淺埋暗挖隧洞施工

1、緒言由于淺埋段圍巖類型多為雜質(zhì)回填土、全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化土層以及殘積層土堆積，隧洞土體開挖面附近產(chǎn)生應(yīng)力重分布，土體抗剪力內(nèi)切角與膠體凝結(jié)強(qiáng)度小，在滲漏裂隙水的作用下，塊體失重，極易坍塌、掉塊，致使水工隧洞掘進(jìn)具有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性和施工技術(shù)難度也較大。淺埋暗挖法是參考新奧法的基本原理，開挖中采用多種輔助施工措施加固圍巖，充分調(diào)動(dòng)圍巖的自穩(wěn)能力，開挖后及時(shí)支護(hù)，封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系，有效的抑制圍巖過大變形的一種綜合施工技術(shù)。第一節(jié) 淺埋暗挖法施工技術(shù)特點(diǎn)一、圍巖變形波及地表淺埋隧道施工中開挖的影響將波及地表。為了避免對(duì)地面建筑物及地層內(nèi)埋設(shè)的線路管網(wǎng)等的破壞，保護(hù)地面自然景觀，克

2、服對(duì)地上交通的影響，更好的適應(yīng)周圍環(huán)境的要求，必須嚴(yán)格控制地中及地表的沉陷變形。在變形量方面，不僅由于開挖直接引起圍巖的沉降變形，還應(yīng)計(jì)入由于圍巖的作用引起支護(hù)體系的柔性變形及施工各階段中基礎(chǔ)下沉變位而引起的結(jié)構(gòu)整體位移。與變形量相對(duì)應(yīng)而存在的地層塑性區(qū)的發(fā)展，除了對(duì)周圍環(huán)境的影響外，還削弱了圍巖的穩(wěn)定能力，使施工更加困難。二、要求剛性支護(hù)或地層改良與深埋隧道可以給支護(hù)以適量變形不同。淺埋暗挖法施工時(shí)，其支護(hù)時(shí)間要盡可能提前，支護(hù)的剛度也應(yīng)適當(dāng)加大，以便抑制地中及地表的變形沉陷。除必須選用適當(dāng)?shù)拈_挖方法，支護(hù)方式及施工工藝外，還經(jīng)常采用對(duì)前方圍巖條件進(jìn)行改良及超前支護(hù)等作為控制地層沉降變形的基

3、本措施。三、通過試驗(yàn)段來指導(dǎo)設(shè)計(jì)及施工由于周圍環(huán)境及隧道所處地段地質(zhì)的復(fù)雜性，往往需要選取地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)情況有代表性的一段工程作為試驗(yàn)段。在做出包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方案、試驗(yàn)及量測計(jì)劃的設(shè)計(jì)后，先期開工。對(duì)施工過程中引起地中及地表沉陷變形情況、支護(hù)結(jié)構(gòu)及圍巖應(yīng)力狀態(tài)、對(duì)地面環(huán)境的影響程度等情況進(jìn)行觀察、量測、分析和研究。試驗(yàn)段施工中所取得的數(shù)據(jù)，還可以用反分析方法獲得更符合實(shí)際的圍巖力學(xué)參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行力學(xué)分析計(jì)算。通過對(duì)試驗(yàn)段施工的研究分析，除進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工方案外，還對(duì)量測數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證。第二節(jié) 開挖方法及支護(hù)方式我參與的某引水工程主洞（K11+880K11+920段）自某沖溝

