关于浅埋暗挖法施工的简析

关于浅埋暗挖法施工的简析

郑志伟

宏润建设集团股份有限公司 

摘  要：浅埋暗挖法的技术核心是依据新奥法的基本原理，施工中采用多种辅助措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，是一种抑制围岩过大变形的综合配套施工技术。

本文首先对浅埋暗挖法的基本原理进行了介绍，随后对浅埋暗挖法的基本施工工艺进行了叙述，最后对浅埋暗挖法进行了探讨。

关键词： 新奥法  浅埋暗挖  管棚  围岩  软土层

1、引言

在城市地铁施工中，地面条件允许的情况，地铁车站施工宜采用明挖法施工。因管线影响，周边环境限制，在建筑物密集的繁华市区以及特殊地质段经常采用浅埋暗挖法施工。

浅埋暗挖是城市地下工程施工的主要方法之一。它适用于不宜明挖施工的含水量较小的各种地层，尤其对城市城区地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，且对地沉陷要求严格的情况下修建埋置较浅的地下结构工程更为适用。对于含水较大的松软地层，采取堵水或降水等措施后该法仍能适用。

浅埋暗挖法的技术核心是依据新奥法的基本原理，施工中采用多种辅助措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，是一种抑制围岩过大变形的综合配套施工技术。

2、暗挖法主要施工工艺

施工工艺是浅埋暗挖技术的核心,应用浅埋暗挖法施工时,同时采用多种辅助工法,超前支护,改善加固围岩,充分发挥围岩的自承能力;并采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环,使其与围岩共同作用形成联合支护体系;在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计,实现不塌方、少沉降、安全生产和施工等多种综合配套技术。其方法的实质内涵可用18 字原则概括,即:“管超前”、“严注浆”、“短开挖”、“强支护”、“快封闭”和“勤量测”。

2.1、基本适用条件： 

 1、浅埋暗挖法不允许带水作业。如果含水地层达不到疏干，带水作业是非常危险的。开挖面的稳定性时刻受到水的威胁，甚至发生塌方。把地下水，尤其是上层滞水处理好是非常关键的环节，它直接影响浅埋暗挖法的成败。大范围的淤泥质软土、粉细砂地层，降水有困难或者经济上不合算的地层，不适宜采用浅埋暗挖法。 

2、采用浅埋暗挖法要求开挖面具有一定的自立性和稳定性。

因此开挖面前方对地层的预加固和预处理，是浅埋暗挖法的必要前提，目的在于加强开挖面的稳定性，增加施工的安全性。 

2.2、基本经验（管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测） 

1、地层的预加固和预处理（超前小导管和超前长管棚）

强调“随开挖、随支护”的基本原则，选择适当的开挖方法，做到利用土体有限的自立时间进行开挖和支护，使土体开挖后暴露的时间尽可能短，使初期支护尽早封闭成环。 

2、隧道开挖和初期支护 

开挖方法：短台阶法、带临时仰拱的长台阶法、中隔壁法（CD法）、交叉隔壁法（CRD法）、侧壁导坑法（眼镜法）、弧形导坑留核心土等。 

初期支护：具有足够的强度和刚度，主要采用钢筋格栅，主要有以下原因： （1）、钢筋格栅与喷射混凝土能紧密结合； 

（2）、钢筋格栅在拼装成环后，具有一定的强度和刚度，在喷射混凝土尚未具备足够强度前，钢筋格栅可以单独承担来自土层的一部分荷载。

3、二次衬砌 

作用：提高初期支护强度和刚度、增强初期支护安全储备的需要，也是支撑中间的防水隔离层、承受水压力的需要。 

4、监控量测 

（1）、监控量测的项目：地表位移、拱顶下沉、隧道周边收敛（必测项目）、土压力、土体位移、支护应力（选测项目）。 

（2）、隧道稳定判据： 当测点位移时间曲线变化率呈明显收敛趋势，隧道水平收敛变化率下于0.2mm/d，拱顶下沉变化率小于0.1 mm/d，而且所测的位移值大于预计总位移值的80%以上。

2.3、地下水处理 

处理地下水方法：人工降低地下水位、地下连续墙阻水、帷幕注浆隔水、压缩空气排水、冻结法等。 

地表井点降水是常用方法，在布置井点时应控制单井抽水量，在施工时作好反滤层，并且分段抽水，以减少因降水引起的地表沉降和减少地下水的流失。

2.4、邻近地表建筑物的施工技术 

主要有：基础托换；开挖面外作围护结构；基础加固注浆等措施

2.5、精神实质 

充分了解隧道开挖过程中地层发生的变化，采取响应的加固方法和相应的开挖和支护措施。 

浅埋暗挖法与新奥法的比较 

新奥法要求初期支护有一定的柔度，以利于充分发挥围岩的自承能力，浅埋暗挖法的地层压力是覆盖层的全部和部分土柱重，作用在支护上的地层压力和支护的刚、柔关系不大，从减少地表沉降的角度出发，要求初期支护有一定的刚度，并且没有充分考虑围岩的自承能力，因此浅埋暗挖法不同于新奥法。但是浅埋暗挖法仍然遵循了新奥法的部分原则，如尽量使周遍轮廓圆顺，避免棱角突变处应力集中，尽量减少对围岩的扰动，初期支护和围岩紧贴，用量测指导施工，初期支护变形稳定后施工二次衬砌等

