李紹波

中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江 杭州 311122

引言

我國(guó)國(guó)土面積廣跨度大，有豐富多樣的地貌特征，并且是一個(gè)山地和丘陵區(qū)域較多的國(guó)家，因此隧道建設(shè)工作一直都較為重要，截至2022年我國(guó)有公路、鐵路隧道43000多座，其中市政公路隧道23000余座，無論是從總長(zhǎng)度還是總數(shù)量來說，都是居于世界首位的。在這種情況下，市政隧道施工的相關(guān)技術(shù)就非常重要，為了能夠在施工中不對(duì)周邊環(huán)境和居民造成過多影響，方便快捷的進(jìn)行作業(yè)，各地廣泛運(yùn)用了淺埋暗挖技術(shù)，以期通過采用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，提高城市的交通流動(dòng)性、改善城市環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施，并為未來發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 淺埋暗挖技術(shù)概述

它是一種既省時(shí)又省力的挖掘方式，通過將挖掘機(jī)搬運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，利用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行挖掘作業(yè)，將地下管道、電纜或其他設(shè)施埋入地下，與傳統(tǒng)的深挖技術(shù)相比，淺埋暗挖技術(shù)在施工過程中無須過多地挖掘和回填土方，從而降低了施工的難度和成本，其核心在于減少施工對(duì)地面的破壞并避免了后續(xù)的修復(fù)工作，被廣泛用于建設(shè)城市道路、供水管道、電力線路等基礎(chǔ)設(shè)施，這項(xiàng)技術(shù)能減少施工給交通和市民生活所產(chǎn)生的干擾，同時(shí)保持城市的整體美觀和環(huán)境質(zhì)量。

2 市政隧道施工特殊性

市政隧道的施工場(chǎng)地通常位于城市繁忙的地下空間中，與復(fù)雜的地下管線和設(shè)施相交錯(cuò)，施工空間狹小，對(duì)設(shè)備和人員要求高，需要考慮地質(zhì)條件、地下水位等因素。

2.1 環(huán)境條件復(fù)雜

在施工中不同地區(qū)的地質(zhì)情況各異，會(huì)涉及不同的土層、巖石類型和地下水位，在城市地下有各種各樣的供水、排水、電力、通信等管線網(wǎng)絡(luò)，這些管線和設(shè)施的位置和布局復(fù)雜多樣，施工期間需要非常小心以免對(duì)它們?cè)斐善茐模€需要做好對(duì)周圍環(huán)境的保護(hù)和噪音控制工作，將施工活動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境和居民的干擾降低到最小化。

2.2 土質(zhì)條件不穩(wěn)定

隧道穿越的地層中土壤的硬度和穩(wěn)定性會(huì)有所變化，存在軟土、黏土或者砂礫等不同類型的土質(zhì)，會(huì)增加挖掘和支護(hù)的難度，需要根據(jù)具體情況采取適當(dāng)?shù)氖┕ご胧1]。如果地下水位較高，施工過程中會(huì)面臨水土流失、泥漿涌出或者土層液化等問題，地下水位過低也會(huì)導(dǎo)致土壤干燥和收縮，增加隧道結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性。

3 淺埋暗挖技術(shù)在市政隧道施工中的應(yīng)用

3.1 上臺(tái)階施工

上臺(tái)階施工是在隧道的縱向方向上逐漸提升隧道底部的高度，以適應(yīng)地形的變化或連接不同地下層次的需求，這種施工方式可以靈活應(yīng)對(duì)地形起伏，并為市民出行提供更好的連通性和通行條件。要對(duì)隧道的底部進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈_挖和準(zhǔn)備工作，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在隧道底部設(shè)置預(yù)制混凝土臺(tái)階等適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)結(jié)構(gòu)，這些臺(tái)階可以根據(jù)需要的高度和坡度進(jìn)行制作，并在隧道內(nèi)部安裝。使用起重機(jī)或其他升降設(shè)備，將預(yù)制臺(tái)階逐個(gè)安裝到相應(yīng)的位置，仔細(xì)測(cè)量和調(diào)整臺(tái)階的位置，以確保其垂直度和水平度，隨著臺(tái)階的逐級(jí)上升，還需使用搭接板、螺栓等連接件在每個(gè)臺(tái)階之間進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接和加固，并注意設(shè)置完善的排水系統(tǒng)。

3.2 下臺(tái)階施工

該技術(shù)通過在地下進(jìn)行開挖工作，使施工過程更加高效和便捷，施工人員會(huì)在明顯的區(qū)域處設(shè)置施工標(biāo)志，并進(jìn)行臨時(shí)的交通管控，接著使用液壓挖掘機(jī)或挖掘裝載機(jī)，從隧道入口處開始進(jìn)行挖掘，并在隧道壁面上標(biāo)示出臺(tái)階的位置和高度，沿著標(biāo)示的位置逐層挖掘，使隧道壁面形成臺(tái)階狀的結(jié)構(gòu)[2]。在挖掘的過程中，施工人員需要密切配合操作，并定時(shí)將挖掘出的土方通過輸送帶或裝載車輛運(yùn)出施工區(qū)域，在挖掘完成后還要進(jìn)行支護(hù)工作，對(duì)施工區(qū)域做好必要的清理和修整工作，及時(shí)清除挖掘過程中產(chǎn)生的碎石、土方和垃圾等雜物，并對(duì)隧道壁面進(jìn)行清潔處理。

