浅埋隧道施工方法分析

浅埋隧道施工方法分析李会明【摘要】隧道是埋置于地层内的一种地下建筑物。

隧道按照埋置的深度分类：可划分为深埋隧道、浅埋隧道和超浅埋隧道。

本文主要介绍研究的是浅埋隧道，对浅埋隧道中一些常见的施工方法进行综述概括，并对其技术原则、施工工艺、技术要点以及优缺、点进行对比分析。

【关键词】浅埋隧道；施工方法；明挖法；盖挖法；浅埋暗挖法；盾构法Analysis of Shallow T unnel C onstruction M ethodsLi HuimingAbstract The tunnel is an underground buildings buried in the strata.It classified in accordance with the depth of embedment:can be divided into the deep tunnel,shallow tunnel and ultra-shallow tunnels.This paper mainly describes and researches shallow tunnel.Summary some common construction methods in tunnel shallow,and analyze their technical principles, construction techniques,technical points,advantages and disadvantages.Key words Shallow tunnels;Construction methods;Open-cut method;Cover digging method;Shallow mining method;Shield method1引言隧道洞顶至地表的土层厚度叫做埋深，浅埋隧道是指隧道的埋深不足隧道洞径2倍大小的隧道。

浅埋隧道由于埋深较浅，紧邻地表，因此受地表环境，诸如地表荷载、地下水、地面构筑物等因素的影响较大。

另外，浅埋隧道围岩地质条件比较复杂，一般岩层多为黄土岩、风化岩、膨胀性围岩等，其自稳性很差，围岩难以自成拱，容易出现地表沉陷、落拱塌方等地质问题。

基于浅埋隧道这些特点，出现了一系列比较适合浅埋隧道特点的施工方法，比较常用的有明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法和盾构法等。

各种施工方法有不同的优、缺点和适用范围。

在施工过程中，应全面了解和掌握浅埋隧道的特点及准确其施工方法的技术要点和施工工艺，以保证浅埋隧道工程的安全性、适用性和经济性。

2浅埋隧道施工方法2.1明挖法明挖法，指的是现将隧道部位的岩石（土）体全部挖除，然后修建洞身、洞门、在进行回填的施工方法。

明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。

其缺点是对周围环境的影响较大，一般在市区不容易实施。

只有在郊区、空旷区，有条件敞口开挖时方可采用。

当土体稳定需要时，还应采取支护桩或地下连续墙作基坑支护；当工程结构物处于有地下水干扰的位置，还需采取降排水措施。

明挖法施工隧道的工艺相对简单、受力明确，操作方便，但需做好地下管线拆迁或加固稳定、地面交通疏导、环境保护以及基坑安全稳定等工作。

遇有基坑石方需要爆破时，必须事先编制爆破方案、申报主管部门批准后方可实施。

明挖法的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。

其中边坡支护是确保安全施工的关键技术，主要有：（1）放坡开挖技术。

适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。

基坑应自上而下分层、分段依次开挖，随挖随刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。

（2）型钢支护技术。

一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双排桩，由拉杆或连梁连结共同受，也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。

（3）连续墙支护技术。

一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，也可采用多头钻和切削轮式设备成槽。

连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。

（4）混凝土灌注桩支护技术。

一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。

钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成桩。

支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系。

（5）土钉墙支护技术。

在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔，加入较密间距排列的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。

（6）锚杆(索)支护技术。

在孔内放入钢筋或钢索后注浆，达到强度后与桩墙进行拉锚，并加预应力锚固后共同受力，适用于高边坡及受载大的场所。

（7）混凝土和钢结构支撑支护方法。

依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支撑体系，与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系，承受侧向土压力，内支撑体系在做结构时要拆除。

适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。

明挖法三种基本类型：（1）先墙后拱法先墙后拱法是最常用的一种方法，适用于地形有利、地质条件较好的各种浅埋隧道和地下工程。

施工步骤是：先开挖基坑或堑壕,再以先边墙后拱圈（或顶板）的顺序施做衬砌和敷设防水层，最后进行洞顶回填。

当地形和施工场地条件许可，边坡开挖后又能暂时稳定时，可采用带边坡的基坑或堑壕。

如施工场地受限制，或边坡不稳定时，可采用直壁的基坑或堑壕，此时坑壁必须进行支护。

（2）先拱后墙法先拱后墙法，也称支承顶拱法。

在稳定性较差的松软岩层中，为了施工安全，先开挖拱部断面并及时砌筑顶拱，以支护顶部围岩，然后在顶拱保护下开挖下部断面和砌筑边墙。

在开挖边墙部分的岩层之前，必须将顶拱支承好。

开挖两侧边墙部分的岩层时（俗称挖马口），须左右交错分段进行，以免顶拱悬空而下沉。

该法施工顺序见图1（图中阿拉伯数字为开挖顺序，罗马数字为衬砌顺序）。

图1先拱后墙法施工顺序图施工时，须开挖上下两个导坑，开挖上部断面时的大量石碴，可通过上下导坑之间的一系列漏碴孔装车后从下导坑运出，既提高出碴效率，又减少施工干扰。

