市政公用地下工程,因地下障礙物和周?chē)h(huán)境限制通常采用噴錨暗挖(礦山)法中的淺埋暗挖法施工。
一、淺埋暗挖法與掘進(jìn)方式
淺埋暗挖法施工因掘進(jìn)方式不同,可分為眾多的具體施工方法,如全斷面法、正臺(tái)階法、環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法、中洞法、側(cè)洞法、柱洞法等。
(一)全斷面開(kāi)挖法
(1)全斷面開(kāi)挖法適用于土質(zhì)穩(wěn)定、斷面較小的隧道施工,適宜人工開(kāi)挖或小型機(jī)械作業(yè)。
(2)全斷面開(kāi)挖法采取自上而下一次開(kāi)挖成形,沿著輪廓開(kāi)挖,按施工方案一次進(jìn)尺并及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)。
(3)全斷面開(kāi)挖法的優(yōu)點(diǎn)是可以減少開(kāi)挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù),有利于圍巖天然承載拱的形成,工序簡(jiǎn)便;缺點(diǎn)是對(duì)地質(zhì)條件要求嚴(yán)格,圍巖必須有足夠的自穩(wěn)能力。
(二)臺(tái)階開(kāi)挖法
(1)臺(tái)階開(kāi)挖法適用于土質(zhì)較好的隧道施工,以及軟弱圍巖、第四紀(jì)沉積地層隧道。
(2)臺(tái)階開(kāi)挖法將結(jié)構(gòu)斷面分成兩個(gè)以上部分,即分成上下兩個(gè)工作面或幾個(gè)工作面,分步開(kāi)挖。根據(jù)地層條件和機(jī)械配套情況,臺(tái)階法又可分為正臺(tái)階法和中隔壁臺(tái)階法等。正臺(tái)階法能較早使支護(hù)閉合,有利于控制其結(jié)構(gòu)變形及由此引起的地面沉降。
(3)臺(tái)階開(kāi)挖法優(yōu)點(diǎn)是具有足夠的作業(yè)空間和較快的施工速度,靈活多變,適用性強(qiáng)。
(4)臺(tái)階開(kāi)挖法注意事項(xiàng):
1)臺(tái)階數(shù)不宜過(guò)多,臺(tái)階長(zhǎng)度要適當(dāng),對(duì)城市第四紀(jì)地層,臺(tái)階長(zhǎng)度一般以控制在1d內(nèi)(d一般指隧道跨度)為宜。
2)對(duì)巖石地層,針對(duì)破碎地段可配合掛網(wǎng)噴錨支護(hù)施工,以防止落石和崩塌。
(三)環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法
(1)環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法適用于一般土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖、斷面較大的隧道施工。是城市第四紀(jì)軟土地層淺埋暗挖法最常用的一種標(biāo)準(zhǔn)掘進(jìn)方式。
(2)一般情況下,將斷面分成環(huán)形拱部(見(jiàn)表1k413041對(duì)應(yīng)工法示意圖中1,2,3),上部核心土(見(jiàn)表1k413041對(duì)應(yīng)工法示意圖中4)、下部臺(tái)階(見(jiàn)表1k413041對(duì)應(yīng)工法示意圖中5)等三部分。根據(jù)斷面的大小,環(huán)形拱部又可分成幾塊交替開(kāi)挖。環(huán)形開(kāi)挖進(jìn)尺為0.5~1.0m,不宜過(guò)長(zhǎng)。臺(tái)階長(zhǎng)度一般以控制在1d內(nèi)(d一般指隧道跨度)為宜。
(3)施工作業(yè)流程:用人工或單臂掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖環(huán)形拱部→架立鋼支撐→掛鋼筋網(wǎng)→噴混凝土。在拱部初次支護(hù)保護(hù)下,為加快進(jìn)度,宜采用挖掘機(jī)或單臂掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖核心土和下臺(tái)階,隨時(shí)接長(zhǎng)鋼支撐和噴混凝土、封底。視初次支護(hù)的變形情況或施工步序,安排施工二次襯砌作業(yè)。
(4)方法的主要優(yōu)點(diǎn):
1)因?yàn)殚_(kāi)挖過(guò)程中上部留有核心土支承著開(kāi)挖面,能迅速及時(shí)地建造拱部初次支護(hù),所以開(kāi)挖工作面穩(wěn)定性好。
