浅析浅埋暗挖法施工工艺

　　摘要：浅埋暗挖法理论源于新奥法，但更强调预支护，及时支护，控制地面沉降，保证施工和地面地下建筑物的安全。本文主要对浅埋暗挖法施工工艺进行了研究。
　　关键词：浅埋暗挖法；城市；地道
　　前言
　　浅埋暗挖法适用于城市地区，在松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。因此城市中的地道工程大部分都采用浅埋暗挖法施工。另外在城市地道的施工过程中对地表沉降的要求往往比较严格，所以在暗洞开挖方式上常常采用对沉降控制效果较好的交叉中隔墙法，下面介绍其施工工艺流程。
　　
　　1浅埋暗挖法施工简介
　　1.1浅埋暗挖法施工概述
　　浅埋暗挖法是1987年中国工程师在修建北京地铁复兴门折返线工程中在新奥法的基础上，结合中国国情，创建的一种暗挖法。它是运用新奥法的基本原理，开挖中采用多种辅助施工措施加固围岩，充分发挥围岩的自承能力，开挖后及时支护，封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，有效地抑制围岩过大变形的一种综合施工技术。其方法的实质内涵可用18字原则概括，即:“管超前”、“严注浆”、“短开挖”、“强支护”、“快封闭”和“勤测量”。
　　1.2浅埋暗挖法施工的主要特点
　　浅埋暗挖法的特点:1)地下通道暗挖成型，初支和衬砌均在地下空间内完成，不必中断城市交通;2)机械化程度低，主要靠人工施工，对地下管线影响较小;3)浅埋暗挖法对断面结构形状适应性强，不但可以轻易地做成圆形、马蹄形、矩形、多跨联拱等形状，而且对不同结构断面转化、衔接都较容易;4)对于不同的地质条件结合施工期间所反馈的监测数据，可及时调整各种设计参数和施工工艺，对工程的适应性强;5)由于不必使用大型机械设备，无噪声，施工对环境的干扰相对较小。
　　2.1.3浅埋暗挖法施工的开挖方式
　　浅埋暗挖法施工地道工程时，其开挖方式有全断面开挖法、台阶法、分步开挖法以及施作大型地下空间的中洞法、侧洞法、柱洞法等几种方法。
　　1全断面开挖
　　全断面开挖法施工操作比较简单，全断面一次钻孔，并进行装药连线，再起一次爆破成型，同时施作初期支护，铺设防水隔离层，进行二次筑模衬砌。这种开挖的优点是全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，便于施工组织的管理。缺点是由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大;另外深孔爆破引起的震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计，并严格控制爆破作业。
　　2.台阶法开挖
　　台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，分步开挖。根据地层条件和机械配套情况，台阶法又可分为正台阶法、多台阶法等。台阶法开挖优点很多，能较早地使支护闭合，有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降。台阶法开挖的优点是灵活多变，适用性强，具有足够的作业空间和较快的施工速度。缺点是上下部作业互相干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响，还应注意台阶开挖会增加围岩扰动的次数等。
　　3.分步开挖法
　　分布开挖法主要适用于地层较差的地下工程，尤其是限制地面沉降的城市地下工程，包括单侧壁导坑超前台阶法、中隔墙法(CD、CRD工法)、双侧壁导坑超前中间台阶法(也称眼镜工法)等多种形式。
　　中隔墙法也称CD工法，主要适用于地层较差和不稳定岩体，且地面沉降要求严格的地下工程施工。当CD工法仍不能满足要求时，可在CD工法的基础上加设临时仰拱，即所谓的交叉中隔墙法(也称CRD工法)。CRD工法的最大特点是将大断面施工化成小断面施工，各个局部封闭成环的时间短，控制早期沉降好，每个步序受力体系完整。因此，结构受力均匀，形变小。另外，由于支护刚度大，施工时隧道整体下沉微弱，地层沉降量不大，而且容易控制。
　　4.特大断面施工
　　当城市地下通道的施工与地下仓库、地下商业街及地铁车站时，经常出现地下大空间的施工问题。
　　当地层条件差、断面特大时，一般设计成多跨结构，跨与跨之间有梁、柱连接。比如常见的三跨两柱大型地铁站、地下商业街、地下停车场等，一般采用中洞法、侧洞法、柱洞法及洞桩墙法(地下盖挖法)等方法施工，其核心思想是变大断面为中小断面，提高施工安全度。上面的开挖断面如图1所示。
　　
　　
　　图1浅埋暗挖法的开挖方式
　　2常用的浅埋暗挖法施工工艺流程
　　2.1竖井施工
　　城市地道施工，往往受到施工场地的限制，而且有繁重的交通疏解任务，加之地下管线密集，施工机械难以充分发挥作用。因此，在狭小的区域内作业，采用竖井开挖是一种切实可行的方式。竖井主要由竖井圈梁施工、竖井基坑开挖、注浆锚杆施作、格栅钢架安装、喷射混凝土等组成支护体系，采用逆作法施工。
