的防水和沉陷控制措施。

　　关键字：浅埋暗挖,地下工程

　　一、浅埋暗挖技术概述

　　(一)浅埋暗挖技术原理

　　浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理，创建了信息化量测设计和施工的新理念;采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系，初期支护按全部承担基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备;初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。

　　(二)浅埋暗挖法优缺点

　　浅埋暗挖法施工的缺点：施工速度慢，喷射混凝土粉尘多，劳动强度大，机械化程度不高，以及高水位地层结构防水比较困难。优点：灵活多变，对地面建筑、道路和地下管线影响不大，拆迁占地少，不扰民，不污染城市环境等优点。浅埋暗挖法施工成本(城市地下工程)较明(盖)挖法、盾构法低。

　　(三)浅埋暗挖法适用范围

　　浅埋暗挖法是在软弱围岩浅埋地层中修建山岭隧道洞口段、城区地下铁道及其他适于浅埋结构物的施工方法。它主要用于不宜明挖施工的土质或软弱无胶结的砂、卵石等第四纪地层，修建覆跨比大于0.2的浅埋地下洞室。对于高水位的类似地层，采取堵水和降水等措施后也适用。尤其对于结构埋置浅、地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，且对地面沉降要求严格的都市城区，如修建地下铁道、地下停车场、热力与电力管线，这项技术方法更为适用。

　　(四)浅埋暗挖法施工的辅助措施

　　浅埋暗挖法的辅助施工措施较多，选择合理与否直接影响工程进度、施工安全和工程成本。常用的有：

　　⑴环形开挖留核心土。

　　⑵喷射混凝土封闭开挖工作面。

　　⑶超前锚杆或超前小导管支护。

　　⑷超前小导管周边注浆加固地层。

　　⑸设置上半断面临时仰拱。

　　⑹深孔注浆加固地层。

　　⑺长管棚超前支护或注浆加固地层。

　　⑻水平旋喷法超前支护。

　　⑼地面锚杆或高压旋喷加固地层。

　　⑽降低洞内、洞外地下水位。

　　二、浅埋暗挖在隧道施工中的应用

　　浅埋暗挖法在隧道施工时, 主要有台阶法、 全断面法、 分步开挖法、中隔壁发法、交叉中隔壁法、双侧壁导坑法等十几种方法。选择合适开挖方式对于发挥围岩的天然承载力、保持支护系统的稳定以及控制路面和周边建筑物的沉降等都有较大影响, 选择开挖方式时, 应该考虑到以下几点。

　　(1) 围岩类别、隧道的埋深、地下含水层分布和水位变化范围等关于地道围岩自稳性的问题。

　　(2) 隧道的长度、断面形状和尺寸、地道的线型等关于工程规模的问题。

　　(3) 地表的设施状况, 对地表的沉降量及周边建筑物和管线的变形位移的容许值等关于环境要求的问题。

　　(4) 机械设备和工期等关于施工条件的问题。

　　由于地下工程在勘测时要对地质做出精确的判断, 所以应该根据工程的特点、围岩的情况、环境的要求以及施工单位自身条件等, 选择合适的开挖工艺和掘进方式,必要时还应该经过试验段进行验证。

　　(一)全断面法

　　全断面开挖是一次开挖成形的施工工艺，全断面开挖施工工艺循环进尺必须根据隧道断面、围岩地质条件、机械设备能力、爆破振动限制、循环作业时间等情况合理确定。全断面法适用于铁路客运专线隧道的Ⅰ～Ⅱ级围岩地段，Ⅲ级围岩单线隧道、Ⅲ级围岩双线隧道采取了有效的预加固措施后，亦可采用全断面开挖施工工艺。施工流程为：施工测量——多功能台架就位——钻孔——装药——起爆———通风——出碴——支护。

　　(二)台阶法

　　台阶法施工就是将结构断面分成两个和几个部分，即分成上下两个工作面或几个工作面，分部开挖。根据地层条件和机械配套情况，台阶法又可分为正台阶法、中隔壁台阶法等。正台阶法开挖优点很多，能较早地使支护闭合，有利于控制围岩其结构变形及由此引起的地面沉降。上台阶长度(L)一般控制在1～1.5倍洞径(D)，根据地层条件可选择两部或多部开挖法。

　　(三)中隔壁法

　　中隔壁法应先施工隧道的一侧，施作中隔壁墙后再施工隧道另一侧，中隔壁应设置为弧形。中隔壁法设置临时仰拱时，临时仰拱宜设为弧形，各部施工应步步成环。开挖时，同层左、右两侧沿纵向应错开10~15m，单侧开挖应采用短台阶，台阶长度3-5m。开挖循环进尺不宜大于初期支护钢架设计间距。各分部宜采用机械开挖，周边轮廓应圆顺，避免应力集中。

