采用浅埋暗挖修建市政工程的几点体会和建议- 广东抗震支架厂家

洛阳市东干渠排水工程为梯形断面，下底宽12m，上宽13m，高3m。该干渠需下穿洛界高速公路路基，若以桥梁或明挖隧道和盖挖隧道通过，均需中断高速公路的交通和干扰周围环境，因此，经技术经济比较，穿越高速公路路基采用暗挖隧道通过。但是，在浅埋暗挖法施工中，如何因地制宜地、合理地选择隧道支护结构形式及施工方法；如何处理好地面沉陷、结构防排水、开挖防坍、喷射混凝土作业以及监控量测等是需要解决的关键问题。据此，本文就以上问题谈几点体会与建议。
        1、 工程概况
        1. 1暗挖隧道平、纵断面
        洛阳市东干渠排水工程下穿洛界高速公路隧道工程长50m，隧道轴线与高速公路斜交角113度；隧道范围内渠面从西向东（从隧道进口向出口），设1.8‰下坡；隧道顶部覆盖厚1.0～2.8m，属超浅埋隧道。
        1. 2浅埋隧道横断面
        隧道横断面采用三心圆拱直边墙结构，底部设仰拱。断面净宽11米，最大净高6米，支护结构采用复合式衬砌。
        1. 3隧道洞门
        洞门按斜交正做设计，满足最小进洞条件而定出进出口明暗交界里程。隧道洞门端墙、翼墙按挡土墙考虑，采取沿竖向取窄条方法计算，作用于洞门墙的水平土压力按库仑理论计算，荷载考虑汽车活荷载的影响，并结合工程类比确定洞门端墙和翼墙的厚度。端墙外露部分用石灰岩块石镶面。
        1. 4支护结构
        1.4. 1支护形式
        本隧道为超浅埋大跨结构，采用浅埋暗挖法设计施工，支护结构采取复合式衬砌；初期支护为超前管棚、格栅钢架网喷混凝土，二次衬砌为模筑钢筋混凝土。
        1.4. 2支护参数
        隧道支护参数采用工程类比和结构计算相结合的方法确定。首先按照相关工程的实践经验，以工程类比的拟定支护参数，然后进行结构分析与计算，最后根据计算结果调整和确定支护参数。结构计算荷载考虑了垂直土压力、水平土压力、汽车活载（汽超-20）、衬砌自重、温度应力、注浆压力、弹性抗力等，对上述荷载分施工期间和运行期间进行分析与计算。
        1. 5防排水
        隧道结构为混凝土自防水，模注混凝土抗渗标号为S6；隧道不设变形缝，施工缝设两道膨胀橡胶止水条，做防水处理。
        1. 6施工方法
        隧道属浅埋暗挖结构，采用CRD工法开挖施工，人工分步开挖，分步支护。施工中应严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的施工原则进行，以确保高速公路正常运营和施工安全。
        1. 7监控测量
        现场监控量测是采取浅埋暗挖法设计与施工必不可少的手段，应贯穿于整个施工全过程，及时掌握施工过程中地表沉降和隧道拱顶下沉量，分析二者之间的相互关系，了解支护结构的稳定性和安全度，并根据测量结果，对高速公路采取必要的保护措施，以策安全。
        2. 工程地质和水文地质条件
        2.1工程地质
        隧道洞身从洛界公路路基中穿过，工程场地内分布的地层为第四系全新统，自上而下依次由人工填筑土、冲洪积形成的粉质粘土、砂和卵石组成。
        2．1.1填筑土
        该层层厚4.56～4.62米，由卵石土、灰砂等混合土组成。土石等级为III级硬土。
        2.1. 2粉质粘土
        该层层厚2.36～2.50米，为中压缩土。土石等级为II级普通土。
        2.1.3卵石灰砂岩
           该层层厚1.36～2.43米，卵石含量约为55%，充填物主要为砂粘土；砂层为中砂、潮湿、松散。土石等级为I级松土。
        2.1.4卵石
        该层为最底层，层厚>11.52米。卵石粒间充填中细砂，局部存在砂透镜体。土石等级为III级硬土。
        2.2水文地质
        测区地表水发育，地下水丰富，为孔隙潜水，主要含水地层为卵石夹砂层和卵石层。地下水受水渠和附近河流以及大气降水补给，水位随季节、大气降水及河水水位升降变化显著，水位埋深约10米，水位变化幅度约2米。
        3. 浅埋暗挖法施工的几点体会和建议
        同明挖法相比，浅埋暗挖法具有以下几点优点：
        （1） 不受施工气候、场地影响，不干扰交通及不影响城市周边环境；
