浅埋暗挖隧道通用施工技术浅谈

摘要:本文对中铁建系统采用浅埋暗挖法进行隧道施工所采用的技术进行总结,并对各施工技术适用的范围和原则进行了解释,可用于指导各类浅埋隧道施工。

关键词:隧道施工 浅埋暗挖法 施工技术 适用范围

一、浅埋暗挖方法的定义及其应用

浅埋暗挖方法是在埋深浅的软弱地层中修建隧道的方法,其原理是通过对地层适当加固,提高围岩自承能力,采用短进尺开挖,及时初期支护并封闭成环,使围岩和初期支护结构形成联合支护体系以共同承担施工阶段荷载,在变形基本稳定以后施作二次模筑衬砌,完成隧道开挖及支护施工。

浅埋暗挖法在我国最初是在城市地铁施工时提出的,且该理论技术多用于地铁施工,随着我国高速公路、铁路建设步伐的加快,该施工技术应用范围越来越广,特别在隧道进洞和软弱地层地段,该技术充分发挥了其理论和技术优势。本文对中铁23局集团承建的各类浅埋隧道施工时采取的施工技术进行了总结。

二、浅埋暗挖隧道施工遵循的原则和方法

(一)施工原则

1、按照“新奥法”进行设计和施工,初期支护采用较强的支护手段。

2、先打施作超前支护,后开挖。隧道穿过松软薄覆盖层,围岩自承能力较差。因此必须先打超前锚杆、超前注浆导管或管棚,然后再开挖。支护一段,开挖一段,封闭一段,在确保安全的基础上稳中求快。

(二)开挖方法

1、短进尺。开挖过程中严格遵循短进尺、快循环的原则。上导开挖采用人工风镐等对围岩扰动小的开挖方式,并及时打设超前导管等支护,多次开挖,每次开挖进尺以不超0.5 m为限。

2、快封闭。开挖以后及时封闭,防止围岩进一步风化,提高它的自承能力,开挖后先初喷5 cm厚砼。

3、强支护。按照初喷混凝土架钢格栅支撑挂钢筋网再喷厚度为20 cm混凝土的顺序进行初期支护施工,采取加大拱脚办法以扩大地基的承载能力。为了确保设计意图得到贯彻,环向锚杆的布设,格栅支撑连接布置、上螺栓等在施工中严格按要求进行。

4、勤量测。以量测数据反馈指导施工是“新奥法”的基本出发点。浅埋段施工时应及时埋设各类监测点,设在拱顶、两侧起拱线位置,并里程对应。使整个浅埋段地层都处在严格监测控制中。

三、浅埋暗挖隧道的几种通用施工技术

(一)双侧壁导洞法暗挖技术

双侧壁导洞法是变大跨度为小跨度的施工方法,其实质是将大断面分成多个小断面进行作业,即两侧导洞和中部导洞,导洞尺寸以满足施工开挖为条件。采用双侧壁导洞法施工时,在导洞内按正台阶法施工,当地质情况较差时,上台阶应考虑采用中隔墙法或者环形留核心土法开挖,在施工过程中左右侧导洞开挖时错开的距离不应小于15 m(以15～20 m为宜)以降低两洞在开挖过程中的相互影响,中洞与侧洞开挖时错开的距离不应小于20 m(以20～30 m为宜),而上下台阶之间的距离,可视具体情况而定,一般为3～5 m。

由于开挖多个导洞,地层多次被扰动,会引起地层过大沉降,导洞断面不规则更加大了开挖引起的沉降,所以采用该技术时控制沉降并及时完成支护是隧道工程施工重点关注的项目。

(二)中洞法暗挖技术

中洞法是先开挖整个隧道的中间部分,由于中洞的跨度一般较大,施工中一般采用CD法、CRD法等工法进行施作并应该遵守“小分块、短台阶、早成环、环套环”以及“竖向留坡、纵向错台”的施工原则。在完成中洞的隧道初支后,立即施作该部分的二次衬砌,实现对地层的刚性支撑,施工二衬可以采用洞内逆做法,能较好控制初支沉降变形及保护邻近构筑物。完成中洞施工后再用侧洞法施作其余部分,两侧洞应该对称施工,这样比较容易控制施工引起的地层沉降。

由于中洞施作二次衬砌是先要把顶部防水层做好,在浇筑混凝土时,因施工条件较差及混凝土的收缩,很难做到顶紧初衬结构,采用二衬背后注浆也因结构不封闭,难以达到注浆饱满,因此中洞在侧洞开挖时仍有叠加沉降。

(三)初支和二衬背后注浆技术

施工中增加了初支背后注浆,即在初支施作时在拱部范围内埋设注浆管,当初支封闭成环,封闭段距开挖面一定距离后即进行初支背后注浆,这样不仅对控制沉降有利,同时对防水也有利。

当二衬模筑混凝土施作完成后,由于混凝土的收缩等影响,隧道顶部一般都有月牙形空隙。同时暗挖隧道防水采用的防水板为无钉铺设,混凝土浇筑中会有空腔,混凝土收缩后,防水板与混凝土之间会有小的缝隙。经过二衬背后注浆后,结构防水得到明显改进。

(四)双排小导管超前支护技术

在暗挖隧道围岩极差时,一般采用长管棚支护技术。长管棚施工在隧道内较长时一般要加大施工断面做管棚工作室,而长管棚在曲线和变界面处施工困难,在施作长管棚时往往就出现沉降,有时这种沉降达到4～5 mm,为弥补这些不足,实际施工时可采用了双排小导管技术,即在常规小导管的基础上,再增加一排倾角30°～45°小导管,通过双排小导管注浆,使开挖面外侧形成比单排小导管注浆厚的土体加固层,实践证明这种新型预加固技术可以有效控制沉降变形。

(五)锁脚锚管技术

隧道台阶法开挖时,初支上半断面完成后开挖下断面,该过程中沉降发展最快,控制好这段时间的沉降十分重要。上半断面初支施作时,在拱脚处增加斜向45°,长2.5 m的锁脚锚管,打入土层后注浆,在下部土体开挖时,由于锁脚锚管的作用,上半拱沉降大大缩小。在上下重叠导洞,上导洞底脚做锁脚锚管也十分有效。

四、结语

浅埋隧道施工最不利因素实为围岩自承自稳能力差,上述各类施工技术的运用都是为了尽量减少对围岩扰动,并对围岩进行加固,各类浅埋隧道施工实际施工技术的采用,须结合围岩特性有针对性地采取相应措施,并加强监控量测技术的监控指导作用,及时调整施工技术的采用,才能确保隧道施工在安全的前提下顺利推进。

参考文献:

[1]王梦恕:地下工程浅埋暗挖技术通论[M],安徽:安徽教育出版社,2004

[2]崔玖江:隧道与地下工程修建技术[M],北京:科学出版社,2005