王亮
上海公路桥梁（集团）有限公司，上海 200000
摘要：明挖隧道，目前广泛应用于大型交叉路口，车流量较大的道路下穿相交道路快速通行。明挖隧道一般开挖深度较深，在开挖前需要进行围护结构施工，以确保施工过程深基坑的稳定性。本文结合常熟市三环路快速化改造工程S5标工程，对减小明挖隧道围护结构的变形进行了研究，分析了明挖隧道围护结构产生变形的原因，得出了减小明挖隧道围护结构的变形的方法，可以为同类型工程提供参考。
关键词：明挖 隧道 围护结构 变形
一、项目简介
常熟三环路为常熟市的环城道路，本标段为三环路快速化改造工程S5标，本标段内包含一条隧道，为黄河路隧道。
黄河路隧道南起润欣花园附近，下穿三环路与黄河路交叉口后直至江苏地质测绘院附近。隧道全长730m，内部结构以变形缝为界共划分为18段，其中HHL-01～HHL-07、HHL-11～HHL-18段为敞开段，共计610m；HHL-08～HHL-10为暗埋段，共计120m。
隧道横断面为双向六车道，采用单箱双孔结构，基坑最大开挖宽度28.4m，最大开挖深度约9.5m，基坑安全等级为一级，基坑重要性系数为1.1。
隧道采用明挖法施工，挖深≤1.5m采用放坡开挖，挖深1.5～3m采用Φ850三轴搅拌桩重力式挡墙，挖深＞3m采用Φ850SMW工法桩围护结构形式，中间插入700×300H型钢，基坑内设置一～三道支撑，第一道支撑为钢筋混凝土支撑，第二、三道为Φ609钢管支撑。
隧道主体结构混凝土强度等级为C35，抗渗等级为S8，结构采用自防水体系。本隧道工程采用如下结构形式：
（1）暗埋段（HHL-08～HHL-10）采用浅埋单箱双室框架结构，由底板、侧墙、中隔墙及顶板组成。
（2）敞开段采用U形槽结构，由底板、侧墙组成。
（3）隧道抗浮采用抗拔桩，抗拔桩采用Φ800mm钻孔灌注桩，其中基坑围护时作为中间格构柱基础的Φ800mm钻孔灌注桩兼做抗拔。
黄河路隧道施工的工艺流程为：
图1：黄河路隧道施工工艺图
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二、现状调查
黄河路隧道工程全长730m。基坑开挖宽度28.4m，基坑属于长条形基坑。采用分段、分层、分块的方法进行基坑开挖。隧道基坑开挖深度为1～9.5 m，根据施工组织规划，HHL-01～HHL-09、HHL-10～HHL-18分两段开挖。
隧道两侧交通便道为现状常熟市东大门，为常熟市进出城主干道，交通流量较大，对土层扰动大，施工过程中需严格控制土层扰动带来的地面沉降、基坑变形等，确保地上建（构）筑的安全，因此本工程对基坑开挖围护的稳定性及安全性要求非常高。
全线地质成分复杂，土层稳定性均匀不一，地质突变明显，局部地区存在软土地基，因此围护施工及开挖施工需要克服恶劣的土质环境，围护的施工质量要求较高，技术难度较大。
为确保黄河路隧道施工顺利进行，在进场之后对周边环境进行多次调查及排摸，详细研究了设计图纸及地质勘察报告，翻阅了黄河路相关资料，与SMW工法桩施工队伍、钢管支撑队伍、基坑开挖操作技术人员进行了详细的交流，对基坑开挖前围护变形因素从人、材、机、法、环等方面因素进行了统计与分析，确立了以下施工难点：
难点一：隧道暗埋段深基坑开挖
深基坑开挖本身便是隧道施工中的重难点，基坑开挖的稳定与安全一直是隧道工程最重要的工序。本工程位于穿越路口处的隧道节段，是开挖深度最深的，也是基坑围护最容易发生变形的节段，此段落围护结构变形控制难度较大。若此处发生较大变形，其他节段也将连锁反应。隧道暗埋段处的基坑变形量控制，是本工程的重中之重。
难点二：围护结构漏水
根据我公司以往隧道施工经验，隧道围护结构漏水是导致隧道基坑变形的重难点之一，隧道围护结构不能保持稳定、干燥的环境，势必将导致整改隧道围护结构产生较大的变形，所以，围护结构漏水，也要作为重要控制项目。
难点三：隧道两侧交通情况复杂
