浅谈大跨浅埋城市隧道工程开挖与支护

关键词：大跨浅埋 城市隧道工程 开挖与支护 

abstract: with the rapid development of urban construction and the underground transport networks, the requirements of the urban tunnel construction is increasingly higher. in view of the large span and shallow buried of urban tunnel project, the paper makes an comparison of a variety of excavation and support methods, which plays a role in how to choose the more economical, safety and suitability excavation and support programs. 

key words: large span and shallow buried; city tunnel project; excavation and support 

中图分类号：u45 文献表示码：a 文章编码： 

1 引言 

随着我国城市建设的快速发展，交通阻塞问题日趋严重，城市隧道工程在城市建设中起着举足轻重的地位，如北京、天津、上海、广州等地已修建地铁并已投入使用[1]。然而城市隧道工程一般具有跨度大、埋深浅、围岩软弱、地质条件差、地表建筑物及地下管线密集等特点，由此给施工带较大困难。而且，施工方法选择稍有不当就会危害人民的生命安全，对国家财政造成不可估量的损失，并将造成恶劣的社会影响。因此，如何选择经济、安全和适用的开挖与支护方法显得尤为重要。 

2 城市隧道工程开挖与支护方法[2] 

大跨浅埋隧道工程中常用开挖方法主要有明挖法、盖挖法、 浅埋暗挖法和盾构法。 

2.1 明挖法 

明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。为防止边坡失稳，明挖法主要采用放坡和悬臂支护的方式进行开挖。 

一、放坡开挖 

隧道埋深较浅，施工对周围环境影响较小，基坑开挖仅仅依靠适当坡率的边坡即可保持土体稳定，可采用放坡开挖。此法虽然开挖方量大，但机械化程度高，施工速度快，质量也易得到保证。受地下水影响的工程，可采用井点降水法提高边坡的稳定性及改善基坑内施工环境。 

放坡开挖是明挖法施工的首选方案。 

二、悬臂支护开挖法 

基坑的悬臂支护开挖法是将基坑围护结构插入基坑底部以下，然后直接开挖基坑内土体。结构处于悬臂状态，靠本身刚度和插入开挖面下的深度来平衡外侧土压力，开挖到设计标高后，再进行主体结构施工。由于基坑内无支撑，便于基础开挖和主体结构施工的机械化，也易保证工程质量。缺点是围护结构较复杂，增加了造价及施工难度。 

此法有时也用在有支撑开挖基坑的上部。 

2.2盖挖法 

盖挖法是先盖后挖，即先以临时路面或结构顶板维持地面畅通再向下施工。早期的盖挖法是在支护基坑的钢桩上架设钢梁、铺设临时路面维持地面交通。开挖到基坑底后，浇筑底板至浇筑顶板的盖挖顺作法。后来使用盖挖逆作法。用刚度更大的围护结构取代了钢桩，用结构顶板作为路面系统和支撑，结构施作顺序是自上而下挖土后浇筑侧墙楼板至底板完成。也有采用盖挖半逆作法，施工程序如下：围护结构—顶板—挖土到基坑底—底板及其侧墙—中板及其侧墙。 

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。 

2.3浅埋暗挖法 

浅埋暗挖法实质是针对软弱地层的特点，继承和发展了岩石隧道新奥法（natm）的基本原理，突出了地层改良、时空效应和快速施工等理念。其方法的实质内涵可由 18 字原则来阐明，即 “管超前”、“严注浆”、“短开挖”、“强支护”、“快封闭”和“勤量测”。[1] 

浅埋暗挖法是在开挖中采用多种辅助施工措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后即时支护，封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，有效地抑制围岩过大变形的一种综合施工技术。 

2.4盾构法 

盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需千斤顶；钢筒尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，应在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井，在竖井处安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。 

3 施工方法比较 

大跨超浅埋城市隧道在优选合理施工方法时，需综合考虑地质环境、地表建筑物与地下管网的拆迁力度、车辆通行密集度、施工速度和对周边环境影响程度等多方面因素。 

3.1 拆迁量大施工方法选择 

当地表建筑和地下管线拆迁量较大，采用明挖法的项目整体费用很高。尽管本身开挖费用并不高，但地表建筑拆迁所引起项目费用就会急剧加增。另外，拆迁量大也会影响项目施工速度。与明挖法相比，使用浅埋暗挖法和盾构法建设的同一项目，其总造价将会低于使用明挖法所建设的项目。主要原因在于，浅埋暗挖法和盾构法在地下岩层开挖，对地表建筑物影响较小，从而减少了地表拆迁所增加的费用。而且施工速度较快。 

3.2 地下障碍物大时施工方法选择 

当地下障碍物较大时，应避免采用盾构法。主要由于采用盾构很难处理较大的障碍物，如管沟、房屋桩基、孤石等。因此在选用盾构法时尽量探明通过地段是否有较大型障碍物。 

3.3 地下水位较高时施工方法选择 

当隧道开挖地段地下水位较高施工方法选择时，与浅埋暗挖法相比尽量选择盾构法。主要由于盾构技术防水性好，沉降小，而且安全可靠。但盾构无法对变截面隧道段开挖。恰恰，浅埋暗挖弥补了这一缺陷，可适用于不同形式断面的地下工程。由此可见，浅埋暗挖与盾构作为城市地下工程的两项成熟的施工技术，他们之间互补性很强。 

4 小结 

大跨浅埋城市隧道工程具有埋深浅、围岩软弱、地质条件差、地表建筑物及地下管线密集等特点, 进行施工方法选定时需综合考虑各种施工方法的优劣势，最终确定更为安全、经济适用的施工方案。 

参考文献 

[1]朱泽兵.大跨超浅埋轻轨车站隧道施工控制技术研究[博士学位论文][d] 

[2]公路桥梁和隧道施工新技术新工艺[m]