4、下穿過工程開工前通過對(duì)主洞（K11+880K11+920段）拱頂進(jìn)行固結(jié)灌漿，發(fā)現(xiàn)該河段地表下4米為流沙及淤泥層，4米以下至拱頂部分為強(qiáng)風(fēng)化泥巖層，由于長期浸泡在水中，泥巖已十分軟弱，滲水性強(qiáng)，不易成孔；同時(shí)采用套管鉆孔進(jìn)行固結(jié)灌漿，由于主洞拱頂距離沖溝河底全部覆蓋層僅8米，河水較易滲透至隧洞中，由于主洞開挖面距離斜井出口較遠(yuǎn)，給洞內(nèi)排水帶來較大困難。淺埋暗挖法施工隧道工程時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、圍巖情況、環(huán)境要求以及施工單位的自身?xiàng)l件等，選擇適宜的開挖方法及掘進(jìn)方式。必要時(shí)，應(yīng)通過試驗(yàn)段進(jìn)行驗(yàn)證。一、土洞開挖方式本工程由于覆蓋層較薄，地下水豐富，施工為盡量減少對(duì)周圍土體的擾動(dòng)，采用了分上下臺(tái)階，

5、挖掘機(jī)配合人工開挖的方式。 在暗洞外圍維護(hù)項(xiàng)目施工完成后，即可進(jìn)行暗洞進(jìn)洞施工。隧道掘進(jìn)擬采用小型挖掘機(jī)進(jìn)行主體開挖，擴(kuò)幫部分則采用人力風(fēng)鎬掘除，每循環(huán)進(jìn)尺總體控制在1m。洞口段可適當(dāng)縮短進(jìn)尺長度，以使薄弱的洞口段盡早封閉，確保安全。開挖分臺(tái)階進(jìn)行，先用小型挖機(jī)挖上臺(tái)階核心土層，不出碴，后人工站立于上臺(tái)階風(fēng)鎬或尖嘴鋤擴(kuò)挖上臺(tái)階至設(shè)計(jì)開挖輪廓，然后挖機(jī)再挖下臺(tái)階墻部土體，擴(kuò)挖仍用人工掘除到位。出碴在短距離內(nèi)（隧洞進(jìn)尺510m范圍內(nèi)）采用小型挖機(jī)裝碴，倒運(yùn)至襯砌洞口，再翻碴至運(yùn)輸車輛上外棄。距離超過上述規(guī)定后，則由挖掘機(jī)翻松土層后，運(yùn)輸汽車退進(jìn)至掌子面，人工裝碴至汽車上外運(yùn)?？紤]到土質(zhì)地

6、基易被水浸泡液化，要求地基層用塊片石鋪墊，便于車輛及人員進(jìn)出。隧道開挖完成后，及早進(jìn)行支護(hù)施工?？紤]到開挖后。出碴時(shí)間會(huì)較長，可考慮用小型挖機(jī)將碴體扒離掌子面一定距離后，即將支護(hù)材料如鋼架等運(yùn)至洞內(nèi)支立，而出碴與洞內(nèi)支護(hù)同步進(jìn)行，盡可能縮短出碴時(shí)間，如能做到出碴與洞內(nèi)支護(hù)同步進(jìn)行最為理想。二、支護(hù)方式淺埋暗挖法施工的隧道多采用復(fù)合式襯砌。支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)可分為三種情況：初期支護(hù)承受全部荷載，二次支護(hù)（內(nèi)層襯砌）僅作為安全貯備；初期支護(hù)與二次支護(hù)共同承擔(dān)荷載；初期支護(hù)僅作為施工期間的臨時(shí)支護(hù)，二次支護(hù)作為主要承載結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工方法及支護(hù)方式，輔助施工方法等進(jìn)行綜合研究，并經(jīng)試驗(yàn)段進(jìn)行驗(yàn)

7、證。在施工過程中根據(jù)量測數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行改善。對(duì)于地下水豐富的淺埋隧道，應(yīng)采用洞內(nèi)井點(diǎn)降水和周邊圍巖注漿等措施來改善施工條件。在地表允許的情況下，也可結(jié)合深井降水和地面預(yù)注漿堵水等措施進(jìn)行水的綜合治理，以減少水的危害，確保施工的安全和圍巖的穩(wěn)定。根據(jù)工程實(shí)際情況，并經(jīng)過試驗(yàn)段驗(yàn)證，對(duì)于土類支護(hù)主要以采用固結(jié)灌漿+鋼拱架+鎖腳錨桿+超前注漿小導(dǎo)管+系統(tǒng)錨桿+鋼筋網(wǎng)片+排水孔+噴射混凝土支護(hù)。開挖完成后，即進(jìn)行支護(hù)施工。支護(hù)參數(shù)初定如下：鋼架：縱向榀間距0.4m，由于土層不穩(wěn)定，地板超挖78cm，采用I18工字鋼制作成弧形，與上部鋼支撐焊接成整體，然后采用C20混凝土回填封閉。鋼架縱向連接筋采用25螺

