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公路隧道工程中的浅埋暗挖施工技术研究
摘要:浅埋暗挖法是一种适用于修建覆土厚度较浅隧道的综合配套施工技术。本文基于新奥法隧道施工理念,系统阐述了浅埋暗挖施工技术的基本原理、主要特点及其关键技术措施。通过分析,总结了浅埋暗挖法的施工要点与经验,认为加强超前地质预报、重视超前支护与初期支护、优化开挖和支护循环、做好监控量测与信息化施工是确保浅埋暗挖隧道施工安全、控制变形的重要保障。浅埋暗挖施工技术可为类似隧道工程提供借鉴和参考。
关键词:浅埋暗挖法;公路隧道;新奥法;施工技术
引言:随着公路隧道建设的快速发展,建设环境日益复杂,工程难度不断增大。在城市、丘陵等地区修建隧道,经常会遇到浅埋深、围岩条件差等不利情况。传统的明挖法、台阶法难以适应软弱破碎围岩的施工要求,极易引发坍塌、地表沉降等安全事故和环境问题。在这种背景下,浅埋暗挖施工技术应运而生。
一、浅埋暗挖法的基本原理
浅埋暗挖法源于奥地利发展起来的新奥法隧道施工方法。新奥法强调“以岩护岩、以岩代钢”,充分发挥围岩的自承能力,通过锚杆、锚索、钢架等支护结构与围岩共同作用,形成初期支护体系,有效控制围岩变形。在此基础上,浅埋暗挖法还强调“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”的施工原则,通过各项辅助措施系统组合,以达到支护及时、变形可控、施工安全的目的。浅埋暗挖法适用于修建覆土厚度较浅(覆土高度与洞径之比H/D一般小于2)、围岩以软弱破碎岩体为主的隧道工程。尤其对位于城镇、道路下方,地层以膨胀土、砂卵石、全风化岩为主,洞身浅埋、洞径跨度较大的隧道具有明显优势。
二、浅埋暗挖法的主要特点
浅埋暗挖法是一种适用于修建覆土厚度较浅隧道的专门化施工方法,其主要特点可概括为“短进尺、弱扰动、强支护、快封闭、勤监测”。首先,浅埋暗挖法采用短进尺开挖,每循环进尺一般控制在0.5~1米,远小于常规台阶法等开挖方式。短进尺开挖有利于及时封闭成环,使围岩应力释放最小化,变形得到有效控制。其次,浅埋暗挖法注重减少开挖扰动,尽可能采用光面爆破、机械开挖等方式,避免对围岩造成较大损伤,保护围岩的完整性和自稳能力。再次,浅埋暗挖法普遍采用以格栅钢架、钢筋网、锚杆、喷射混凝土为主的组合式初期支护体系,支护强度大、封闭时间短,能够快速恢复围岩承载力,限制松动圈发育。此外,浅埋暗挖隧道还广泛采用超前小导管、管棚等超前支护措施,超前改善围岩条件,控制变形。最后,贯穿浅埋暗挖施工始终的是监控量测,通过及时获取围岩变形、支护受力信息,动态优化施工参数,确保施工安全可控。
三、浅埋暗挖法关键技术措施
(一)超前地质预报
超前地质预报是浅埋暗挖施工安全、高效实施的基石。工程建设实践表明,掌握前方地质情况对于优化施工方案、规避工程风险至关重要。在浅埋暗挖施工中,可综合运用物探技术(如TSP)与钻探手段(如超前水平钻孔),动态获取隧道所处地层的岩性、地质构造、富水性等信息。通过分析整合各项勘探数据,借助三维可视化建模等手段,工程技术人员能够准确把握前方围岩类型及其力学性质、预判可能出现的不良地质情况,如破碎围岩、岩溶发育、断层破碎带、含泥量大、砂卵石层等,以及可能诱发的突泥突水、坍塌、大变形等工程风险。在此基础上,可针对性地优化调整超前支护方案、开挖支护参数,量身定制现场施工措施,扬长避短、趋利避害。对于覆土浅、地质条件复杂多变的隧道工程,由于围岩结构控制性差、稳定性不足,超前地质预报的重要性更加凸显。这就要求在浅埋暗挖全过程中,必须坚持“勤探、探前、及时探”的原则,结合TSP、水平钻孔、长短结合钻孔等多种手段,超前获取并及时反馈前方地质信息,形成"探施结合、以探促施"的良性循环,为隧道施工优化决策、风险管控提供有力的地质保障。