2.6、施工工艺流程 

暗挖法主要施工工艺流程如下图所示：

1、管棚施工

（1）、概况

管棚是地下结构工程浅埋暗挖时的超前支护技术。管棚的实质是在拟开挖的地下隧道或结构工程的衬砌拱圈隐埋弧线上，预先钻孔并安设惯性力矩较大的厚壁钢管，起临时超前支护作用，防止土层坍塌和地表下沉，以保证掘进与后续支护工艺安全运作。

在交通繁忙的城市公路，铁路或建筑物下修建横惯隧道或地下仓库、车场等结构工程时，由于地面荷载很大，为防止地表下沉影响正常生产应用管棚超前支撑技术使地下隧道或洞室工程顺利实施暗挖掘技术。管棚施工技术亦适用于地下工程特殊或困难地段，如极破碎岩体、塌方体及岩堆区等，管内辅以灌浆效果更好。当遇到流塑状软岩地层或岩溶严重流泥地段，管棚结合围岩预注浆可成为有效的施工方法。

（2）、管棚的布置形式 

管棚的形状要根据地下隧道或结构形状及工程条件来确定，常见的几种布置形式如下图所示。一字形布置适用于洞室跨度不大，仅上部土层易坍塌的地段，门形布置适用于大型洞室工程上部土层不稳定地段，半圆拱形适用于地铁地下隧道土层不稳定段，正方形布置适用于大型洞室工程松软土层段。

管棚形状

（a）：帽子形；（b）：正方形；（c）：一字形；（d）：半圆形；

(1)管棚长度应按地质条件选用，但应保证开挖后管棚有足够的超前长度。钢管长度一般为10～45m，当采用分段连接时，选用长3～6m的钢管，纵向以丝扣连接，丝扣长度不应小于15cm。

(2)管棚钢管宜采用厚壁钢管，其间距按管棚用途(防塌、防水等)合理设计。目前常用管径为80~500mm，钢管中心间距100~550mm。 

2、注浆或降水

在管棚法施工的同时，也可增设其他辅助的工法确保安全。如对于含水量小的土层，也可辅助注浆加固的措施，增加围岩稳定性；对于含水量较大的土层，可通过降水的措施，疏干土体，增加围岩稳定性。加固或降水均为辅助保证措施。

3、开挖施工

暗挖掘进施工主要施工方法有：全断面法，台阶法。CD法，CRD法，眼镜法，PBA法，中洞法，侧洞法等。各开挖方法如下图所示：

3、结论

如今，浅埋暗挖施工技术已在全国各主要大城市，如广州地铁、上海地铁、西安地铁、成都地铁以及各个城市的地下通道工程中普遍使用。这项技术之所以发展很快，主要是因为我国地下空间的开发和利用历史不长，而“新奥法”的设计施工原理颇具新意，适于我国地下工程特点，其占地少、拆迁少、扰民少、影响交通少、污染环境少等特点，极其适合在城市，尤其是在城市中心区、旧城改造、繁华地带、交通拥挤地段进行各类地下工程建设。

目前，各地区结合自身的特点，利用“新奥法”原理进行设计、施工均有所发展，有所创造，通过不断总结，有所共识，并经过实践检验，形成了目前大家公认的所谓“浅埋暗挖”法原则。

但是，我们还应清醒地看到，该项按照“新奥法”原理兴起和发展的技术虽然已被广泛推广使用，但并非所有的使用单位都真正地掌握了其真谛。无论在地铁工程中，还是在市政公用管线施工中，或因生搬硬套、或因片面性、或因配套技术不足，仅强调“只要会喷锚支护就会浅埋暗挖”的误导，造成坍塌、沉陷、渗漏、留下无穷后患的例子，也是常见的。因此，施工过程中有必要对“浅埋暗挖法”设计施工进行深入的研究，综合分析，全面总结，这样才能确保工程顺利完工。

参考文献

 [1]地下工程支护结构: 中国水利水电出版社, 2002.

[2]木寨岭隧道软弱围岩段施工方法及数值分析，地下空间, 2004

[3] 铁路隧道设计规范（TB10003-2001）