隧道两侧交通便道为现状常熟市东大门，为常熟市进出城主干道，交通流量较大，存在较大的动荷载。交通不断扰动土层，这对已开挖完成的节段的围护结构变形存在一定的影响，施工过程中需严格控制土层扰动带来的地面沉降、基坑变形等，确保地上建（构）筑的安全，根据隧道两侧的交通情况，对隧道基坑围护变形的难度控制将加大。
难点四：周边建筑物、构筑物较多
黄河路隧道沿线共有3个小区，1个医院，若干条管线，其中有2个小区为24层高楼；附近建筑物对基坑变形的影响较小，但为了周边建筑物、构筑物的稳定，隧道变形控制首当其冲。施工过程中需严格控制土层扰动带来的地面沉降、基坑变形等，确保地上建（构）筑的安全，对隧道基坑围护变形的难度控制将加大。
难点五：与高架交叉施工
黄河路隧道与三环路高架相互垂直设置，因工期原因，隧道施工与高架施工同步进行，高架下部结构及上部结构的施工，必定会对隧道围护结构的施工产生一定的影响，施工过程中将密切关注高架施工对隧道基坑围护施工产生的影响并采取相应的措施。
针对以上在隧道围护施工中出现的重难点，根据本地区其他标段施工实践，以及我项目部施工经验，结合现在及以往在施工中对数据的收集及分析，在分析其产生的频率及对隧道围护的危害性的基础上，剔除了部分次要问题，绘制了明挖隧道围护结构的变形控制主要问题调查表。
三、现场围护结构施工过程中变形分析
三环路快速化改造工程S5标主线黄河路隧道围护结构根据制定的变形控制方法进行现场控制，但现场仍然存在了多次监测数据超限的情况。
为确保黄河路隧道围护结构的稳定及工程的顺利推进，在发现围护结构变形值超限后，立即对现场进行多次调查及排摸，详细研究了设计图纸、监控细则及交通组织设计，并与围护结构施工技术人员进行了详细的交流，从原因分析、主要因素确认、实施对策及效果验证等方面着手，确保围护结构的变形在规定范围内。
3.1原因分析
为做好黄河路隧道围护结构变形的控制，通过对人员、机械、材料、方法、环境、测量等六个方面的分析，找出控制因素，原因分析如下图。
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图2：隧道暗埋段基坑开挖围护变形因素分析鱼刺图
3.2主要因素确认
通过对现场实地踏勘，从人机料方面找寻处因素22条如下，并根据现场情况从其中验证出5条主要因素：
因素1：施工前无技术、安全交底
现场验证情况：对已完成的挂篮施工现场技术、安全交底情况进行调查，经过调查，由项目技术负责人编制的施工技术交底资料齐全，其交底结合工程实际情况，内容详细，可操作性强，经公司总工复核审查，且在正式开工前完成交底，现场调查施工工人100%参与交底，符合要求。
结论：非主要因素。
因素2：操作人员操作不当
现场验证情况：于隧道基坑围护安装期间对现场操作人员的操作过程进行现场检查，经过调查，特殊工种100%挂证上岗，现场操作人员对施工方案清晰明确，技能合格，严格按照施工技术交底执行，未存在操作不当情况发生。
结论：非主要因素。
因素3：无岗前培训，工人操作技能不合格
现场验证情况：对施工班组的教育及培训情况进行了摸底。经过调查，我们发现：施工班组对隧道基坑围护操作流程及自身岗位内的工作都比较熟悉，项目部也针对具体的情况进行了事先的培训，工人100%通过岗前培训，项目部也专门针对隧道施工进行了培训教育，介绍了施工注意事项及遭遇特殊情况时的应急处理流程、方法。
结论：非主要因素。
因素4：吊机、挖机等设备碰撞已完成的钢管支撑导致变形
现场验证情况：于隧道基坑围护施工期间对现场吊机、挖机等操作人员的操作过程进行现场检查，经过调查，机械操作人员全部熟练操作，对基坑内已完成支撑较为重视，有序且100%听从现场指挥人员指挥操作，未存在机械操作不当导致已完成的钢管支撑变形的情况发生。
结论：非主要因素。
因素5：设备维修保养不及时