　　(四)交叉中隔壁法

　　交叉中隔壁法又称CRD法。采用CRD法预留核心土的方法，将大断面隧道分成4个相对独立的小洞室分部施工。CRD工法自上而下，分块成环，随挖随撑，及时做好初期支护。并待初期支护结构的拱顶沉降和收敛基本稳定后，自上而下拆除初期支护结构中的临时中隔壁墙及临时仰拱，再进行施工。CRD法适用开挖跨度较大，对围岩沉降变形控制严格，采用CRD法开挖，开挖的每一步都各自封闭成环，兼有台阶法和双侧壁导坑法的优点，有利于围岩稳定，保证施工安全。

　　三、浅埋暗挖施工中的控制

　　(一)浅埋暗挖中的防排水控制

　　通常浅埋暗挖法采用复合式衬砌结构，在初期支护与二次衬砌之间铺设防水隔离层，再铺之以二次衬砌防水混凝土，组成两道防水线，采用以防为主，不给排出的原则。这种防水结构在无水或少水地层是可行的; 但在富水地层表现出很大的不合理性。在富水地层，防排水设计时不能将水“ 堵死”，应在一、二次衬砌之间预留水的出口，并采用排、回灌相结合的防排水原则。初次支护相对于地层具有一定的渗透性，将有利于地层中孔隙水压力尽快恢复，且可大大减少地层的长期变位，有利于减少隧道开挖对环境的影响。

　　采取全包防水方式即以结构自防水为主，外防水、附加防水为辅的施工方案，重点抓好结构自防水混凝土施工质量，关键处理好施工缝、变形缝、穿墙管、结构预留孔等薄弱环节的防水质量，使隧道防水施工取得了良好的效果，保证隧道工程质量和施工安全。

　　在这里介绍一种ECB夹层防水施工法。ECB夹层防水施工法因侧洞法暗挖施工的顺序为先两边洞初支、二衬,再施工两侧洞初支、二衬,最后施工中洞初支及二衬结构,所以必须制定适合于结构施工顺序的防水施工工艺。洞与洞连拱处防水层留出除必要的长度外,还需固定安装保护防水层的钢板(实际采用双层瓦楞铁)。施工工艺流程为:标定高程--基面处理--固定安装双层瓦楞铁--铺设无纺布缓冲层--固定塑料园垫片--铺设ECB防水层。

　　(二)浅埋暗挖中的地表沉降控制

　　施工时为避免隧道拱部覆盖层自承载力差,造成隧道拱部下沉,施工应按“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则施工。采用短开挖法,加强超前支护和初期支护,最大限度地减少对围岩的扰动,减少地面沉降、围岩变形和保护围岩的天然承载力，加强背后回填注浆。在施工中地表和洞内每隔5 m布设一观测断面,加强量测工作。

　　(1)对工程及水文地质情况、沉降槽范围内地面及地下建筑物及其对各种变形的敏感度等情况进行调查 ,根据具体的施工方法 ,制定最终沉降值控制标准和各分部的地面沉降三级警戒值。

　　(2)为保证浅埋暗挖法施工取得较好的效果 , 应为其创造洞内无水和掌子面稳定的条件。地层注浆具有加固地层和阻水的双重作用 ,因此设计时应综合考虑。有时为了有效地阻水 ,可在隧道开挖范围以外进行帷幕注浆和在隧道内合理选择超前小导管注浆 ,以保证加固地层和堵水效果 。

　　(3)在施工中综合运用初期强支护技术、大管棚、小管棚及锚杆预支护技术,以发挥综合技术效应。

　　(4)大管棚的支护作用是通过承载效应、锚固效应和固结效应来实现的;小导管的作用是固结和承载;在黏土地层中,土颗粒结合紧密,通常注浆加固效果不理想,这时可沿开挖轮廓线采用锚杆预加固。

　　(5)控制拱部和拱脚的稳定性是有效减小地表沉降的重要措施。 其中拱背注浆是向开挖轮廓线与初期支护结构之间的空隙内压注填充浆液,注浆过程中一定要控制好注浆压力,不要对结构造成破坏。

　　(6)坚持信息化施工的原则,通过完善的监控量测系统,及时获得地层和结构动态的应力应变信息,以地表沉降作为控制指标来调整设计和施工参数,确保洞内施工安全,确保地面建筑物、构筑物和地下管网的正常使用和安全。

　　(7)在某些含水砂层范围较大,水压又相对较高的地段,可以考虑采取一些特殊的注浆加固措施(如使用某些性能较好的超细类水泥，水压较大时可考虑使用硫铝类速凝、遇水不分散超细水泥)以及在必要时采用聚氨酯类有机加固堵水材料。

　　结论：

　　采用浅埋暗挖法施工时，根据地表沉降要求、地层条件及开挖断面大小，确定施工方法。

　　浅埋暗挖隧道施工中做好防排水控制，在少水层采用在一、二次衬砌之间设隔离层的方式，在富水层采用预留出水口的方式，此外要处理好施工缝、变形缝、穿墙管、结构预留孔等薄弱环节的防水。

　　浅埋暗挖隧道施工中必须加强超前地质预报和监控量测,并根据量测结果,采用综合施工技术,控制地表建筑物沉陷。

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