浅埋隧道是一种特定条件下的隧道工程,其施工不仅受覆盖层地质因素的制约,而且还受地面环境的影响。

      浅埋隧道有整座隧道浅埋和隧道部分地段浅埋两种情况。常用的施工方法有明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法、地下连续墙法及盾构法等。

       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。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,也可逆作。浅埋暗挖法则是在特定条件下,不挖开地面,全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工方法。隧道工程采用盾构法在软弱地质条件下进行暗挖法施工已很普遍,当然也可适用于浅埋隧道的施工。

一、明挖法施工

        明挖法施工的隧道(有时称为明洞),其主体结构施工与地面上工程相似,故不再叙述本节仅对常见的基坑开挖与支护方法作介绍。

1.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度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。

2.悬臂支护开挖法

     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度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。

    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,便于基坑开挖和主体结构施工的机械化,也易保证工程质量。其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。

    围护结构常用木桩、钢桩、挖孔桩、灌筑桩、钢筋混凝土预制桩或连续墙等组成。为加强围护结构的强度与刚度减少其变形与位移,常采用下列工程措施：

        (1)围护结构设计成刚度较大的截面形式

        (2)围护结构顶部设圈梁等,可改善其整体受力状况提高整体刚度。

        (3)基坑外一定范围内挖去表层覆盖土,减少侧压力

        (4)基坑外进行井点降水,采用压密注浆、旋喷桩、搅拌桩或粉喷桩等方法加固土体,以减少侧压力。

        (5)基坑内用井点降水和加固土体方法,使坑底土体固结,增加土体抗力

        (6)基坑内设置护脚,即预留一定高度和宽度的原状土台,以减少开挖时围护结构暴露高度。待基坑中间部分土体挖至设计标高,将中间底板灌筑完成后,用跳槽开挖护脚土台,然后逐块浇灌这部分底板。各种措施也可联合采用。

3.围护结构有支撑的开挖法

       当基坑深度较大,开挖时除采用围护结构外,还常采用支撑加强围护结构以抵抗较大的侧压力。支撑分为水平支撑、斜支撑。也可采用锚杆加固围护结构。支撑的设置应考虑施工工艺的要求,支撑的强度、刚度、间距、层数及层位等应根据力学分析计算确定。施工中应经常检查支撑工作状态,必要时对其应力进行监控。

    1.水平支撑

    水平支撑常用的形式有横撑和角撑。基坑拐角或断面变化处用角撑,其他一般用横撑。除环形围护结构采用环梁支撑外,其余是受轴向压力的直线型支撑。支撑可用木材、钢筋混凝土构件、钢管、型钢及型钢组合构件等。使用钢管、型钢及型钢组合构件作为支撑,拆装方便,占据空间较小,回收率高,还可以做成工具式支撑,故在实际工程中应用较多。

    围护结构施工完毕,一般情况下可开挖至第一道支撑所需的标高,及时安装支撑并施加预应力。再采用挖槽法,先开挖支撑设计位置处土体(保留其两侧土体),挖至第二道支撑标高时,安装第二道支撑,并施加预应力,然后由上向下开挖土体至适当高度,继续用挖槽法安装下道支撑。重复以上方法,最后开挖至基底标高,再依次浇筑底板→下层侧墙→中板→上层侧墙→顶板。按要求的时序拆除支撑,完成结构体系转换。

    采用水平支撑的优点是墙体水平位移小,安全可靠,开挖深度不受限制。但要求围护结构的平面形状比较规则,以矩形为最佳。开挖基坑宽度较大时,支撑应加设中间支柱来保持其稳定性。中间支柱应在开挖前按设计位置做好。水平支撑开挖支护如图9-2所示。

    2.斜支撑

    当基坑横向宽度较大或形状不规则,不便使用水平支撑时,可采用斜支撑。

    斜支撑的施工常釆用中心挖槽法开挖基坑内土体至斜支撑基础底标高,浇筑基础,及时安装斜支撑,使支撑一端支承在围护结构上,另一端支承在已浇筑的基础上,并施加预应力,然后开挖其余土体。设有两道或多道斜支撑时,先安装外侧的长支撑,后安装内侧的支撑,并把所有斜支撑基础连为整体,形成结构底板。最后依次浇筑下层侧墙、中板、上层侧墙、顶板,并按要求的时序拆除支撑,完成结构体系转换采用斜支撑时,围护结构上部水平位移比较大,易引起基坑外地面及附近建筑下沉,对沉降要求严格的地段应十分慎重,因此基坑开挖深度也受到一定限制,并且斜支撑基础及结构底板需分批施工,工序交错复杂,施工难度大,如图9-3所示

    3.锚杆

    锚杆是一种设在基坑外的支撑。一般由锚头、拉杆和锚固体三个基本部分组成。锚头锚固在围护结构上。锚固体在岩石中的为岩石锚杆,在土层中的为土层锚杆。基坑开挖时,作用在围护结构上的侧压力可由锚杆与岩土之间产生的作用力来平衡。锚杆是受拉杆件,可采用高强钢索,充分发挥其抗拉性能。由于锚杆设置在基坑外,可提供宽敞的施工空间,有利于机械开挖坑内土体及组织结构主体施工。锚杆易于施加预应力,更好地控制围护结构的水平位移,减小地面及建筑物的沉降量,并能适用于各种形状的围护结构。锚杆可设成单层或多层,开挖深度不受限制;在大面积的基坑中,应用锚杆的经济效益更为显著。其缺点是工艺复杂,锚杆不易回收,造价较高。当围护结构四周为密集建筑物的深基础时,不宜采用锚杆的蠕变会降低其承载力。在流砂地层中,若锚头预留孔口与锚杆套筒之间的空隙过大时,易发生涌水涌砂,引起坑外地面和建筑物沉降(图9-4)。

    锚杄的施工方法是开挖至锚杆所需标高,钻孔插入钢索后注浆,注浆7~10d后对锚杆施加预应力。