浅埋暗挖隧道施工技术及其地面沉降控制

浅埋暗挖隧道施工技术及其地面沉降控制

赵俊波   赵亚洲

河南省交通规划设计研究院股份有限公司  河南郑州  450000

摘要：随着我国经济的高速发展，隧道建设在各地大规模进行。但与此同时，隧道工程数量的增加，也引发了越来越多的施工质量问题，尤其是是在浅埋暗挖隧道施工的过程中，地面沉降的问题较为常见，其不但影响到了浅埋暗挖施工技术作用的发挥，并且还对隧道工程的质量造成了影响。通过结合实际情况，针对隧道工程中的浅埋暗挖施工技术展开了深入分析，并在此基础上提出了地面沉降控制的有效措施。

1浅埋暗挖施工技术的原理

在对隧道区间实施开挖施工时，要想合理运用浅埋暗挖法来完成施工，就需要了解其原理：在开挖隧道的初期，以复合衬砌的的措施来实现对基本荷载作用力的承载，二次支护当做荷载安全储备，通过初期及二次支护来共同对特殊状态荷载作用力进行承担。以辅助工法超前支护的措施来加固围岩结构，从而使得围岩结构自身承载作用力可以得到充分调动，同时根据施工现场的具体状况，通过合适的开挖方式支护封闭成环，和围堰结构实现联合体系，进一步加强支护的效果。

２浅埋暗挖隧道施工技术要点

在通过浅埋暗挖隧道施工技术进行开挖作业之前，需要根据工程的具体状况来采用最为合适的开挖掘进方法，从而使施工工法和现场的实际情况能够更加适应。

2.1土体加固施工技术

在通过浅埋暗挖隧道施工技术进行施工时，不管是地表还是地下的沉降均是在初期支护作用之前而产生的，所以要想实现对于沉降的有效控制，就应当在施工前期做好对于开挖区域土体的预加固及支护施工。在当下的技术水平下，主要的土体加固施工技术方式包括如下几种：第一种是隧道超前锚杆支护，按照工法和结构形式方面的差异能够分成多种不同类型，如悬吊式支撑、格山拱支撑等。在进行开挖施工之前需要把超前锚杆打入到足够稳定的岩层结构当中，末端利用悬吊锚杆来提供支撑作用力，从而使围岩结构的变形得到控制，以便于下一步进行断面开挖和喷锚作业，确保土体加固的作用得到有效体现。第二种是超前小导管注浆支护，利用格栅钢架来建立起共同支护体系，并且充分发挥注浆管和超前管棚所具有的加固效果，在进行注浆时，能够使用包括水泥浆、水泥－水玻璃双浆液等的材料进行注浆。第三种是超前管棚支护，在对隧道外轮廓附近进行开挖的过程中，应当根据合适的间隔距离钻孔，同时对大惯性矩钢管进行安装，利用注浆固结的措施来实现支护体系，在施工的过程中，需要做好对导向钢管钻孔精度的控制，保证支护结构的稳定性与可靠性。第四种是水平旋喷支护，其属于新型的岩土结构加固方式，利用水平旋喷注浆在掌子面前方构筑拱形刚性体，通过这样的措施来实现对上部荷载作用力的有效支撑，控制由于开挖施工而造成的变形和隧道开挖时不良地层结构塌陷的问题。

2.2隧道开挖施工技术

在通过浅埋暗挖隧道施工技术进行施工时，主要的开挖技术包括全断面开挖、台阶开挖、中隔墙开挖等。

主要施工技术如下：其一是全断面开挖，主要适合１～２级的围岩结构，通过移动钻孔台车全断面一次性钻孔作业，以爆破的方式成型，并且在此之后实现初期支护与二次模筑衬砌施工，在施工的过程中具有较高的施工效率且工序不多，但很容易由于爆炸而造成移动、震动等的情况，需要做好对于施工的安全管理工作。其二是台阶开挖，根据具体状况来对工作面施工进行划分，从而更好的适应地层所出现的变化，常用于软弱围岩地层结构，在对隧道进行开挖时正台阶法的应用较多，能够根据具体的状况利用上下两部分分部开挖、多部分分部开挖等的形式进行。其三是中隔墙法，在完成对于台阶的开挖以后，在各部分都开挖完成之后尽快支护，从而形成闭合单元，常用于不稳定岩体和地层较差的结构中。在此过程中应当注意，如果作业的条件不能够满足作业要求，就应当与中隔墙施工作业的基础上增加一些临时性的仰拱，通过交叉中隔墙的措施来使断面开挖作业能够顺利实现。其四是双侧壁导坑法，能够把开挖断面大跨度施工作业变成小跨度施工作业，在地层较差、开挖断面较大的隧道工程当中较为常用。此施工技术的主要原理就是把隧道项目开挖断面划分成不同部分，分别是左右两侧的壁导坑、上部核心土与下台阶，分别完成对各部分的施工，在进行施工时各分块完成开挖以后独立闭合，施工时中间变形通常不会发展，但因为分块众多，影响较明显，所以在初期支护全断面闭合时间方面存在严格要求。

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。

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。

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。

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。

结语

综上所述，合理使用浅埋暗挖法进行施工，并采取有效的措施来做好对于地面沉降问题的控制，不但要改良土体，还需要合理排放地下水，做好开挖施工中的防沉降控制工作，科学使用临时支撑体系，只有这样才可以保证整个隧道工程的顺利完成，提高浅埋暗挖隧道施工的安全性。

参考文献

[1]潘纯.隧洞下穿煤层段开挖支护施工技术在水利工程中的应用[J].东北水利水电,2022,40(5):11-13.