浅埋暗挖地铁隧道机械开挖施工技术 高杨

发表时间:2020/5/6   来源:《基层建设》2020年第2期   作者:高杨
[导读] 摘要:伴随着城市化的发展进程,城市地铁隧道工程越来越多。
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        摘要:伴随着城市化的发展进程,城市地铁隧道工程越来越多。城市地下隧道工程多处于人口密集区、交通要道等,因受环境的限制,不可避免地要在各种复杂的环境下修建大量的浅埋暗挖隧道。在施工中如果对在周围的岩石不产生一些干扰是不可能的,如果出现对岩石的干扰情况,地层会发生一定程度的形变,对建筑物以及地下埋设的一些管线和设备都会形成重要影响,因此为了降低对其他的一些建筑物造成沉降或变形的问题,需要通过特殊的挖掘方式进行施工,其中浅埋暗挖就是其中一种可行方式,下面文章将会对方式进行详细分析和探讨。
        关键词:城市;浅埋暗挖;隧道开挖;施工技术
        近几年,随着地下工程的发展,浅埋暗挖法得到了广泛的应用。特别是在城市地下工程中,浅埋暗挖法凭借其灵活经济、适应性强的特点,已成为城市地下工程中重要的施工方法之一。但由于浅埋隧道埋深浅,围岩风化程度高,自稳性较差,施工难度较大。在城市中,隧道施工更受到地面建筑物、管线等各种复杂因素的制约,施工难度就更大了。稍有不慎,就有可能发生地表的塌陷、地表建筑物的损坏等,造成人员伤亡或经济损失,严重影响人民的生活和社会的稳定。
        浅埋暗挖法是借鉴新奥法的基本原理,在开挖过程中充分发挥围岩的自承能力,并采用多种支护措施加固围岩,开挖后立即进行支护,使支护与围岩形成一个联合支护体系,有效地保护开挖结构。
        1浅埋暗挖法
        我国的浅埋暗挖法从我国的地铁工程项目中发展而来,我国与1936年正式使用这种施工方式,从新奥法的基础上发展而来,在实际的施工中具备非常强的实用性,同时对地铁工程的质量能够起到良好保证工作。虽然新奥法通过发挥之后形成了浅埋暗挖法,但是从具备情况来分析,这两种方式存在着非常大的不同点,浅埋暗挖法一般是在一些松散类的土质中进行使用,能够保证施工中的各项操作在管道埋深直径范围中,而这种方法不会对周围的建筑物与生活环境造成影响,能够在多种地质环境中进行应用,其施工质量也更符合实际工程的需要。
        2浅埋暗挖法隧道施工风险
        2.1自然环境的复杂与多样带来的风险
        施工过程中,施工环境的重要性不言而喻。浅埋暗挖法地下施工的特殊性,自然环境的复杂性都让施工中的风险难以避免。就地质条件而言,地层有多个层次,有多重岩石、土壤,不同的岩土的抗压性、物理特质、流动性、力学参数都不同,还存在地下管道、建筑物地基等许多障碍物;就水文条件来说,地层中的水资源分布不均,水压、流向、岩石、土壤的含水量、渗透性都不一样;就施工来说,施工之前的勘察成果也存在不确定性与不完全性,地下状况并不能完全知悉,这些都给施工带来了不便与风险。此外,突然的自然灾害,如地震、洪水、滑坡等等都会对施工带来负面影响。
        2.2施工中的风险因素
        从规划、勘察、设计、施工到运营,都存在着风险因素。隧道及其他地下工程较地面工程而言,具有隐蔽性、难以确定性、复杂性、多变性,因此,工程的投资风险较大,选址、管理、决策都很复杂,每一个决策的作出都伴随着风险。设计方案是工程建设的基础,设计方案不合理就势必影响工程施工。浅埋暗挖法的建设周期较长,施工人员的工作环境也不够理想,也容易出现风险事故。上述施工环境的复杂性要求必须有合适的施工设备与工艺,未经调查就贸然采用某种施工方法也会造成风险。
        施工技术过于落后,设计的方案不合理,新技术没有掌握、应用失败,施工进度不合理,隧道变形过于严重,轴线定位偏差,地质勘测出现问题,施工现场突然出现塌方、水含量突然增加,施工现场突然出现用电事故,安全措施没有做好,这些都让施工存在着种种危险。