3.3 管棚支護(hù)技術(shù)

它通過安裝特制的管道形狀結(jié)構(gòu)，將其逐段放置在預(yù)定位置，并用灌漿或其他固化材料填充，從而增強(qiáng)隧道的穩(wěn)定性，這種技術(shù)操作簡(jiǎn)單高效，能夠?qū)崿F(xiàn)近乎全封閉的隧道施工，減少地下水和土壤滲入，首先要在施工區(qū)域確定好隧道的輪廓和尺寸并進(jìn)行地面標(biāo)記，使用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆驮O(shè)備，在地面上挖掘并形成一個(gè)開放的坑道，該坑道與將要建造的隧道平行，并具有適當(dāng)?shù)拈g距，然后在坑道的兩側(cè)安裝和設(shè)置好支撐結(jié)構(gòu)，便開始進(jìn)行地下挖掘工作，一旦挖掘工作完成需要使用混凝土或其他材料覆蓋隧道的壁面和頂部，當(dāng)隧道施工作業(yè)完成后可以拆除支撐結(jié)構(gòu)，工程師們還根據(jù)規(guī)范和要求對(duì)端頭支撐梁結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行了優(yōu)化，以提升撓曲變形結(jié)構(gòu)的性能，在脆弱區(qū)域安置了微小的拱形結(jié)構(gòu)，并且引入了桿件結(jié)構(gòu)。

3.4 降水技術(shù)

降水技術(shù)的主要目的是通過合理的排水系統(tǒng)，將隧道工作面周圍的地下水位降低到施工要求的范圍內(nèi)，施工人員會(huì)進(jìn)行詳細(xì)的地下水勘察和水文地質(zhì)分析，確定地下水位的變化規(guī)律和水文特征，根據(jù)勘察結(jié)果制定相應(yīng)的降水方案。在主要的排水措施中，一般采用井點(diǎn)降水和隧道內(nèi)部降水相結(jié)合的方式，井點(diǎn)降水是在隧道工作面周圍鉆設(shè)降水井，將地下水抽取到地面上，起到降低地下水位的作用，隧道內(nèi)部降水則通過在隧道內(nèi)部設(shè)置排水系統(tǒng)，將隧道內(nèi)部的積水排出，保持隧道工作面的干燥。為了增加降水效果，還要使用輔助的降水設(shè)備，利用地下水處理設(shè)備對(duì)抽出的地下水進(jìn)行處理，去除其中的懸浮物和污染物質(zhì)，保證排出的水質(zhì)符合環(huán)境要求，還可以利用地下水位監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下水位的變化，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)降水方案進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化[3]。在降水技術(shù)的實(shí)施過程中，施工人員需要密切監(jiān)測(cè)降水效果和地下水位的變化情況，定期對(duì)地下水位進(jìn)行測(cè)量和水質(zhì)檢測(cè)，及時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，保證降水方案的有效性和安全性，做好應(yīng)急準(zhǔn)備措施一旦發(fā)生降水失效或其他緊急情況，能夠及時(shí)采取措施，保障施工人員的安全和工程的順利進(jìn)行。

3.5 沉降控制技術(shù)

隧道施工過程中，由于土層的挖掘和支護(hù)施工，地表會(huì)發(fā)生不同程度的沉降現(xiàn)象，這種沉降會(huì)對(duì)周邊建筑物、地下管線等造成不利影響，因此需要采取措施來控制沉降的范圍和速度，沉降控制技術(shù)主要包括預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)、土體改良和結(jié)構(gòu)支護(hù)等方面，通過對(duì)地質(zhì)勘察和土層性質(zhì)的分析，預(yù)測(cè)施工過程中可能發(fā)生的沉降情況，并制定相應(yīng)的控制目標(biāo)和措施，設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)和使用監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)施工過程中的沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)沉降情況的變化。為了控制沉降的范圍和速度，土體改良是常用的手段之一，利用注漿、加固樁等土體改良技術(shù)，增加土層的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少沉降的程度，還可以采用預(yù)應(yīng)力錨桿、支撐框架等結(jié)構(gòu)支護(hù)措施，增加施工過程中土層的承載能力，減小沉降對(duì)周邊建筑物的影響。通過合理的施工序列和施工方法，控制土層的開挖和支護(hù)過程降低沉降的影響，還需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)沉降控制措施進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