(二)超前支护措施
超前支护是浅埋暗挖施工中针对复杂地质条件、提高隧道掌子面及其周边围岩稳定性的重要技术措施。其基本原理是根据隧道埋深、围岩性质、地下水状况等工程地质条件,在开挖掌子面前方采取针杆体系、管棚、旋喷桩等支护结构或注浆等加固措施,对围岩进行超前预加固处理,从而起到改善围岩条件、控制变形、保证施工安全的作用。施工实践表明,科学设计并实施超前支护,是浅埋暗挖法成功运用的关键。针对不同围岩类型,可灵活选择多样化的超前支护方式。以超前小导管为例,其一般采用直径42 mm左右的注浆小钢管,长度34 m,环向间距3050 cm,与开挖面呈15°30°角布置,可形成“管伞”状加固区,有效约束围岩变形。对于浅埋、洞径较大的松散破碎地层隧道,还可采用大直径(φ108159 mm)钢管作为管棚支护,管棚长度一般不小于10 m,以增强针杆体系刚度,控制大变形。对富水砂卵石层、岩溶发育地层等,旋喷桩则是一种行之有效的超前支护手段。旋喷桩直径可达800~1000 mm,通过高压旋喷将水泥浆液与土体充分混合,形成高强度水泥土桩,布置类似管棚,环向加固围岩。各类超前支护措施还应辅之以帷幕注浆,利用注浆小导管沿隧道开挖轮廓线进行环向、纵向注浆加固,填充固结地层孔隙,进一步增强围岩的整体性、稳定性。总之,超前支护措施的选择需要在详细工程地质调查的基础上,全面考虑隧道埋深、断面大小、围岩性质、地下水丰富程度等因素,并权衡施工工期、成本、周边环境的制约,经过多方案技术经济比选后确定。一般情况下,围岩条件越差,隧道埋深越浅,洞径越大,所需的超前支护强度、范围也就越大。同时,还应注意超前支护措施的实施应与开挖及初期支护紧密配合,协调安排,四位一体,才能真正做到“预防为主、以超促进”,确保浅埋暗挖施工的安全、可控。
(三)开挖与初支安全措施
针对浅埋隧道围岩稳定性差、变形敏感的特点,须严格遵循“短进尺、弱爆破、快支护、勤量测”的原则组织施工。所谓“短进尺”,即严格控制每个开挖循环进尺在0.51 m,并及时进行初期支护封闭,使围岩暴露时间最短化,最大限度减少围岩变形;弱爆破是指采用光面爆破技术或机械设备开挖,将开挖对围岩的扰动降到最低;快支护强调初支及时跟进掌子面,与新开挖围岩贴合,形成封闭受力环,掌子面暴露时间不应超过2小时;勤量测是指做好支护变形监测,利用数据反馈及时优化支护参数。上述原则相辅相成,缺一不可。具体到初期支护施工,格栅钢架应严格控制间距在0.51 m,并与围岩紧密贴合;喷射混凝土应采取分段、分层、环向施工工艺,控制喷射厚度在15~25 cm,确保围岩全包裹,不留空洞;钢筋网覆盖范围应达80%以上,搭接长度满足10 cm,以提高喷射混凝土的抗裂、受力能力;同时,应及时在拱部、边墙打设锚杆,洞脚及交接缝位置设置钢支撑,以进一步加强支护体系的整体性能、协同作用。需要指出的是,初期支护强度、变形控制标准的确定,事关浅埋暗挖施工的安全性、经济性,应在支护量测数据分析的基础上,动态调整优化。