浅埋暗挖法隧道施工技术及地面沉降控制

尉继东

中铁十七局集团第五工程有限公司 山西太原 030000

基于以往施工经验可以得知，浅埋暗挖施工技术多用于第四纪软弱地层，通过采取措施来加固地层，能够有效提升围岩承重，通过短进尺施工封闭支护结构并及时成环，使围岩和初支结构共同形成支护体系。为降低施工环境对浅埋暗挖施工质量的影响，应做好隧道水文地质状况、支护材料、周围建筑物等的监测。根据监测结果改善和优化施工方案，搭配地面沉降控制措施，有效提升浅埋暗挖施工结果的可靠性。

1 浅埋暗挖法的施工原理

浅埋暗挖法是一种比较成熟的施工技术，主要被应用于软弱地层的地下工程施工中。这一施工技术的基本原理为：在软弱地层进行地下工程施工中，由于其围岩自承能力相对比较差，在工程开挖的初期，可通过初期支护的方式，对基本的荷载进行承担。在此基础上，并进行二次支护，使其作为安全储备。同时将初期支护和二次支护共同进行荷载承担。同时，利用辅助工法进行超前支护，并对围岩进行加固，不断提升其自承能力。另外，在施工过程中也会使用到多种开挖方法，结合支护措施来形成工程闭环，形成稳固的支护体系，确保隧道施工活动的有序展开。

2 浅埋暗挖法隧道施工技术应用要点

2.1 工程基本情况

戴家山隧道为双洞单向交通隧道，左右线相距15～40m，为分离式隧道。左线起止里程为ZK115+134～ZK118+873， 全 长 3739m， 右 线 起 止 里 程 为YK115+142～YK118+880，全长3738m，设计围岩等级均为V 级，属于长隧道。洞内设单向纵坡，左线为- 2.168%，右线为- 2.185%。进出口均采用端墙式洞门。隧址区洞身范围内地表水不发育，地下水主要由风化裂隙及构造节理、裂隙控制，差异性较大。构造节理、裂隙主要由于构造作用伴生形成，其发育受构造影响程度不同具有不均一性，发育深度亦差异较大，因此采用浅埋暗挖法施工。

2.2 试验段施工

该工程在施工过程中，其水文地质复杂度较高，隧道单线最大涌水计算值为1652.4m3/ d，为了确保施工过程的安全性与有序性，需要在正式作业前先进行试验段施工，具体作业要点如下：

(1) 对于隧道设计方案进行深入整理，此次工程项目施工期间面临的不良地质比较复杂，如天水端洞室开挖后黄土稳定性差，易产生变形坍塌。这也要求在初期对于各区域袋变形规律、涌水量、地面沉降等情况进行勘测，获取准确的地质数据，为后续施工活动的开展奠定基础。

(2) 选择庄浪端洞口附近作为实验场地，根据浅埋暗挖法应用要求展开施工，获取试验施工时的相关参数，并对期间存在问题进行整理，以此来拟定更加科学与完善的施工方案与支护方案，提高技术应该结果的可靠性。

2.3 隧道开挖作业

展开隧道开挖作业时，也需要注意以下内容：

（1）对于该工程的施工方案进行整理，明确长隧道断面尺寸、断面平整度、断面预计开挖深度等，结合该工程水文地质条件，确定相应的开挖方式和掘进方式。该工程项目在施工期间内，使用正台阶法展开施工。同时考虑到该区域浅埋隧道的断面相对较大，不适合进行全断面开挖，因此在施工时则采用“机械掘进+ 人工掘进”的方式，以确保断面开挖质量的安全性。

（2）在正台阶法应用期间，会使用到较早地支护闭合措施，并且在断面开挖时，也会先进行上台阶开挖，其长度为洞口直径的1.0～1.5 倍，也需要在地层失稳之前快速完成下台阶开挖施工，对于稳定性较差的地层，会先使用小导管超前支护来作为辅助措施，确保开挖结果可靠。

（3）较小的岩石也会在受到挤压之后出现变形问题，若不能及时进行处理，也将压缩隧道空间，影响到后续支护施工。基于此也需要根据施工现场情况来进行调整，以提高开挖机支护结果的可靠性。

2.4 隧道支护作业

支护施工活动的主要作用，是降低支护时的结构荷载，从而确保结构出现大规模形变，该工程项目的施工复杂度较高，使用锚杆所带来的支护作用相对较小，而且位于顶部两侧30°范围内的锚杆，其主要作用便是承受顶部压力。因此该范围内的锚杆需要取消，更换为长度3.5～3.7m 的超前小导管，导管也需要插入到破裂面以下深1.0m 以上的位置，以此来提高结构整体稳固性。并且适当提高支护刚度，对于围岩条件进行改造，如借助初期支护来满足所有荷载的支护作用，搭配着二衬结构，进一步加固支护体系。在该隧道工程的施工中，会借助喷锚支护技术，施工期间需要做好锚杆质量、锚杆规格等参数控制，以提高质量校核结果的可靠性。