3.6 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

為了實(shí)時(shí)了解施工進(jìn)展、監(jiān)測(cè)工程安全和管理施工人員，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)被廣泛應(yīng)用于隧道施工管理中，要安裝各類傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，在隧道施工現(xiàn)場(chǎng)采集溫度、濕度、振動(dòng)、位移等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心，使用專業(yè)的軟件系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中的異常情況，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整和應(yīng)對(duì)。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)觀察施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，監(jiān)測(cè)施工進(jìn)展、人員活動(dòng)和設(shè)備運(yùn)行情況，人員定位系統(tǒng)可以追蹤和監(jiān)控施工人員的位置和動(dòng)態(tài)[4]；設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工設(shè)備的運(yùn)行狀況，預(yù)測(cè)潛在故障并進(jìn)行維護(hù)。它提高了施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中的安全隱患和異常情況，采取相應(yīng)的措施避免事故發(fā)生，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)對(duì)施工進(jìn)度、質(zhì)量和成本進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理，及時(shí)調(diào)整施工方案和資源配置，提高施工效率和工程質(zhì)量，還可以減少人力資源的消耗，提高施工管理的智能化水平。

4 優(yōu)化市政隧道施工中淺埋暗挖技術(shù)的主要方式

4.1 合理選擇開挖方法

開挖方法的選擇會(huì)直接影響到施工效率、工程質(zhì)量和安全性，在選擇開挖方法時(shí)，需要綜合考慮地質(zhì)條件、土層性質(zhì)、周邊環(huán)境和施工要求等因素，針對(duì)地質(zhì)條件和土層性質(zhì)，可以選擇適合的開挖方法。例如，在巖石地層中，可以采用鉆爆法或機(jī)械鉆孔爆破法進(jìn)行開挖；在軟土地層中，可以選擇機(jī)械挖掘法或盾構(gòu)法進(jìn)行開挖。通過針對(duì)不同地質(zhì)條件的合理選擇，可以提高施工效率和降低施工風(fēng)險(xiǎn)。還要考慮周邊環(huán)境對(duì)開挖方法的影響，在城市密集區(qū)域，需要考慮附近建筑物、地下管線等的保護(hù)和影響，選擇采用盾構(gòu)法或頂管法進(jìn)行開挖，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響和風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)隧道的設(shè)計(jì)要求和施工進(jìn)度，可以選擇適合的開挖方法，在有限的時(shí)間內(nèi)追求快速施工的情況下，選擇頂管法進(jìn)行快速開挖；而在對(duì)地表沉降要求較高的情況下，可以采用凍結(jié)法或土壓平衡盾構(gòu)法等進(jìn)行開挖，以控制沉降的范圍和速度。此外，還可以通過創(chuàng)新和改進(jìn)開挖方法，優(yōu)化施工過程，引入先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和自動(dòng)化技術(shù)，提高開挖效率和質(zhì)量，采用先進(jìn)的土壤改良技術(shù)和支護(hù)體系，增強(qiáng)施工的安全性和穩(wěn)定性。

4.2 開挖質(zhì)量控制

施工管理團(tuán)隊(duì)需要制定詳細(xì)的施工規(guī)范和操作流程，明確施工要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢查，確保施工符合規(guī)范要求，施工設(shè)備的性能和質(zhì)量直接影響開挖效果和質(zhì)量，因此要選擇適合的設(shè)備和工具，并保持其正常運(yùn)行和維護(hù)。在開挖過程中土體的支護(hù)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，會(huì)直接影響隧道的穩(wěn)定性和安全性，合理選擇和設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)，采用合適的支護(hù)材料和技術(shù)，可以確保土體的穩(wěn)定和保持開挖斷面的形狀，通過對(duì)開挖斷面的質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決存在的問題，確保開挖質(zhì)量符合規(guī)范要求[5]。

4.3 控制混凝土裂縫

隧道結(jié)構(gòu)的混凝土裂縫會(huì)對(duì)工程的強(qiáng)度、密封性和耐久性產(chǎn)生不利影響，因此需要采取措施來控制和減少混凝土裂縫的發(fā)生。混凝土的配合比會(huì)直接影響混凝土的強(qiáng)度和收縮性能，合理的配合比可以減少混凝土的收縮變形，從而降低裂縫的形成風(fēng)險(xiǎn)，在配合比設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮水膠比、摻合料的使用、骨料的搭配等因素，采取適當(dāng)?shù)臐仓绞胶凸に?，避免過快或過慢的澆筑速度，防止混凝土中的內(nèi)部應(yīng)力被積累，要保持適宜的濕度和溫度條件對(duì)混凝土表面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，采用混凝土收縮劑來減少混凝土的收縮變形，采用溫度控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)混凝土的溫度變化，從而降低混凝土裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)束語

市政隧道施工淺埋暗挖技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的成果，然而仍有進(jìn)一步的發(fā)展空間，后續(xù)要集中在優(yōu)化開挖方法、改進(jìn)土體支護(hù)技術(shù)、加強(qiáng)沉降控制和監(jiān)測(cè)手段等方面，通過提升施工效率、加強(qiáng)施工質(zhì)量控制以及保障施工安全，市政隧道建設(shè)將能夠更好地滿足城市發(fā)展需求。