市政隧道明挖围护结构施工技术应用研究

摘要：市政隧道明挖施工的前道工序为围护结构施工，依托实际工程项目进行围护结构施工技术的应用分析研究，对钻孔灌注桩施工工艺以及旋喷施工原理开展分析，从现场具体实施工序分成若干步骤进行比对确认；根据施工工序给出对应的质量控制措施和注意事项，最后给出边坡处理技术的工程应用分析，通过对具体边坡的处理方式和处理工艺展开研究，以期指导实际市政隧道围护结构施工。

关键词：明挖隧道；围护结构；施工技术

0引言

在城市市政工程隧道建设中，对于开挖形式和开挖工艺的确定关系到整个市政隧道质量的成败[1]。为此，工程界开展了一系列针对各类隧道开挖施工技术以及工艺方法的研究和实践。目前国内较为突出的一个工程现象是，为了加快施工进度而采用了一些不符合现场实际地质条件的施工方法进行隧道围护结构的施工，冒然的施工工艺导致了基坑的坍塌或者渗漏现象层出不穷[2]，为了遏制这一现象，需要重点解决在城市市政隧道建设过程中，如何进行明挖条件下的围护结构施工，探索其行之有效的工艺方法和组合施工技术，从而有力改善市政明挖隧道的施工技术应用缺陷。

1工程概况

本文依托商城大道（雪峰东路-浙医四院）隧道工程开展应用研究分析。该隧道采用明挖法施工，北线隧道全长约5.78km（桩号K0+040～K5+820），其中西口U型槽长210m，东口U型槽长180m，暗洞段长5390m。南线隧道全长约4.97km（桩号K0+040～K5+010），其中，西口U型槽长210m，东口U型槽长165m，暗洞段长4595m。由于明挖施工占地面积大，开挖深度大，围护结构的施工方式和施工质量直接影响明挖施工的效率和安全性。为此，结合实际工程情况以及整体要求，围护结构采用放坡开挖+土钉墙、其余基坑均采用垂直开挖，垂直开挖采用钻孔灌注桩围护结构，支撑形式采用内支撑及预应力锚索，局部围护结构外侧采用高压旋喷桩止水。

2钻孔灌注桩围护施工技术研究

2.1施工工艺分析

钻孔灌注桩施工工艺主要是通过水下罐装的方式形成。重点也是水下灌注工艺，灌注桩在水下采用导管法方式施工，在已经开挖成型的桩中灌入泥浆，泥浆的整体形式需要能有一定的充盈程度，这种充盈程度需要保证整体能力的扩充和不受到周围土压的影响而发生塌孔或者开裂变形[2]。

2.1.1围护准备工序

在进行钻孔灌注桩施工前，必须确保场地已经完成三通一平的工作，即通路、通电、通讯和场地平整。同时，需要排除地上和地下的电缆管线、设备基础等障碍物，并准备好各项临时设施，如照明、动力和安全设施。此外，还需熟悉施工图纸及场地的地下土质、水文地质资料，以确保施工的顺利进行。

在钻孔前的准备工作中，桩位测量及放样是关键步骤。测量工程师需根据设计提供的控制点，通过全站仪现场布置控制网并进行复核。依据桩基中心轴线坐标值，采用坐标法或极坐标法精确放样桩基中心线、桩基中心点等位置，并打入标桩。中心线的放样误差必须严格控制在规定范围内。同时，还需在距桩中心一定距离的安全地带设置十字形控制桩，便于校核，同时桩上需标明桩号。

2.1.2 护筒埋设

埋设护筒是方便桩基定位以及保证孔口不发生塌陷，同时还能确保周围杂质或泥浆进入到孔内，造成整体质量不达标。护筒一般需要插入表层土以下2m左右，一般采用钢板卷制成型，焊缝处要保证足够的强度和密实性。护筒的尺寸方面要求则是需要确保相对大于孔径尺寸，中心应当对齐桩位，整体的偏差必须控制在涉及规范给定的范围以内。此外，还需要对护筒的安装方法进行审核确认，在无误后通过监理验收合格方可完成，准备下一道工序。

2.1.3 钻孔与泥浆制备

钻孔以及泥浆的整体制备是钻孔灌注桩的重要工序，也是贯穿全程的一道施工工艺。钻孔的设备选型要依据土层的硬度、结构形式等方式确定，钻机钻进的钻头、钻具、钻杆等部件都需要经过严格的验收，在确保每项部件的功能均无问题后方可开始钻进。起初施工时，需要做好钻进的压力、速度控制。保持慢速钻进，小钻压钻进，等到岩层钻进一定深度后，在逐步过渡到快速和大钻压钻进，需要严格按照此规律进行施工操作。

泥浆制备是钻孔过程中的重要环节。泥浆由水、粘土（膨润土）和添加剂组成[4]，具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具、增大静水压力、隔断孔内外渗流、防止坍孔等作用。泥浆的制作和稠度需要进行特殊的制作和钻孔的整体地层方法来进行调整。泥浆一项重要内容是能够携带孔内的杂质排出孔外，同时流入孔内的泥浆要适时调整泥浆的性能指标因此，在钻孔过程中，需经常检测泥浆的各种性能指标，确保其满足施工要求。