2.5 混凝土喷射作业

该工程在施工过程中，也会使用到混凝土喷射作业，在具体实践中应注意以下几点：

（1）确保喷射作业过程的连续性，这样要求在该作业环节开始之前，做好隧道工程内部的通风与送水工作，确定此线路满足要求后，再展开后续作业活动，喷射机也需提前清理干净输料管道和输水管道，确定其满足要求后再将其运输到作业现场，节约喷射活动的作业空间。

（2）在开始喷射活动前，也需要在再次检查喷射机喷头，待其质量满足要求后再展开后续作业。

（3）开始喷射活动时，需要确保喷头与喷射面可以保持90°，喷头和喷射面的距离也需控制在0.6～1.0m，确保混凝土可以充分附着喷射面，减少混凝土滑落。

2.6 回填注浆作业

完成上述施工活动后，进入到回填注浆作业环节，在具体实践中应注意以下内容：

（1）在混凝土喷射工作结束后，需要等待凝固强度达到标准70%以上后，再开始后续注浆作业。

（2）在回填注浆作业活动中，也需要确保回填材料能够紧密贴合隧道支护结构与围岩结构，期间也需将回填注浆压力控制在0.4MPa 以下，以提高注浆作业结果的可靠性与合理性。

3 隧道施工地面沉降控制措施

3.1 建立截排水工程

通过建立截排水工程，可以减少地表水或地下水负面影响，确保地面结构的稳固性。该工程在施工时，其地势相对较低，更加容易聚集水体，以此增加土层含水量，在较重机械碾压后，更容易出现地面沉降问题。同时在该工程项目施工过程中，也面临着地下水威胁，最大涌水计算值为1652.4m3/ d，需要及时采取措施将地下水排放到外界。即在区域内建立降水井、对外排水系统等，从而加快积水排放速度。对于该地区内裂隙发达的地区，也会使用注浆方法来填充裂隙，使其可以成为一个整体，起到拦截地下水的作用，降低地下水管涌问题的发生概率[1]。

3.2 做好超前支护工作

做好超前支护工作，能够确保隧道工程作业期间上部结构稳定性，降低地表不规则沉降问题。

（1）在该工程施工时，需要尽力扩大支护范围，尤其是工程中不良地质区域，需要对其进行重点处理，以此来提高地表沉降处理结果的可靠性。

（2）该工程中的特殊部位，会使用双层超前小导管对其进行处理，对于浆液拌和比例、注浆压力等参数进行控制，使得隧道内土体与浆液可以保持互相渗透的状态，等待其固结之后可以形成硬塑黏土，起到更好的固结作用，提升结构自身的承载力[2]。

3.3 引入仰拱、衬砌作业方法

通过引入仰拱、衬砌作业方法，可以不断提高开挖面与支护结构的稳定性，减少地面沉降问题的发生概率。

（1）在正式施工前，需根据该工程项目的基本情况，来科学计算出仰拱和开挖面各类参数，内容涉及结构距离、灌注量等，从而确保仰拱和开挖面之间可以更快地形成闭环结构，形成更加稳定的支护体系[3]。

（2）在工程施工期间也会使用栈桥运输法来展开施工，并对整个施工过程进行细致化控制，从而更好地分散结构受力，提升结构的抗水能力，提升整个结构的稳定性。

3.4 进行土地改良施工

进行土地改良施工，能够确保土质在施工期间可以沿着正方向进行运动，更好预防地面沉降问题。该隧道工程部分区域属于不良地质，采取可靠措施来加固土质，可以加快仰拱结构形成速度，提升整体结构的应用质量。目前经常使用的土地改良施工方法包括超期注浆法、深层注浆法等，根据实际情况选择恰当方法将拌和好的化学浆、水泥浆注入土层，提升土体的稳定性与整体性[4]。

3.5 搭建临时支撑结构

通过搭建临时支撑结构，可以为后续支护工作的进行奠定基础，提高支撑结构的整体性与稳固性。以目前常用的交叉中隔壁法为例，在实际作业中会遵循以上到下的顺序展开施工，期间也需要做好施工时间间隔的控制工作。对于相邻的开挖部位，也需要等待混凝土强度达到预期70%以上后，才可以进行下阶段开挖施工。同时也需要做好初期支护围岩轮廓的控制工作，以确保临时支护结构的稳定性。另外，在拆除临时支护结构时，也需要按要求来做好规范性的实验检测，同时做好临时支护过程的监控与记录，以此来确保拆除工艺应用流程的规范性与合理性，更好地发挥临时支撑结构的应用价值[5-6]。

3.6 做好沉降监测工作

（1）做好监测点布设工作，监测点需布设在全断面上，覆盖拱顶、拱腰等位置，做好布设点标记工作，为后续监测数据整理提供便利。

（2）做好监测点保护工作，在前期布设时需要尽量避开正在施工的区域，布设在基岩稳定的区域，减少监测点位移、沉降引起监测数据误差问题[7-8]。

（3）基于大数据技术、计算机软件来完成数据整理，同时设置安全线，在出现逼近红线的情况时也会及时作出预警，将地面沉降问题控制在合理范围内。

4 结语

综上所述，建立截排水工程，可以减少地表水或地下水负面影响，做好超前支护工作，能够确保隧道工程作业期间上部结构稳定性。通过采取恰当措施来提高地面沉降控制效果，能够更好地发挥出浅埋暗挖法的应用价值，提高隧道工程的作业质量。