　　竖井基坑的取土开挖宜采用人工方式进行，以避免地下管线的破坏。分层开挖，逆作法施工。
　　2.2洞门施工
　　竖井与通道交叉口虽明暗施工交界，受力结构复杂，洞门施工时要破除竖井洞口位置处井壁砼，即破坏了原竖井结构，使洞口处出现应力重新分布，最容易使该处围岩失稳，需进行支撑换承，施工程序为:安装换承支撑→打设超前小导管及注浆→分部破除洞门处井壁砼，割除型钢支撑→架设左上部第一福格栅拱架→喷射砼→同样方法施工左下、右上、右下部。
　　2.3主洞施工
　　2.3.1超前预支护施工
　　为了避免地面交通、周边建筑物及地下管线的破坏，必须严格控制地表沉陷变形。为此，施工中除选用适当的开挖方法、支护方式及施工工艺外，还需要采用对前方围岩条件进行改良及超前预支护措施，主要包括:管棚、超前小导管注浆、超前锚杆和超前小钢管等。
　　1)管棚施工管棚是利用钢拱架与沿开挖轮廓线，以较小的外插角，向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护。管棚是利用钢管或钢插板作为纵向预支撑、钢拱架作为横向环形支撑，构成纵、横向整体刚度较大的支护系统，阻止和限制围岩变形，提前承受早期围岩压力。
　　2)超前小导管注浆超前小导管注浆是在开挖前，先用喷射混凝土将开挖面和3m-6m范围内的隧道封闭，然后沿隧道周边向前方围岩内打入带孔小导管，并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩体就形成了有一定厚度的加固圈，从而保护开挖作业。小导管一般采用<32mm的焊接钢管或<40mm的无缝钢管制作，长度宜为3m-6m，前端做成尖锥形，前段管壁上每隔10cm-20cm交错钻孔，孔径宜为6mm-8mm，环向间距一般采用20cm-50cm,外插角控制在10°-30°之间。
　　3)超前锚杆和超前小钢管是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方安装锚杆或小钢管，形成对开挖面前方围岩的预锚固，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行施工作用。
　　2.3.2注浆加固
　　除了于隧道周边向前方围岩内打入带孔小导管进行注浆外，对于某些性质比较差的地层(特别是淤泥质土层)，往往还需要对开挖面及主洞的下半断面进行水平和竖直的二重管无收缩双液注浆(WSS注浆)。WSS注浆技术是采用二重管钻机钻孔至预定深度后注浆。两种浆液的成份不同(水玻璃溶液和水泥浆液)，通过二重管端头的浆液混合器充分混合后，定量、定压注浆，使岩土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化，改变了岩土层的性状，对岩体起加固、止水的作用。
　　注浆加固还包括在全断面开挖封闭成环，喷砼达到一定强度后，利用预先沿隧道纵向埋设的填充注浆钢管，向初期支护北后注浆，进一步加固地层，实践证明能有效填充喷砼与围岩空隙，控制围岩松弛变形。
　　2.3.3土体开挖
　　主洞超前支护及注浆措施完成后，进行土体开挖。一般采用人工开挖，斗车出碴，弃碴通过竖井提升架运出洞外。由于采用CRD工法施工，上下左右洞室须保持一定的距离，距离过短，不利于控制地表沉降，距离过大洞室不能尽早完成封闭成环，不利于整个结构的稳定和受力。一般台阶距离控制在2m-3m为好，具体根据隧道围岩的地质条件及监控量测的反馈结果来决定。每个分部在开挖时，先开挖周边，预留核心土，以保留掌子面的安全。
　　2.3.4格栅拱架的安装及挂网
　　主洞开挖每循环进尺0.4m-1.0m开挖完成后架设格栅拱架。格栅拱架采用螺栓联接，安装时要求定位准确，节与节之间连接紧密，无缝隙。每棍拱架间采用纵向连接筋相连，与超前小导管焊接在一起，形成一个整体，为避免拱架位移，必要时在拱脚处打设锁脚锚管。钢架安设后在两拱架间铺设钢筋网，钢筋网需挂靠牢固，随受喷面的起伏铺设，在喷射混凝土时不得晃动。
　　2.3.5喷射混凝土
　　初喷作用为封闭工作面、防止风化，喷层厚度为5cm，在开挖之后立即进行。初喷混凝土前对所有的开裂、破碎、崩解的破损岩石应及时进行清理和处理。待格栅拱架的安装及挂网完成后，再喷射混凝土至设计厚度，喷射顺序先墙后拱，自上而下水平旋转移动。
　　2.2.4主体结构施工
　　主体结构施工主要是在中隔墙等临时支撑拆除后所进行的隧道初砌施工。主要包括防水层铺设、钢筋绑扎、拱架架立、混凝土浇筑、混凝土养护。
　　结束语
　　通过前后期不同暗挖段的施工监测比较分析，得出在采用浅埋暗挖法施工穿越含水率高的淤泥质粘土层时，除了要遵照“管超前”、“短开挖”、“强支护”、“快封闭”、勤测量”等原则进行施工，还要特别强调“严注浆”一对整个开挖断面外一定范围土体的进行水泥及水玻璃双液加固，有效地固结暗洞周边淤泥质土，避免因周边软土层蠕动而引起的长期沉降，从而有效控制沉降变形总量。
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