现场调查验证情况：对施工现场的设备维修保养记录进行了检查，检查发现设备维修保养记录齐全，各项设备在隧道围护结构施工前都进行了正常的保养维修，保养及维修记录齐全，过程中损坏的设备也及时得到了修理，因保养问题造成设备损坏占总损坏比例＜8%。
结论：非主要因素。
因素6：钢管锚固点、预应力施加等零部件损坏未及时修理
现场调查验证情况：对施工现场的钢管锚固点、预应力施加设备等前后进行了6次检查，检查发现钢管锚固点牢固，预应力施加等设备运行正常，过程中发现损坏也及时得到了更换或修理，确保现场使用时各零部件损坏率为0。
结论：非主要因素。
因素7：围护结构自身材料缺陷
现场验证情况：隧道施工前，围护结构自身材料，包括钢管、型钢、水泥等均已取样送检，材料试验报告合格，合格率为100%，符合设计及规范要求。
结论：非主要因素。
因素8：工法桩围护施工质量
现场验证情况：工法桩围护结构，是隧道基坑围护的最主要组成部分之一，工法桩围护施工质量的好坏，是关系到隧道基坑围护的一个重主要因素素，因此，工法桩围护施工质量，是做好围护结构的第一步。力争做到事前控制，确保工法桩结构的施工质量，从基础控制住隧道围护结构的变形。工法桩首批成品取芯样试验，结果显示合格率达不到100%，必然会对围护结构的变形产生一定的影响。
结论：主要因素。
因素9：千斤顶等辅助材料质量缺陷
现场验证情况：隧道围护结构辅助材料，均进行了标定检测或取样送检，材料试验报告合格，符合设计及规范要求，合格率达100%。
结论：非主要因素
因素10：交通通行、设备自重影响
现场验证情况：隧道基坑两侧为施工便道，施工便道两侧为交通便道，隧道最深段位于三环路黄河路路口，为常熟市进出城东大门，是常熟市进出城主干道，交通流量较大。
针对此施工便道及交通便道情况，分别在施工机械高峰期、施工闲时、交通便道车流量高峰期、交通便道车流量较小时进行隧道监测，主要从地面沉降、基坑围护两方面进行监测，获取数据，我们一共采集了15组数据，对比分析从数据统计分析结果发现，施工机械和交通通行对基坑围护水平位移有一定的影响。
结论：主要因素
因素11：温度影响
考虑到温度可能使基坑围护产生变形，选择在现场无施工及车流量相当的情况下，分别于早晨与中午温度相差较大的情况下进行隧道监测，主要从地面沉降、基坑围护两方面进行监测，获取数据，我们一共采集了11组数据，从数据统计分析结果发现，温度对基坑围护变形影响很小。
结论：非主要因素
因素12：雨水天气影响
考虑到隧道基坑积水可能使基坑围护产生变形，我小组分别在雨天即将来临时和隧道内雨水抽除后进行隧道变形监测，主要从地面沉降、基坑围护两方面进行监测，获取数据，我们一共采集了10组数据，从数据统计分析结果发现，雨水天气导致基坑积水对基坑围护变形有一定的影响。
结论：主要因素
因素13：地质不良影响
隧道全线地质成分复杂，土层稳定性均匀不一，地质突变明显，局部地区存在软土地基。
分别于地质较好处及不良地质处布设变形监测点，在相同的施工工艺情况下，不良地质段落的隧道基坑围护变形量远大于地质较好处的基坑围护变形量，我们一共采集了10组数据进行对比，结果表明地质不良影响对基坑围护变形的影响较大。
结论：主要因素
因素14：基坑裸露时间长工序多
隧道全线明挖基坑，因隧道开挖基坑围护施工完毕后，后续施工工序较多且耗时久，我们认为基坑裸露时间越长，将导致基坑围护变形量持续增长。所以分别于隧道基坑及主体结构施工阶段，持续对隧道基坑变形进行监测，每天各采集1组数据，每月对当月的30组数据进行对比分析，结果表明，隧道基坑裸露时间越长，隧道基坑围护结构变形量越大。
结论：主要因素
因素15：测量频率不达标
现场验证情况：经现场查验及数据收集，每天的监测数据采集均为1～3次。监测数据充足，测量频率符合方案及黄河路隧道基坑监测方案。
结论：非主要因素
因素16：围护结构工艺缺陷
