[12-11 16:58:43] 来源：http://www.tmgc8.com 隧道工程 阅读：3418次
摘要：对隧道的开挖方法作了简要阐述，并针对某隧道的地质状况确定了施工方案，就挖孔桩帷幕暗挖施工方案进行了有限元模拟，通过施工验证，达到了良好的效果。
关键词：超浅埋隧道 挖孔桩帷幕 可行性 模拟分析
引言
隧道的开挖方式依据经济、安全、建造技术、外部环境等条件，主要分为明挖、盖挖法和暗挖三大类。超浅埋隧道的施工工艺在国内外已进行了深入的研究，特别是城市地铁车站的施工工艺已比较成熟，主要有明挖法、盖挖法、暗挖法（新奥法、矿山法、盾构法和浅埋暗挖技术等）。
明挖方式，即先将隧道设计截面处土方以及覆盖层挖去，形成一个基坑。然后在基坑内建造隧道结构，在隧道结构达到一定强度后填封基坑；或直接在基坑内施做路基；适用于覆盖层较薄时，一方面是，采用明挖，相对的挖方及填方量不大，另一方面，在覆盖层较小时，采用暗挖，开挖后孔洞上部岩体松动，容易造成大型塌方；同时，施工时考虑基坑的稳定性、排水问题以及对周围环境的影响。
盖挖法是在明挖法基础上发展起来的一种施工方法，突破了“先挖后盖”的模式代之以“先盖后挖”，即先以临时路面或结构顶板维持地面交通或环境再向下施工。主要方法有板墙盖板法和锚杆盖板法；适用于覆盖层、地面作业空间、挖方量和填方量都较小，地下水位较浅时；对地面环境影响较小，避免了许多不必要的地质灾害。我国很多地铁车站采用了此法，称为盖挖逆作法和盖挖顺作法，并取得了很好效果。在山岭浅埋隧道中也有应用。
当隧道开挖在覆盖层以下进行时，为暗挖；对于城市隧道，采用暗挖法施工不干扰地面原有的交通状态及地面建筑，选择线路的自由度较大；对于山岭隧道，由于覆盖层较厚，大多采用此法。近些年来，随着隧道施工技术的发展，在超浅埋隧道施工中，暗挖技术也得到了发展。在北京地铁复兴门折返线和西单车站施工中，应用新奥法原理采用浅埋暗挖法，取得了很大成功，并积累了丰富经验。
超浅埋隧道，由于覆盖层较薄，自撑能力差，隧道一旦开挖，上覆围岩将以较快速度下沉，如无强有力的支护措施很容易造成直达地面的大塌方；在超浅埋暗挖法中采用地层加固、预支护措施，增加围岩的稳定性；在超浅埋暗挖地下工程中采用的预加固方法主要有小导管超前预注浆、开挖面深孔注浆、超前锚杆、插板法、管棚超前支护、地表锚杆预加固技术[5]等手段，一般情况下多种预加固技术同时使用。
浙江某公路隧道隧道超浅埋段地表覆盖层厚度仅为2.5—6m，地形复杂，地质构造发育，设计为明挖，考虑到明挖对环境的影响以及可能带来的隐患，提出了暗挖施工方案；由于洞内施工加固方案对施工工期影响较大，同时覆盖层为风华岩层，其他浅埋暗挖方法具有局限性，提出了挖孔桩帷幕暗挖施工方案，在国内首次应用，并取得很好效果。
1 隧道超浅埋段工程地质概况
图1 隧道暗挖示意图
隧道浅埋段，地表为一山间凹地，覆盖层为浅坡积和波洪积，层厚0—5m，岩性为碎石粘土岩，呈松散结构；其下为弱微风化霏细斑岩，受两条大断层的影响，节理（裂隙）发育，岩体呈角（砾）碎（石）状松散结构，设计为Ⅱ类围岩。地下水分布为第四系松散孔隙水和基岩裂隙水，比较丰富。因此，该区域地质构造复杂，深基坑开挖很容易引起山体滑坡，而且在隧道出口已发生6万m2的山体滑坡；在隧道进口，由于山体的运动已造成右洞进口附近的二次衬砌的局部破坏。因此，采用明挖法，基坑的稳定性很难保证；而且处于山区凹地，地下水丰富，为山体的运动创造了条件。由于本段隧道埋深仅为2.5—6m，拱顶覆盖层较薄，而且为松散的粘性土，成拱能力差，极易坍塌；所以，暗挖围岩难以围护，为此提出了挖孔桩帷幕暗挖的施工方案。