        （2） 不会造成房屋拆迁、管线、道路等的改移，对于本工程而主，不影响隧道上方高速公路的正常运行；
        （3） 减少扰民，社会效益显著。
        由于浅埋暗挖法是在实践基础上总结形成的工法，也必定会在实践中不断完善和提高。因此，在设计和施工中应注意以下几个问题：
        3.1开挖防坍
        对于上面有动荷载的超浅埋隧道来讲，掌子面开挖防止坍方至关重要，通过工程实例的总结，对于防坍，可采用以下几种方法：
        （4） 缩小开挖断面。如全断面开挖预留核心土，台阶法开挖，台阶法开挖留核心土，小导洞超前等开挖方法。
        （5） 超前支护。如安超提导管、锚杆、钢插板管棚，超前导管注浆、掌子面帷幕注浆，开挖后顶喷混凝土等方法。
        （6） 水的治理。如采用降水、排水以及城市施工中首先排除地表水的方法。
        （7） 取得地质超前预报和监控量测资料，以便及时修改设计，指导施工。
        防坍的处理原则是在保证土体自稳情况下优先选用简便易行、快速施工的方法。
        3.2过大型重载货车的路面沉降
        在地层中掘进，造成地面下沉是必然的，绝对不下沉是不可能的，关键是如何控制地表下沉在安全限度内。
        按一般经验，隧道拱顶下沉应大于或等于地表下沉，但在洛阳东干渠隧道工程的施工监测中发现，这种经验并非绝对的，地表下沉有时要大于拱顶下沉，如该工程的量测资料显示，地表下沉极限值为12mm，而拱顶下沉极限值为10mm。分析原因有以下几点：
        （1） 地面为高速公路，有川流不息的重吨位货车通过；
        （2） 隧道顶部覆盖层厚度太薄，最不利处不足1m；
        （3） 不合理的开挖方法造成土体的不均匀扰动，破坏土体的整体性，使土体不均匀下沉等。
        由此可见，市政工程中隧道穿行于公（道）路或建筑物下的地表下沉显得错综复杂，而且这种现象随地面埋深变化而变化，埋深越浅，表现愈明显。
         一般来讲，控制地表下沉的方法有以下几种：
        （1） 缩短开挖进尺，快速封闭；
        （2） 提高支护强度；
        （3） 控制隧道结构的整体下沉；
        （4） 超前预注浆；
        （5） 地表预注浆；
        （6） 公（道）路路面及建筑物基础加固。
        对于浅埋隧道，持力层多为软弱土体，有效控制下沉的方法应该是保证围岩稳定下全断面开挖支护，缩短开挖进尺，快速封闭，但是短尺开挖由于扰动次数增多使掌子面前方的纵向效应增强，延长围岩稳定时间。因此，如何按照具体情况合理地选用施工进尺和施工方法至关重要。
        施工进尺和施工方法的确定应按信息反馈，根据监测数据控制地表下沉极值小于地面建筑沉降限值，然后确定施工进尺和施工方法。
        对于隧道结构整体下沉，可采取如下处理方法：
        （1） 增加仰拱的喷射混凝土厚度，加大支撑面积；
        （2） 边墙与仰拱的回填注浆加固；
        （3） 改变断面型式，如将平仰拱改为曲仰拱，或做大边墙脚，改善结构的内力分布。
        对于本工程属于超浅埋暗挖隧道，且上方高速公路有超重荷载，在施工中采用大管棚配合小导管的钢拱架强支护，短进尺开挖，快速封闭及超前预注浆的方法控制拱顶下沉小于20mm，同时，为了安全起见，还在局部不利地段进行路面预注浆，以加固地层，改善围岩状态，效果良好。
        3.3防排水
           浅埋隧道特别是土质的浅埋隧道，水对施工的危害相当大，水的作用有以下两种方式：
        （1） 地面水：主要是大气降水引起的地表积水。雨天，地面排水不畅，积水顺回填土中的通道渗漏，沿原状土的毛细孔道渗入土体内，软化土体，降低承载能力，使掌子面开挖扰动土体产生剥落，沉降量增大。喷射砼后，由于砼喷射不密实，地表水仍有从拱顶渗漏的现象。
        （2） 地下水：表现为上层滞水、潜水、承压水三种形式。地下水位过高，开挖后掌子面遭浸泡，自然剥落，甚至造成塌方，支护后因喷射砼不密实，地下水浸入砼体中，使砼配筋锈蚀，长期作用，降低钢混强度，仰拱基面有水，喷射砼后质量较差，基底不稳，整体下沉得不到有效控制，支护成型后，拱顶潮湿、滴水，影响隧道使用。
        对水的处理大致有以下几种方法：
        （1） 消除地面积水，健全排水设施，修补下水通道；
        （2） 地面注浆截堵地表水；
        （3） 采用合理的降水方法降低地下水作用环境；