8、紋鋼筋，環(huán)向間距0.5m。42超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)：小導(dǎo)管單根長3.5m，環(huán)向間距30cm，每環(huán)布置根，縱向排距0.4m，小導(dǎo)管緊貼鋼架外輪緣朝前鉆進(jìn)，外插角宜控制在15°以內(nèi)，外露尾端焊接于鋼架上,形成連接整體后注漿。徑向錨桿：采用25砂漿錨桿，長度3.3m，環(huán)向間距0.5m，縱向間距0.5m，錨桿也緊貼鋼架徑向打入，并將其外露部分與鋼架焊接成整體。此處特別應(yīng)注意鎖腳錨桿的加強(qiáng)設(shè)置，在拱墻腳可采用夾焊鋼架的方法進(jìn)行處理，充分發(fā)揮鋼架的支護(hù)能力。鋼筋網(wǎng)：采用8網(wǎng)片，網(wǎng)格間距20×20cm。網(wǎng)片可在洞外加工成小片，洞內(nèi)施工時(shí)，鋪于鋼架上焊接成型。噴砼：C20號(hào)，每一循環(huán)進(jìn)尺開挖

9、完成后，立即初噴5cm 厚C20混凝土封閉，既便于隨時(shí)觀察圍巖的穩(wěn)定性，同時(shí)也能通過封閉臨空面，使圍巖發(fā)揮自身成拱維持穩(wěn)定的作用。完成初期支護(hù)后，進(jìn)行第二次20cm厚C20混凝土噴護(hù)，噴砼工作是將鋼架、小導(dǎo)管、系統(tǒng)錨桿和網(wǎng)片連接成整體的最終工作，要求按設(shè)計(jì)和配合比嚴(yán)格施工，確保初期支護(hù)的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。三、施工排水 為同步對(duì)洞口段排水系統(tǒng)進(jìn)一步完善，做好排水工作，確保山坡上方地表水不淌至洞內(nèi)，特別是明洞口的截水橫溝和臨時(shí)集水池應(yīng)盡快施做。將圍巖滲水及裂隙水收集匯流有組織地排出洞外,如裂隙水較大要采取止水措施。由于洞內(nèi)地下水較多，地下水對(duì)本隧洞的結(jié)構(gòu)安全和施工安全均構(gòu)成不利影響，故施工時(shí)

10、更應(yīng)加強(qiáng)排水工作,洞內(nèi)外均應(yīng)設(shè)置集水池集中排水，避免由于水浸泡對(duì)圍巖和基底的弱化產(chǎn)生的滑塌現(xiàn)象。本工程淺埋暗挖段多位于強(qiáng)風(fēng)化泥巖層中，地下水十分豐富，泥巖遇水易軟化形成淤泥。為了保證施工正常進(jìn)行，減少隧洞開挖過程中因底板軟化導(dǎo)致施工機(jī)械無法運(yùn)行情況的發(fā)生，沿斜井軸線開挖降水坑，間距50m（實(shí)際間距根據(jù)施工現(xiàn)場情況確定）。降水坑具體做法：寬3.9m，長2.0m，深1.5m，側(cè)壁采用25cm厚C20混凝土襯砌，為了方便施工機(jī)械和工人通行，采用間距30cm的18#工字鋼橫跨坑口， 25200鋼筋焊接在工字鋼底部使其形成整體，工字鋼面層焊接5mm鋼板，鋼板上焊接8200鋼筋防滑，在坑口頂四周安裝一排間