当隧道长度较短、岩层又干燥时，可只设上导坑。

在此种场合，开挖时可将临时支撑和拱架都支承于坑道中间未被开挖的大块核心地层上，为避免运输和施工的干扰，可先将上半断面完全修筑完毕，然后再进行下半断面的施工。

本法适用于松软岩层，但其抗压强度应能承受拱座处较高的支承应力；也适用于坚硬岩层中跨度或高度较大的洞室施工，以简化修筑顶拱时的拱架和灌筑混凝土作业。

（3）墙拱交替法墙拱交替法是上述两种方法的混合使用，边墙和顶拱的修筑相互交替进行，它适用于不能单独采用先墙后拱法或先拱后墙法的特殊情况。

其施工步骤是：先开挖外侧边墙部位土石方，修筑外侧边墙；开挖部分堑壕至起拱线，修筑顶拱；分段交错开挖余下的堑壕，筑内侧边墙。

2.2盖挖法盖挖法是先盖后挖，以临时路面或结构顶板维持地面畅通再进行下部结构施作的施工方法。

当地下工程明做时需要穿越公路、建筑等障碍物而采取的新型工程施工方法。

盖挖法施工的优点是：结构的水平位移小；结构板作为基坑开挖的支撑，节省了临时支撑；缩短占道时间，减少对地面干扰；受外界气候影响小。

其缺点是：出土不方便；板墙柱施工接头多，需进行防水处理；工效低，速度慢；结构框架形成之前，中间立柱能够支承的上部荷载有限。

盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。

主体结构可以顺作，也可以逆作。

在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。

根据工程实际情况具体又可分为以下几种方法：（1)盖挖顺作法盖挖顺作法是在地表作业完成挡土结构后，以定型的预制标准覆萧结构（包括纵、横梁和路面板）置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖和加设横撑，直至设计标高。

依序由下而上，施工主体结构和防水措施，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。

最后，视需要拆除挡上结构外露部分并恢复道路。

在道路交通不能长期中断的情况下修建车站主体时，可考虑采用盖挖顺作法。

（2)盖挖逆作法盖挖逆作法是先在地表面向下做基坑的维护结构和中间桩柱，和盖挖顺作法一样，基坑维护结构多采用地下连续墙或帷幕桩，中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱以降低工程造价。

随后即可开挖表层土体至主体结构顶板地面标高，利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。

顶板可以作为一道强有力的横撑，以防止维护结构向基坑内变形，待回填土后将道路复原，恢复交通。

以后的工作都是在顶板覆盖下进行，即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板。

如果开挖面积较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起临近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，常采用盖挖逆作法施工。

（3)盖挖半逆作法盖挖半逆作法与逆作法的区别仅在于顶板完成及恢复路面后，向下挖土至设计标高后先浇筑底板，再依次向上逐层浇筑侧墙、楼板。

在半逆作法施工中，一般都必须设置横撑并施加预应力。

2.2浅埋暗挖法浅埋暗挖法起源于1986年北京地铁复兴门车站折返线工程，由于当时取得了很大的经济效益和社会效益，随后铁道部等相关部门讨论后确定采用“浅埋暗挖法”这个名称，建设部把它命名为国家级工法。

浅埋暗挖法，是指在软弱围岩地层中，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅和锚喷砼作为初期支护手段，遵循“新奥法”理论，按照“十八字”方针，即“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”进行隧道的设计和施工。

浅埋暗挖法又称矿山法，基本不考虑利用围岩的自承能力，采用复合衬砌，初期支护承受全部基本荷载，二衬作为安全储备，共同承担特殊荷载。

浅埋暗挖法理论源于“新奥法”，如以锚喷作为初期支护手段；尽量减少围岩扰动；初支与围岩密贴；量测信息反馈指导施工等。

浅埋暗挖的优点：结构形式灵活多变，对地面建筑、道路和地下管线影响不大，拆迁占地少，扰民少，污染城市环境少等。

缺点：施工速度慢，喷射混凝土粉尘多，劳动强度大，机械化程度不高，以及高水位地层结构防水比较困难等。

浅埋暗挖法施工步骤：施工准备—→超前小导管布设—→注浆—→土方开挖—→格栅架立—→钢筋网片、连接筋—→喷射混凝土—→防水施工—→二次衬砌，（见图2）。

图2浅埋暗挖法施工步骤图浅埋暗挖施工技术原则：浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。

在暗挖施工作业时根据地质情况制定相应的开挖步骤和支护措施，严格根据量测数据确定支护参数，保证暗挖作业和周边环境的安全。

管超前：开挖拱部土体自稳能力差，自立时间短，土体凌空后极易坍塌，采用超前支护的各种手段主要提高土体的稳定性，控制下沉，防止围岩松弛和坍塌。