2.1.4 清孔与钢筋笼安装

钻孔完成后，下一步工作就是清孔施工，清孔主要是保证孔内的光滑、造型精美垂直，并能够使得后续吊放钢筋笼准确无误，混凝土灌注能够将钢筋笼完全包裹，保证钢筋和混凝土的充分握裹，以提高围护桩的使用性能。清孔方式则通过反复置换泥浆完成，置换过程需要有专人监督和指导；待此工序完成后再进一步进行钢筋笼的吊装下方施工，通过汽车吊将钢筋笼吊装至高空，然后准确的放入孔内，钢筋笼整体是通过分节焊接完成整个桩体的吊放。吊放时，不能碰撞孔壁，以免塌孔或对钢筋笼造成损伤。

2.1.5 混凝土灌注

混凝土灌注是钻孔灌注桩施工的最后一步。在灌注前，需检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度，如不满足规范要求进行二次清孔。灌注时，应采用泥浆下直升导管法，将混凝土通过导管输送到桩基中。灌注过程中，应控制导管埋入混凝土的深度，避免导管拔出混凝土面。同时，还需密切关注孔口情况，若发现钢筋笼上浮等异常情况，应立即暂停灌注并查明原因处理后再继续。

2.2旋喷施工原理分析

现场施工中主要涉及双重管旋喷桩施工技术及其工艺方法。该方法通过不断移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，进行钻进施工。其中钻杆的垂直度偏差不能超过1.5%。在桩机就位后，需要先进行低压试验，通过低压射水方法来达到旋喷喷头是否畅通的目的，同时检验喷射压力是否保持正常水平。

桩机移位时，就需要按照设计确定的配合比拌制水泥浆。具体工艺流程为先将水加入桶中，再把水泥和外掺剂倒入进行混合搅拌，搅拌完成后拧开桶底部开关阀门，将制备好的泥浆流入浆液池，然后通过泥浆泵泵至第二道过滤网（孔径为0.8mm），通过两次过滤后流入浆液桶存储，待后续压浆时使用。

在进行围护桩基整个施工过程中，需要首先进行试桩的施工。对于试桩的成桩检验非常重要。通常依据灌注桩成桩后的第28天，按照有关规范标准展开检测和检验，同时做好各项记录，以确保整体围护桩质量的保证以及桩身整体完整性。

旋喷施工过程还需要重点跟进全过程注浆的监控以及记录。这包括启动钻机；开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液；利用钻杆进行导向架振动、射流成孔下沉等有关工序和操作，然后注意保证泥浆液面始终在导管以下1m范围。

2.3钻孔灌注桩的质量控制

钻孔灌注桩作为隐蔽工程，其成桩环节多且复杂，对施工技术的要求极高。质量控制是确保钻孔灌注桩满足设计要求、提高工程整体质量的关键。本节将详细论述钻孔灌注桩施工中的质量控制措施和技术要点。

在施工准备阶段，应认真审阅设计图纸，掌握水文、地质情况，选择适当的钻孔机具、钻进速度、泥浆性能等。同时，对护筒的埋设、泥浆的制备、钻机的就位等环节进行严格监控。护筒应具有足够的刚度，埋置牢固，其顶高度应高出地面和水面一定距离，以满足规范要求。泥浆的相对密度、粘度等指标需根据土层情况作适当调整，确保泥浆护壁的有效性。钻进过程中，应认真观察桩孔的垂直度，如发现倾斜应及时修正，确保成孔的垂直精度。

成孔后，清孔是确保桩身质量的重要步骤。清孔的主要目的是清除孔底沉渣，防止其对灌注桩承载能力的影响。清孔方法包括换浆、抽浆、掏渣等，需根据现场实际情况选择。清孔后，应对孔深、孔径、倾斜度进行检查，符合规范要求后方可进行水下混凝土的灌注。在灌注过程中，应严格控制混凝土的坍落度、灌注速度及导管埋深，防止断桩、夹泥等质量问题的发生。混凝土的坍落度宜控制在18cm-20cm，导管埋深一般保持在2m-4m，严禁导管提出混凝土灌注面。此外，钢筋笼的制作与安装也是质量控制的关键环节。钢筋笼应分段制作，分段长度根据吊装条件确定，接头应错开，确保不变形。在吊装过程中，应防止钢筋笼碰撞孔壁，确保其对准孔位，保证导管的水下灌注准确有效。

3预应力锚索施工技术研究

3.1 锚索施工主要工艺流程分析

预应力锚索是围护结构中应用较为广泛的一种施工技术。在城市市政隧道工程施工中，明挖基坑的边坡稳定就需要考虑使用锚索。所谓预应力锚索，就是通过向围护边坡中打入锚索至硬质岩层中，然后对锚索施加预应力，从而使得锚索最终受到拉力将围护结构拉住保证基坑结构稳定。

锚索安装时，首先应当进行锚孔的钻进施工。对于孔的深度、直径以及孔内的倾斜程度都需要严格控制参数指标，通过试钻进的方法进行实际施工参数验证。在确保无误后，方可进行正式的锚索钻进安装操作。