现场验证情况：项目伊始施工方案就经过专家评审，项目部共同审阅隧道图纸及施工方案，并参阅了专家评审意见，随后进行了讨论，讨论结果表明，隧道围护结构形式布置合理，工艺新颖，能够满足现场施工要求；同时于开工前开展质量活动，由项目总工牵头，对隧道图纸进行了详细的讲解，增强项目部管理人员对隧道施工工艺的认知，确保能够正确监督隧道施工；且经过现场监督管理发现，现场施工100%按照方案执行。
结论：非主要因素。
因素17：钢管支撑间距太大
现场调查验证情况：在钢管支撑施工期间，对施工现场的钢管间距进行了现场测量，结果表明，现场钢管支撑间距100%按照方案执行，符合施工方案要求，不存在不按照施工方案设置的情况。
结论：非主要因素。
因素18：钢管支撑安装不到位
现场调查验证情况：在钢管支撑施工期间，对施工现场的钢管间距进行了现场安装质量检查，结果表明，现场钢管支撑安装100%按照方案执行，符合施工方案要求，不存在不按照施工方案安装的情况。
结论：非主要因素。
因素19：钢管支撑预应力不足
现场调查验证情况：在钢管支撑施工期间，对施工现场的钢管预应力施加情况进行了检查，结果表明，现场钢管预应力施工100%按照方案执行，符合施工方案要求，不存在不按照施工方案设置的情况。同时在施工后续阶段，及时检测，补充预应力损失。
结论：非主要因素。
因素20：水准点、导线点布设不到位
现场验证情况：现场导线点、水准点布设符合要求，经过复核查验，结果在误差容许范围内，满足现场节段推进导线与水准测量要求。
结论：非主要因素
因素21：测量工具未检测合格
现场验证情况：对用于隧道测量仪器进行年检报告的调查及仪器精确度的现场放样复核，调查发现，用于推进施工的全站仪、水准仪、塔尺等测量工具均按时年检，合格率为100%，且现场实际放样复核后仪器误差满足要求。
结论：非主要因素
因素22：测量人员技术不过关
现场验证情况：本项目测量人员均挂证上岗，100%均为专业测量员；同时标段刚刚进行了第四次导线水准点复测，隧道测量人员全员参与，全程测量，考核其测量水平。经考核，隧道测量人员熟识全站仪及水准仪的使用，技术达标，能够独立进行现场实际放样。
结论：非主要因素
四、围护结构变形的控制对策
对策实施一：加强工法桩围护施工质量监督
隧道的围护结构，是隧道施工的重重之重，不仅关系到隧道施工的顺利进行，更牵涉到人民的生命财产安全，我们需从基础围护质量抓起，重视工法桩施工质量。
首先，组织工法桩施工人员开会，进行教育交底，从思想上提高施工工人的质量及安全意识；其次，项目部加强施工过程监督，全程参与质量管理，对施工过程中不按照要求的指导改正，采取会议批评、经济处罚等措施提高管理水平，提高施工质量；最后，按照设计要求进行取芯检测，对芯样不合格的段落，进行返工处理，从根本上解决工法桩质量问题。
目标验证：经过该措施后，工法桩施工质量合格率达到100%。
对策实施二：设定交通通行安全距离及设备施工安全距离
隧道两侧交通便道为现状常熟市东大门，是常熟市进出城主干道，交通流量较大，对土层扰动大，施工过程中需严格控制土层扰动带来的地面沉降、基坑变形等，确保地上建（构）筑的安全。同时，施工机械于隧道基坑两侧进行施工，对基坑围护结构变形存在不可忽视的影响，项目部讨论决定采取下列措施。
首先，合理组织现场交通便道，尽量远离基坑，经过多次监测数据比对，设定交通便道安全距离为20m；机械设备停放作业位置，施工过程中合理安排，同时加强机械设备操作人员思想意识，提高安全隐患识别能力，设定机械设备操作安全距离为2m。
目标验证：经过该措施后，交通、设备导致围护变形量控制在2mm内。
对策实施三：做好天气预报工作及加强基坑排水工作
基坑的安全，受外部环境的影响较大，尤其是对基坑土质有改变的外部环境，雨水就是其中之一因素，长时间的浸泡，严重的可能会导致基坑侧壁土体坍塌等事件发生，所以雨水天气是隧道施工过程中比较重要的因素。为保证基坑围护安全及变形量控制，采取了下列措施。