另外,设备与材料存在问题也同样会带来风险,比如设备零件短缺,安装调试出现失误、损坏,材料供应不足,品种、数量出现差错,质量、规格不合格等。施工及管理人员之间沟通不畅通、不合作、素质较差、不熟悉具体施工设备的操作方法等等也同样会带来风险。
        3城市浅埋暗挖隧道开挖施工技术
        3.1超前地质预报
        城市浅埋暗挖隧道须高度重视超前地质预报工作,对掌子面前方及其周边围岩与地层情况做出超前预报,及时发现异常情况,预报开挖面前方不良地质体的位置、规模和性质,以避免隧道开挖掘进中发生突发性地质灾害;另外也可为优化、完善设计和施工,制定科学合理的施工方法提供信息依据。常用的超前地质预报手段包括超前水平探孔(钻探)及地震波法(物探)。软弱围岩地段可采用两者相结合的手段,确保预报准确。
        3.2隧道浅埋施工与支护方法
        相关工作人员在进行隧道浅埋施工中,要首先对隧道所在位置的实际情况进行勘查测量,将周围的围岩情况充分了解,通过单、双侧壁导坑法、留核心开挖法进行开挖,如果周围存在一些围岩相对比较宋丹,那么就可以采用从上到下的分段挖掘方式,对隧道先保护然后再开始开挖,保证作业空间得到有效的支护,然后开挖与空间结合,对超前注浆作业进行关注,所选择的材料一般为水泥玻璃或是水泥浆,能够对围岩的整体结构实现巩固,施工人员也可以采用化学注浆方式,对地层首先加固处理,然后展开开挖作业。工作人员要能够封闭成环施工,灌注过程中,降低施工时间,保证隧道施工安全性,此过程中,对流砂进行预防,对地下水实施合理处理,做好防、排、截、堵”,隧道工程位置与煤矿瓦斯矿区结合分析,综合利用,根据标准和规定严格施工操作流程和工艺,采用上下台阶法,预留好上台阶的核心土,在下台阶处做好放坡处理,保有适当的坡度。
        3.3初期支护
        根据浅埋暗挖隧道施工原理,初期支护是承受隧道荷载的重要支护结构。因此城市浅埋暗挖隧道必须做好初期支护的及时性和有效性。钢架作为承受初支“封闭壳”荷载的途径,必须确保钢架处于稳定基层上,同时必须采用锁脚锚杆(锚管)进行固定;初支喷射混凝土必须确保混凝土厚度、密实度,初支结构与围岩之间不留空洞。当喷射混凝土凝固强度达到70%以上时,可对初支背后进行回填注浆施工,确保初支结构与围岩紧密连接,以有效控制地面沉降问题,常用回填注浆材料采用水泥砂浆,在回填施工中,注浆口与隧道开挖方向相反。对于开挖掘进中掉块严重以及初支渗水明显的区域,待掌子面掘进一定长度后,应重新进行二次初支背后注浆填充。
        3.4二衬施工
        城市浅埋隧道施工为控制隧道变形或地表沉、确保施工安全,二衬仰拱要紧跟初期支护,尽早提前施作二衬承受荷载。而在二衬施工时大多数隧道围岩变形尚未趋于稳定,这样就可能使得后续围岩继续收敛变形导致二衬结构产生裂缝。对此,施工中可采用跳打法浇筑,即在保证安全步距的前提下,施工一段二衬拱墙结构后(一般1-2段台车长度),中间间隔一段拱墙暂不施工,在前方施工一段拱墙,使得围岩在保证安全前提下继续变形趋于稳定。二衬施工前必须对初支断面进行检查,并预留充足的变形值,确保隧道净空满足要求。同时二衬施工前必须确保防水层施工质量效果,以免后期隧道漏水而大面积进行堵漏施工。
        结语
        进入21世纪以来,城市隧道与地下工程的建设进入了一个新的高峰期,浅埋暗挖法也被越来越广泛的采用,这既是机遇,又是挑战。只有在不断完善这一方法,尽力减少风险与事故发生的概率时,城市隧道施工才能有更好的发展。
        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,2004:326-344.
        [2]宋汉甫.浅埋暗挖洞桩法施工发展综述及探讨[J].中国水运,2008,8(8):221-223.
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