2)和臺(tái)階法一樣,核心土和下部開(kāi)挖都是在拱部初次支護(hù)保護(hù)下進(jìn)行的,施工安全性好。與超短臺(tái)階法相比,臺(tái)階長(zhǎng)度可以適度加長(zhǎng),以減少上、下臺(tái)階施工干擾。與下述的側(cè)壁法相比,施工機(jī)械化程度可相對(duì)提高,施工速度可加快。
(5)注意事項(xiàng):
1)雖然核心土增強(qiáng)了開(kāi)挖面的穩(wěn)定,但開(kāi)挖中圍巖要經(jīng)受多次擾動(dòng),而且斷面分塊多,支護(hù)結(jié)構(gòu)形成全斷面封閉的時(shí)間長(zhǎng),這些都有可能使圍巖變形增大。因此,常要結(jié)合輔助施工措施對(duì)開(kāi)挖工作面及其前方巖體進(jìn)行預(yù)支護(hù)或預(yù)加固。
2)由于拱形開(kāi)挖高度較小,或地層松軟錨桿不易成型,所以對(duì)城市第四紀(jì)地層,施工中一般不設(shè)或少設(shè)錨桿。
(四)單側(cè)壁導(dǎo)坑法
(1)單側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于斷面跨度大,地表沉降難于控制的軟弱松散圍巖中隧道施工。
(2)單側(cè)壁導(dǎo)坑法是將斷面橫向分成3塊或4塊:側(cè)壁導(dǎo)坑、上臺(tái)階、下臺(tái)階(分別見(jiàn)表1k413041中對(duì)應(yīng)工法示意圖的1 、 2、3),側(cè)壁導(dǎo)坑尺寸應(yīng)本著充分利用臺(tái)階的支撐作用,并考慮機(jī)械設(shè)備和施工條件而定。
(3)一般情況下側(cè)壁導(dǎo)坑寬度不宜超過(guò)0.5倍洞寬,高度以到起拱線(xiàn)為宜,這樣導(dǎo)坑可分二次開(kāi)挖和支護(hù),不需要架設(shè)工作平臺(tái),人工架立鋼支撐也較方便。
(4)導(dǎo)坑與臺(tái)階的距離沒(méi)有硬性規(guī)定,但一般應(yīng)以導(dǎo)坑施工和臺(tái)階施工不發(fā)生干擾為原則。上、下臺(tái)階的距離則視圍巖情況參照短臺(tái)階法或超短臺(tái)階法擬定。
(五)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法
(1)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法又稱(chēng)眼鏡工法。當(dāng)隧道跨度很大,地表沉陷要求嚴(yán)格,圍巖條件特別差,單側(cè)壁導(dǎo)坑法難以控制圍巖變形時(shí),可采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。
(2)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法一般是將斷面分成四塊:左、右側(cè)壁導(dǎo)坑、上部核心土、下臺(tái)階(分別見(jiàn)表1k413041中對(duì)應(yīng)工法示意圖的2、3)。導(dǎo)坑尺寸擬定的原則同前,但寬度不宜超過(guò)斷面最大跨度的1/3。左、右側(cè)導(dǎo)坑錯(cuò)開(kāi)的距離,應(yīng)根據(jù)開(kāi)挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的圍巖應(yīng)力重分布的影響不致波及另一側(cè)已成導(dǎo)坑的原則確定。
(3)施工順序:開(kāi)挖一側(cè)導(dǎo)坑,并及時(shí)地將其初次支護(hù)閉合。相隔適當(dāng)距離后開(kāi)挖另一側(cè)導(dǎo)坑,并建造初次支護(hù)。開(kāi)挖上部核心土,建造拱部初次支護(hù),拱腳支承在兩側(cè)壁導(dǎo)坑的初次支護(hù)上。開(kāi)挖下臺(tái)階,建造底部的初次支護(hù),使初次支護(hù)全斷面閉合。拆除導(dǎo)坑臨空部分的初次支護(hù)。施作內(nèi)層襯砌。
(4)優(yōu)缺點(diǎn):
1)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法雖然開(kāi)挖斷面分塊多,擾動(dòng)大,初次支護(hù)全斷面閉合的時(shí)間長(zhǎng),但每個(gè)分塊都是在開(kāi)挖后立即各自閉合的,所以在施工中間變形幾乎不發(fā)展?,F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明,雙側(cè)壁導(dǎo)坑法所引起的地表沉降僅為短臺(tái)階法的1/2。