首先，做好天气预报工作，雨水天气不予以施工；其次，开展隧道特殊季节施工技术交底，对基坑内施工工人进行交底，播放经典案例，从思想上提高工人自我规避风险意识；同时要求施工队伍加强基坑积水排除工作，研究基坑被雨水长时间浸泡；最后，雨天过后，项目部要求对基坑进行重新检查，检查完毕后方可展开施工。
目标验证：经过该措施后，雨水天气导致围护变形量控制在2mm内。
对策实施四：对不良地质采取换填或加固措施
隧道全线地质成分复杂，土层稳定性均匀不一，地质突变明显，局部地区存在软土地基，因此围护施工及开挖施工需要克服恶劣的土质环境，围护的施工质量要求较高，技术难度较大。
项目部采积极联系设计单位进行现场查验，建议土质稍差处采用碎石土换填，土质特别差处采用水泥搅拌桩等一系列加固措施，以减小基坑变形。
目标验证：经过该措施后，不良地质导致围护变形量控制在2mm内。
对策实施五：改进施工工序，加强人员设备投入，施工过程中加强监测并及时加固
针对基坑裸露时间长，基坑围护容易发生变形，项目部在施工伊始，便严格按 “时空效应理论”组织施工，并遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，采用分层、分段挖土。尽量减少无支撑暴露时间；基坑砼垫层要求随挖随浇。
随后，又采取一系列减少基坑暴露时间的措施，如非关键工序可交叉施工，增加人员设备投入，施工过程中对基坑全程监测并及时对变化处增加钢管支撑、增大预应力等措施。
目标验证：经过该措施后，基坑长期暴露导致围护变形量控制在2mm内。
五、效果检查及效益分析
5.1效果检查
对减小围护结构变形实施情况进行了汇总整理，如下表：
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项目部目前已完成隧道主体结构施工，基坑工法桩围护、钢管围护已全部拆除，通过上述措施，项目部对隧道施工过程中可能出现的基坑围护变形因素进行了准确的判断，制定了相应的准备工作及应急措施，针对各要素制定的措施在控制基坑围护变形的过程中发挥了重要的作用，且经项目部委托相应资质的监控单位全程进行了隧道变形监测，报告结果表明，本项目明挖隧道基坑沉降值最大值为3.13mm，围护水平位移量最大值为2.35mm，均未超过10mm，达到了预期目标。
在本次质量活动中，项目部成员通过对施工难点展开的准备活动及过程中的控制，不仅取得了本次活动的成功，同时提高了项目部团队合作能力；项目部成员的个人质量意识、个人能力、质量知识、解决问题的信心和能力等均得到了较大的提高。同时制定了《黄河路隧道施工监控细则》、《黄河路隧道基坑围护变形控制指导书》等，更好地指导施工。
5.2效益分析
（1）、经济效益
通过项目部成员的共同努力，各项针对性措施得到了有效的实施，同时也获得了较好的经济效益。
现场全程跟踪管理，过程控制、技术总结和方案改进效率高。现场出现的问题及时得到处理，大大节省了工期，带来了直接的经济效益。隧道施工进度提前约50天，办公和管理成本节约约12万元，工人工资节约约19.5万元。同时，因工期远远超前，使得围护及时拆除及工法桩内型钢提前拔除，节约了钢管支撑及型钢的周转费用，节约成本约50万元。
带来的总经济效益约为81.5万元。
（2）、社会效益
通过本次质量活动，隧道施工过程中围护结构的变形得到了良好的控制，得到了业主及监理公司的一致好评，同时黄河路隧道地处进出城交通路口，隧道施工速度和现场施工形象也得到了很好的展示，常熟市电视台多次进行现场采访，社会效益及影响力得到了有效的提高。
通过创建技术型项经部，大家都以高度责任感投入到日常的工作中，在工作中建立沟通的机制，在不断的沟通和互相鼓励下，提高了员工队伍整体素质，逐渐走向成熟，具备了很强的施工质量战斗力。
六、结语
本文旨在对本工程明挖隧道围护结构线形控制进行了总结，取得了良好的施工效果和综合效益；但明挖隧道线形控制仍有许多问题值得分析与总结，在后续同类型项目中应继续学习总结，提高质量改进意识，提高质量管理水平。