11、距50cm，長50cm的,50pvc排水管。第三節(jié) 控制沉陷變形及防塌一、現(xiàn)場監(jiān)控量測在淺埋暗挖法施工中將現(xiàn)場監(jiān)控量測作為一道工序來進(jìn)行。應(yīng)使施工現(xiàn)場每時(shí)每刻均處於監(jiān)控之中，以確保工程安全及控制沉陷變形。量測項(xiàng)目包括!（必測）和"（選測）兩類?，F(xiàn)場量測數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)繪制成位移時(shí)間曲線（或散點(diǎn)圖）。曲線的時(shí)間橫坐標(biāo)下注明施工工序和開挖工作面距量測斷面的距離。當(dāng)曲線趨于平緩時(shí)，應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或回歸分析，以推算基本穩(wěn)定時(shí)間、最終位移值，掌握位移變化規(guī)律。根據(jù)量測管理基準(zhǔn)及隧道施工各階段沉陷變形控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工管理。當(dāng)量測值超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)研究超標(biāo)原因。必要時(shí)對(duì)已作支護(hù)體系進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)及改進(jìn)施工工藝。

12、當(dāng)曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)，即位移數(shù)據(jù)出現(xiàn)反常的急劇增長現(xiàn)象時(shí)，表明圍巖與支護(hù)已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測和立即對(duì)支護(hù)體系補(bǔ)強(qiáng)，必要時(shí)應(yīng)立即停止向前開挖及采取穩(wěn)定工作面的措施以確保施工安全。經(jīng)妥善處理后，才能繼續(xù)向前施工。該隧道設(shè)置了支護(hù)狀態(tài)目測觀察、周邊收斂位移、拱頂下沉及洞口地表沉陷四項(xiàng)圍巖量測項(xiàng)目。測點(diǎn)沿開挖輪廓布置5 個(gè)測點(diǎn)（見下圖），其中拱頂處設(shè)置1點(diǎn)，拱頂下1.5m設(shè)置2點(diǎn)，拱頂下3.0 處設(shè)置2點(diǎn)，其中拱部測點(diǎn)為測量拱頂下沉之用，使用精密水平儀和水準(zhǔn)尺進(jìn)行；下面2組水平測點(diǎn)為測周邊位移收斂之用，使用SWJIV型收斂儀；壓力盒進(jìn)行地表下沉量測。測點(diǎn)集中設(shè)在隧道中線地表處，與洞內(nèi)測點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)。圖

13、3.1 圍巖量測測點(diǎn)布置圖二、量測管理基準(zhǔn)及施工各階段沉陷變形控制標(biāo)準(zhǔn)的建立施工中主要采用位移量測數(shù)據(jù)作為信息化管理目標(biāo)。管理基準(zhǔn)值應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的特定條件來制定。當(dāng)?shù)孛娼ㄖ?duì)地層沉陷敏感時(shí)，采用控制沉陷的多種措施（包括改善圍巖條件等）不易達(dá)到要求或極不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可以同時(shí)采取結(jié)構(gòu)加固的措施，并建立相應(yīng)的基準(zhǔn)值。隧道施工量測數(shù)據(jù)管理基準(zhǔn)值應(yīng)細(xì)化為各施工階段控制標(biāo)準(zhǔn)。控制標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值一般應(yīng)分為三個(gè)控制水平。I級(jí)為安全值（相應(yīng)安全系數(shù)為以上），II級(jí)為警戒值（安全系數(shù)為），III級(jí)為危險(xiǎn)值（安全系數(shù)1.1左右）。施工中量測數(shù)值處于III級(jí)時(shí)，一般應(yīng)立即停止向前掘進(jìn)，補(bǔ)強(qiáng)已有支護(hù)體系使已施工地段迅速穩(wěn)定，并研究改進(jìn)向前施工的方案。結(jié)語通過采用上下導(dǎo)坑開、小型挖掘機(jī)配合人工開挖，小導(dǎo)管超前加固圍巖及工字鋼與網(wǎng)噴錨聯(lián)合支護(hù)，量測監(jiān)控圍巖狀態(tài)及仰拱緊跟下導(dǎo)