2)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工較為安全,但速度較慢,成本較高。
(六)中隔壁法和交叉中隔壁法
(1)中隔壁法也稱(chēng)cd工法,主要適用于地層較差、巖體不穩(wěn)定且地面沉降要求嚴(yán)格的地下工程施工。
(2)當(dāng)cd工法不能滿(mǎn)足要求時(shí),可在cd工法基礎(chǔ)上加設(shè)臨時(shí)仰拱,即所謂的交叉中隔壁法(crd工法)。
(3)cd工法和crd工法在大跨度隧道中應(yīng)用普遍,在施工中應(yīng)嚴(yán)格遵守正臺(tái)階法的施工要點(diǎn),尤其要考慮時(shí)空效應(yīng),每一步開(kāi)挖必須快速,必須及時(shí)步步成環(huán),工作面留核心土或用噴混凝土封閉,消除由于工作面應(yīng)力松弛而增大沉降值的現(xiàn)象。
(七)中洞法、側(cè)洞法、柱洞法、洞樁法
當(dāng)?shù)貙訔l件差、斷面特大時(shí),一般設(shè)計(jì)成多跨結(jié)構(gòu),跨與跨之間有梁、柱連接,一般采用中洞法、側(cè)洞法、柱洞法及洞樁法等施工,其核心思想是變大斷面為中小斷面,提高施工安全度。
(1)中洞法施工就是先開(kāi)挖中間部分(中洞),在中洞內(nèi)施作梁、柱結(jié)構(gòu),然后再開(kāi)挖兩側(cè)部分(側(cè)洞),并逐漸將側(cè)洞頂部荷載通過(guò)中洞初期支護(hù)轉(zhuǎn)移到梁、柱結(jié)構(gòu)上。由于中洞的跨度較大,施工中一般采用cd、crd或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工。中洞法施工工序復(fù)雜,但兩側(cè)洞對(duì)稱(chēng)施工,比較容易解決側(cè)壓力從中洞初期支護(hù)轉(zhuǎn)移到梁柱上時(shí)的不平衡側(cè)壓力問(wèn)題,施工引起的地面沉降較易控制。中洞法的特點(diǎn)是初期支護(hù)自上而下,每一步封閉成環(huán),環(huán)環(huán)相扣,二次襯砌自下而上施工,施工質(zhì)量容易得到保證。
(2)側(cè)洞法施工就是先開(kāi)挖兩側(cè)部分(側(cè)洞),在側(cè)洞內(nèi)做梁、柱結(jié)構(gòu),然后再開(kāi)挖中間部分(中洞),并逐漸將中洞頂部荷載通過(guò)初期支護(hù)轉(zhuǎn)移到梁、柱上,這種施工方法在處理中洞頂部荷載轉(zhuǎn)移時(shí),相對(duì)于中洞法要困難一些。兩側(cè)洞施工時(shí),中洞上方土體經(jīng)受多次擾動(dòng),形成危及中洞的上小下大的梯形、三角形或楔形土體,該土體直接壓在中洞上,中洞施工若不夠謹(jǐn)慎就可能發(fā)生坍塌。
(3)柱洞法施工是先在立柱位置施做一個(gè)小導(dǎo)洞,當(dāng)小導(dǎo)洞做好后,再在洞內(nèi)做底梁,形成一個(gè)細(xì)而高的縱向結(jié)構(gòu),柱洞法施工的關(guān)鍵是如何確保兩側(cè)開(kāi)挖后初期支護(hù)同步作用在頂縱梁上,而且柱子左右水平力要同時(shí)加上且保持相等。
(4)洞樁法就是先挖洞,在洞內(nèi)制作挖孔樁,梁柱完成后,再施作頂部結(jié)構(gòu),然后在其保護(hù)下施工,實(shí)際上就是將蓋挖法施工的挖孔樁梁柱等轉(zhuǎn)入地下進(jìn)行。
二、掘進(jìn)方式與選擇條件
(1)雖然掘進(jìn)方式不同,各種具體施工方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)(施工注意事項(xiàng));選擇前必須經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)條件調(diào)研分析,在技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較基礎(chǔ)上選擇較適宜的施工方法。
(2)上述不同掘進(jìn)(開(kāi)挖)方式與選擇考慮主要條件如表1k413041所示,以供工程實(shí)踐中參考。
三、掘進(jìn)(開(kāi)挖)方式及其選擇條件(見(jiàn)表1k413041):