        （4） 超前注浆加固地层，改变地下水作用环境；
        （5） 喷射砼掺加防水材料；
        （6） 利用防水材料抹面或复合衬砌加柔性防水材料；
        （7） 结构的外防水；
        （8） 施工缝、沉降缝的防水。
        3.4喷射砼作为永久支护的可能性
          从地下工程发展来看，喷射砼作为永久支护是发展方向，据新奥法理论，初期（锚喷）支护是结构受力的主要承担者，二次衬砌仅作强度储备。从本工程的量测资料和使用情况以及相关工程的实践来看，如果解决以下问题，喷射砼作为永久支护在强度上是有保证的。
        3.4.1喷射砼密实度及施工逢
        为了增强喷砼密度，可以从以下几方面改进：
        （1） 喷射手岗位培训，严格执行操作规程；
        （2） 待初支稳定后安设物件，背后注浆以及回填注浆前补打；
        （3） 背后回填注浆距掌子面2~3M为宜。
        对于喷射砼裂缝问题，在本工程中表现比较突出，裂缝一般发生在前一循环架立的拱架与后一循环喷射砼的接缝处，裂缝沿拱圈环向分布。经分析该现象大致有以下几个原因:
        (1) 该部位是施工中的死角，因排管影响成为不易清理干净的三角地带，加之喷射空间回旋余地小，使得该部位支护厚度不足，易发生应力集中；
        (2) 钢拱架外包砼与两榀拱架间砼刚度不同，若二者沉降不均，则易形成受拉开裂；
        (3) 由于防水材料掺加不当，改变砼的各项异性；
        (4) 渗漏水的侵蚀；
        (5) 未加养护或养护不当；
        (6) 单位水泥用量过大。
        初期支护砼作为永久支护，应当考虑施工缝（沉降缝）的问题。但由于网构钢架喷混凝土结构采用循环施工，整体性大打折扣，使得沉降缝的设置成为难题。若设在两榀架中间的混凝土上，沉降缝要断开，素混凝土的强度难以保障；若设在两榀并立拱中间，由于节点板的存在使得沉降缝过宽，止水条等不能阻止水内渗，为此沉降缝施工时两榀拱架节点板应特殊处理，且沉降缝一侧喷混凝土平齐，缝宽不宜大于30mm。
        3.4.2防水问题
          喷射混凝土的结构防水可参考以下建议：
        （1） 混凝土喷射密实，无空洞，以防出现厚度不够等薄弱环节，坚持背后回填注浆；
        （2） 不提倡使用内掺VEA的防水混凝土实施喷射。
        3.4.3适用范围及要求
        （1） 浅埋（埋深小于10米）市政工程，如排水通道、电力管道、煤气管道、通讯管道、人防工程等多种小型地下空间利用工程以及大型厂矿企业的进、出料通道，高层建筑的地下结构，自来水输送管道等；
        （2） 地质情况要求有一定自承力的各类围岩；
        （3） 断面型式不限，结构厚度不宜超过350mm.
        3.5监控量测
        3.5.1拱顶下沉值
        目前施工现场量测拱顶下沉值采用的方法为：首先焊一直量测端子于拱架上，封闭后用精密水准仪测得初值，然后根据量测频率实施量测，后值与前值之差为拱顶下沉。这种量测方法的假设前提为：
        （1） 不考虑开挖后围岩变初情况及对拱架的作用机理，假设拱顶下沉值等于拱架下沉值；
        （2） 不考虑开挖扰动的纵向效应。假设测点建立后测得的数值等于拱顶下沉值。
        对于浅埋隧道，上述两个假设显然都比较牵强，按第二种假设即使采用回归分析的方法修正下沉值，由于回归公式是以散点图像推算的，该值也是不真实的。
        浅埋隧道的拱顶下沉值量测，应采用地面钻孔的方法，使用挠度计或其他仪表测定地面基点与拱顶内壁的位移值，地面钻孔应超前于掌子面1～1.5倍洞径。
        3.5.2建筑物沉降监测
        建筑物沉降观测应建立以下测点：倾斜测点和地表测点观测相结合，绘出建筑物沉降曲线，回归分析预估沉降极值。沉降极值根据建筑物的建设资料，如地基基础建设、构造与结构特征等确定下沉及倾斜极值，调整施工方案，控制地表下沉。
        3.5.3验证结构强度
            做主应力断面，量测结构（如拱架应力、洞室周边土压力等）的受力情况，量测结果对一次支护的稳定性作充分评价，测点布置选择受力集中部位，按量测结果计算绘制弯距图，检算钢筋混凝土结构的强度是否安全，并根据安全系数重新确定结构型式，尽量降低成本。