例如,当监测数据显示围岩变形速率、支护受力满足控制标准时,方可适当放宽开挖进尺、延长支护间距;反之,若围岩变形速率加快、支护结构应力水平过高,则应及时缩短开挖进尺,加密支护间距,必要时还需补强支护结构。总之,在浅埋暗挖施工过程中,应始终坚持监控量测,并积极采用信息化手段,利用智能化开挖设备、实时传输监测数据等,为现场开挖与支护施工优化调整提供科学依据,真正做到“以测促控、测控结合”,形成安全、可控的开挖支护联动机制,这是浅埋暗挖隧道顺利贯通的根本保证。
(四)二次衬砌质量控制
二次衬砌作为浅埋暗挖隧道的永久受力结构,其施工质量直接关系到隧道的耐久性、安全性和使用功能,因此必须高度重视二衬质量控制。首先,开展二衬施工的前提是初期支护已基本稳定,变形速率满足设计要求,结构应力水平可控。如果初支尚未达到稳定状态,贸然施作二衬,极易引起衬砌开裂、变形,导致质量事故。在确保初支稳定的基础上,二次衬砌混凝土浇筑施工还必须严格控制衬砌厚度,避免出现厚度不均、偏差过大等现象。同时应严把钢筋制安、保护层等关键工序质量,确保钢筋规格、数量、间距满足设计要求,钢筋保护层厚度均匀、无较大缺失,从而保证衬砌受力性能和耐久性。在混凝土浇筑过程中,应做好基面处理和振捣工作,控制混凝土坍落度、和易性,采用平仓法连续浇筑,避免施工缝、蜂窝麻面、离析等质量通病,确保衬砌密实度、强度等级满足设计和规范要求。考虑到浅埋隧道衬砌易受不均匀荷载、环境温度等因素影响,在拱墙交接处、洞门段等应力集中部位,应设置合理间距的施工缝、变形缝,并采用橡胶止水带、中埋式止水带等进行可靠止水,同时设置纵向盲沟或排水管,疏导衬砌渗漏水,避免积水对衬砌结构的不利影响。对于对防排水要求高的隧道工程,还应在初支与二次衬砌之间设置专门的防水层,常见材料包括EVA防水板、聚氨酯防水涂膜等。防水板铺设应力求平整,搭接宽度不小于10厘米,搭接处可采用热粘、焊接等方式进行有效连接,在防水板与衬砌之间铺设土工布作为隔离层,形成“初支+防水层+隔离层+二衬”的复合防水体系,从根本上杜绝衬砌渗漏,确保隧道防水等级满足设计使用要求。应该说,衬砌施工质量控制是一项系统工程,必须从原材料选用、配合比设计到钢筋加工、混凝土浇筑、防水层施工、养护等各工序、各环节入手,建立健全质量管理体系和责任制,加大检查验收力度,运用信息化手段加强施工过程控制,切实做到有章可循、有据可查,为浅埋暗挖隧道工程建设质量安全提供坚实保障。
四、结束语
综上所述,浅埋暗挖施工技术是解决浅埋、软弱围岩条件下公路隧道施工难题的有效途径。通过综合采用超前地质预报、合理设计超前支护、优化开挖与初支方案、加强二次衬砌质量控制、做好监控测量等一系列关键技术,最大限度发挥围岩自承能力,达到支护及时、变形可控的目的。随着公路隧道建设不断向复杂地质、恶劣环境拓展,浅埋暗挖施工技术还需在机械化装备、材料工艺创新、数字化监控等方面持续优化,不断提升其适应性和可靠性,为打造精品隧道工程提供更加安全、经济、高效的施工保障。
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作者简介:韩雪超(1995.11-),女,汉,内蒙古赤峰,本科,助理工程师,主要研究方向:隧道路基施工技术管理。
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