隧道浅埋不良地质段施工方法的优化

刘运微 贾勋涛 康宝龙

(1.中交二公局萌兴工程有限公司，陕西西安 710119; 2.长安大学公路学院，陕西西安 710064)

隧道施工的开挖方法一般有明挖、半明挖和暗式开挖三种方式，具体选择采用哪种开挖方式主要还是要从经济方面、安全方面和建造技术方面、外部环境方面等角度加以分析。明挖通常只适用于覆盖层较薄的情况，开挖基坑在开挖作业过程中的安全与稳定性以及基坑的排水特点是明式开挖法应该考虑的主要问题，当开挖地段的区域地质所呈现的构造较为复杂，且地质构造的裂隙节理发育和地层结构水量大时，深进尺的开挖极容易导致山体的滑坡事故。明式开挖法则是先从地面开始向下开挖钻进直至基坑的结构底部，然后由下至上修建衬砌结构，最后完成回填并打造恢复路面的过程。为了防止塌方和保证安全施工，在场地不受限制时，明式开挖具有一定深度时，土壁应考虑做成倾斜的以保证土坡稳定，工程上叫做放坡。半式明挖的方法则通常被应用于较为松散的地质结构条件或隧道设计线路处于地下水位之上的条件下。暗挖作为隧道开挖施工普遍被采用的一种掘进方法，由山体的地面层向下掘进开挖至一定的深度以后，及时封闭隧道开挖断面的顶部，其余的下部结构则在封闭顶盖后进行完整的施工过程。明式和暗式的掘进开挖法在二者的施工方案应用的方面来讲，浅埋隧道施工中将各具优势，为了能够确定采用哪种最佳施工方案，需从施工现场的外部环境、施工技术、建设经济和施工安全等多方面进行分析比较适用性和优越性。

采取明式掘进法的目的主要在于避免或减少浅埋层暗洞段施工过程中常常出现如涌水、坍塌冒顶、边墙失稳等事故灾害。但是，在通常情况下，隧道的设计位置都在山体间，凹地的土层结构汇水量一般比较大，设计中如果没有充分考虑到掘进施工中的防排水问题，掘进过程中由于水导致的事故灾害就必然存在，尤其是在多雨水季节，防排水问题会成为主导施工方法选择与进度控制所必然面临的问题之一。浅埋的明洞开挖完毕之后，对于前后山体结构土层造成的扰动极大，如果在处理方法上采取不当，就极可能会引起大范围或局部的山体失稳隐患而引发山体滑坡事故。根据实际施工当中总结的放样经验来看，开挖山体段的原有施工便道将被彻底破坏，为了能够保障隧道出口段的施工质量安全，一般需要重修施工便道。一般情况下开挖作业场地都很狭窄，施工难以全面开展，造成一定的出渣困难。我们需要做的是根据施工现场的实际情况，通过反复研究确定提出专项的整治处理施工方案。为了能够防止地下水渗透进入隧道开挖断面周边结构土层而影响到施工安全，在山体地表进行一定量的预注浆将会形成可靠的止水帷幕，从而确保隧道的正常施工进程。

浅埋暗挖法相比较于其他开挖方法，具有其自身明显的优势。如以城市地铁建设项目举例说明，浅埋暗挖法则对场地拆迁占地面积要求极小、对周边环境和交通的影响也体现良好且能够在建设投入方面节省很多。而与盾构掘进施工相比来看，浅埋暗挖法则将优势体现于施工过程简单，对于大型复杂设备的要求极低，且在不同地质、不同跨度的底层结构施工中均适用。当然，利弊同行，浅埋暗挖法自身方法原理上还是存在一些明显的缺陷的，如施工进度慢、喷射混凝土造成的空气粉尘较大、投入劳动力量大、机械化程度不高和不适用于高位地下水土层结构的掘进施工(因为防排水的问题难以良好解决)。而采用这种浅埋暗挖掘进施工法时，通常比较常用的方法是正台阶开挖法，由于这种施工方法还常常采取如全断面法、单侧壁导坑超前正台阶法、双侧壁导坑正台阶法(眼睛工法)、中隔墙法等均适用于一些地质条件较为特殊的地段。浅埋不良地质段的隧道掘进施工在选择施工方法中，应根据实地的围岩地质条件、水文条件、建设施工要求、机械设备和施工技术水平等多方面要求综合考虑，最终力求确定的是一种既合理又经济的施工方法。由于隧道开挖是一个会受到多方面因素影响的动态施工过程，其施工过程往往主要取决于地质水文条件，当围岩的地质条件较好时，开挖施工一般先将隧道的坑道断面开挖完再修筑必要的支护结构，如果条件允许即可以一次性完成整个断面的开挖掘进，而当隧道围岩结构的稳定性比较差的时候则必需要按部就班地先完成断面开挖并及时予以支护，以防止隧道围岩结构的变形引发进一步的坍塌事故。二次衬砌的施工应保证其修筑过程是先边墙后拱圈的顺序，即“先墙后拱法”。以下举例说明：

人工作业的挖孔桩围护结构的施工由于其自身结构具有设桩灵活性的特点，在隧道开挖过程中可按照围岩地质的特点适当在危险开挖地段予以加密或单独处理，亦可以加设其他临时辅助支护措施进行配合使用。挖孔桩的施工可以提前，占地少、施工方便和易于操作等优点明显，并且在对附近居民和道路建设的影响也可以控制到最小，不需要拆卸。原地貌破坏较小，山的干扰较小，有利于山体稳定性。混凝土的建成可以根据设计要求提前进行地面排水，减少地表水对隧道开挖效应。因此，挖孔桩帷幕暗挖有几个明显的优势，减少山体干扰，缩短施工工期，投资少，因此决定采用挖孔桩帷幕开挖浅段施工。实践证明，选择合理的施工方法，施工的隧道可以安全，及地表沉降控制在设计范围。因此，选择合理的施工方法是建设的关键。从现有的国内外的工程性能和实验研究的情况，根据经济、工期考虑，其工法选择的顺序为：正台阶法→上台阶设临时仰拱闭合法→CD工法→CRD工法→眼镜工法。从安全性角度考虑，顺序正好相反。在工程实践中，应根据地质条件，截面尺寸，地面环境和其他因素的方法可以实现，工期，安全，适应性强，经济和技术五个方面综合考虑，选择施工方法。使用正确的施工方法和相应的施工辅助措施，可以做到安全、经济、快速施工的目的。

浅埋暗挖法在土体开挖或弱胶结砂，砾石和其他建设第四纪地层，覆跨比大于0.2的浅层地下开挖。为高一级类似的形成，阻断水或降雨，排水等措施也可以用。特别是对结构埋藏浅，地面交通繁忙，建筑密集，地下管线和地面沉降严格的城市，如建设地铁，地下停车场，热及电路，该方法更适合。大跨度浅埋隧道，施工方法，应采用分区方法(CD方法)，隔断墙交叉步方法(CRD方法)，双侧壁导坑法(眼镜工法)，拱结构应该是一个优先侧漂移的方法，最后以柱孔的方法。施工中必须严格遵守“管超前、严注浆、短进尺、快支护、紧封闭、勤量测”十八字方针，不能违背。

通过以上内容对隧道不良地质地段施工方法的优化对比分析，选择一种适应实际隧道情况的开挖方法既能够保证施工工期，又可以减少不必要的投入和周边环境造成的影响。笔者旨在希望对于我国公路隧道施工能够确保安全地施工提出个人的一些意见及建议，仅供参考。

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