此外，锚索施工中还要注重锚索的泥浆要求。注浆的整体情况好坏会影响孔内的饱满程度的质量，同时对于锚索安装施工的便利性和润滑性带来一定程度的注浆的辅助效果。对于锚孔内的空隙，通过泥浆的注入能够增强其与周围岩层的是填充锚孔内的空隙，增强锚索与周围岩体的粘结力，使得锚索与周围岩层紧密的连成一个整体。对于泥浆材料的选取应优先使用性能稳定，材性较好，并具有充分流动性的水泥或水泥砂浆。在进行浆液注入过程中，要合理控制注浆量和注浆压力，保证整体注浆的密实度及压力。当注浆达到预定要求后，开始进行锚索施工。

工序的最后步骤是对已经安装的锚索做好张拉和锚定。因为要构建预应力，必须保证张拉质量和锁定质量。对张拉的设备和张拉端的锚索需要做好除锈等清洗过滤工作。张拉过程，严格控制张拉力和张拉速度，保证张拉的整体平顺性和安全性，及时让预应力施加到锚索全身，并均匀的分布到锚索孔内，锁定完成后，要通过拉拔试验检测锚索的锁定质量是否稳固，确保边坡锚索的长期正常使用，不受到干扰和影响。

3.2 边坡处理技术研究

在本工程的边坡处理方式上，主要通过喷砼方式进行处理。在施工前需对边坡进行修整作业，确保边坡的坡度、高度和形状符合设计要求。修整过程中需清除边坡上的松散土体和杂草等障碍物，确保边坡的平整度和稳定性。其次，在边坡上设置排水沟和截水沟等排水设施，确保边坡的排水畅通。排水设施的设置需根据地形和降雨量等因素进行合理规划，避免边坡因积水而发生滑坡或坍塌现象。最后也是最为重要的一步，对于稳定性较差的边坡需采取加固措施，如喷射混凝土、设置锚杆或土钉等。加固措施的选择需根据边坡的地质条件、稳定性以及施工要求等因素进行合理规划。

在上述边坡处理工程的喷砼施工技术中，除了边坡修整、排水设施设置和加固措施等基本步骤外，还需注意一系列关键的施工技术细节，以确保边坡处理的质量和安全性。

（1）修坡过程中，通过使用机械或人工方法清表，清表的具体内容和指标是将对应的松软土层、表层杂草以及人为或天然形成的障碍物清除干净，并保持表面的整体平整和稳定。此外，需要保持足够的压实度和夯实程度，通过整体精密的夯实、压实措施，来提高边坡修护的质量，使其完整性和稳定性得到充分保证。在修坡结束后，需要确保表层已经干净、无缝隙、无积水，而后进行喷射混凝土的施工步骤和工序。

其次，边坡的排水方面，也需要合理控制和规划，结合有利地形做好排水孔等排水设施的规划。在排水沟的设置过程中，应当重点考虑坡度的准确性和水流的方向性，避免出现水流淤积或者不按照排水沟的方向进行排水的可能性。同时要确保尺寸、深度和硬度保持足够，不得出现水流对其进行冲刷而使得整体性能下降，最终导致排水不畅和排水隐患等问题。

在边坡的加固过程中，对于稳定性差的边坡需要进行喷射混凝土、加设锚杆和土钉加固等方式来进一步做出支护。首先，喷射混凝土是一种常用加固方法，其工艺原理是将具有速凝效果的素混凝土浆喷射在边坡表面，通过在该表面迅速硬化产生的强大压力将边坡稳定性大大提升。喷射的厚度和喷射的具体方法需要进行技术交底，保证现场作业过程中能够进行并按照设计要求进行施工。各项加固技术措施都需要保持足够的自稳能力和组合协调方式。

最后，边坡的修护重点还是喷射混凝土的施工保证。施工人员需要做好安全防护，带好安全帽、穿好防滑鞋，高处作业需要做好防护措施和安全绳装备等。降尘控制也需要尽可能的做充分，从而减少施工对局部周围环境的干扰和影响，使得长期的环境空间处于和谐共生的状态。

4结束语

本文通过对商城大道隧道工程中明挖围护结构施工技术的应用研究，探讨了钻孔灌注桩围护结构、预应力锚索和高压旋喷桩止水等关键技术的施工工艺、质量控制和检测方法。研究结果表明，采用合理的施工工艺和质量控制措施，可以确保围护结构的稳定性和止水性能达到设计要求，为隧道工程的顺利施工和安全运营提供有力保障。同时，本研究也为类似工程的围护结构施工提供了有益的参考和借鉴。

参考文献：

[1]王侃.城市明挖隧道深基坑支护施工技术探究[J].中国建材科技，2022，31（05）：114-115+77.

[2]郝亮.地铁明挖隧道基坑围护结构施工工艺[J].设备管理与维修，2021，（14）：143-145.

[3]王书雄.明挖法隧道深基坑支护结构的施工质量控制[J].运输经理世界，2021，（14）：67-69.

[4]刘灿阳.明挖隧道深基坑支护施工及其结构稳定性分析[J].中国新技术新产品，2020，（21）： 89-91.