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2 施工方案的技术经济比较
针对明挖和挖孔桩帷幕暗挖（如图1）两种施工方案在浅埋隧道施工中各有优势，为了决定最佳方案，下面从外部环境、建筑技术、经济、安全方面分析比较各方案的优越性。
2.1 明洞开挖的主要不利因素
（1）明洞开挖的目的，主要是避免暗洞施做时出现的涌水、坍塌冒顶、边墙失稳灾害。但由于隧道位于山间凹地，汇水量大，设计没有考虑施工时的排水问题，开挖后水的灾害依然存在，特别是雨水季节，排水成为主要问题。
（2）明洞开挖后，对前后山体的扰动较大，如果处理不当，极易引起山体失稳，发生山体滑坡。
（3）从施工放样情况看，该段开挖后，原施工便道将彻底被破坏，为了保证隧道出口段的施工，必须重修便道。为此，需拆迁村民住房约3000m2。
（4）作业场地狭窄，施工难以开展，尤其是出渣困难。
根据施工现场的实际情况，施工方经过反复研究，提出了挖孔桩帷幕暗挖的施工方案，即沿隧道建筑限界外侧设置四排人工挖孔桩作为侧壁支护，桩顶设置联系压梁，每座隧道两排桩之间用系梁连接，系梁之上浇注15cm厚钢筋混凝土。为了防止地下水进入隧道而影响施工，在地表进行预注浆，形成止水帷幕，以便隧道正常施工。
2.2 挖孔桩帷幕暗挖方案具有以下优点
（1）人工挖孔桩围护，设桩灵活，危险地段可以适当加密，并且可以单独使用，也可以与其他辅助支护措施配合使用。
（2）挖孔桩可以提前施工，且占地较少，施工方便，易于操作。
（3）对附近居民以及施工便道影响较小，不需要拆迁。
（4）对原地形地貌破坏较小，对山体的扰动也较小，有利于山体的稳定。
（5）混凝土完成后，可以按照设计要求先期做好地面截排水沟，减少地表水对隧道开挖造成的影响。
通过以上分析可知：挖孔桩帷幕暗挖比明挖具有明显的优势，减少了对山体的扰动，缩短了工期，减少了投资；因此，决定采用挖孔桩帷幕暗挖进行浅埋段的施工。
3 挖孔桩帷幕暗挖施工方案的有限元模拟
应用弹塑性平面有限元方法进行施工模拟分析。两隧道中心间距为35m，采用上下台阶法施工，上下台阶间距为20m，两隧道掌子面错距为30m。临时支护为锚喷网加钢拱架支护；挖孔桩设计参数为：桩径为φ1200mm，平均桩长21.10m，锚固深度为4m，间距为3m，联系梁断面为1400mm，钢筋混凝土板为150mm，隧道毛洞宽度为11.8m，挖孔桩布置如图2。
图2 挖孔桩平面布置图
利用两维平面弹塑性有限元进行了模拟分析,每一隧道的开挖分两个工况，每一施工工况分两个加载步；第一工况开挖上台阶，然后施加锚杆、喷射混凝土；第二工况开挖下台阶。由于两隧道掌子面间距较大，因此模拟分析时，两隧道分步开挖，即先开挖左洞，然后施作右洞。
（1）变形分析
每一开挖步结束时，隧道的拱顶沉降、地表沉降和洞底隆起的最大值如表1（不考虑右洞开挖对左洞的影响），每一隧道开挖结束的洞周变形及地表变形如图2、3。
表1 拱顶沉降与地表变形（mm）
施工工况
拱顶沉降
洞底隆起
地表沉降
左洞
上台阶开挖
28.38
20.31
23.29
下台阶开挖
21.72
24.67
16.35
右洞
上台阶开挖
31.26
40.33
16.52
下台阶开挖
35.27
25.72
20.00
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