淺埋黏土層大跨度隧道施工技術研究

文/劉錫健

1 前言

隧道施工常見地質災害為塌方。淺埋黏土層隧道圍巖的穩定性較差，如果開挖使其受到擾動，通常無法做到自穩，而頻繁出現變化的拱頂沉降，也會給隧道安全性帶來了極大的影響，這也就使得大跨度隧道對襯砌強度及相關工藝所提出的要求通常高于其他項目。因此，基于淺埋黏土層特點對大跨度隧道適用技術展開研究，其社會價值是有目共睹的。

2 項目概況

本文所討論項目為長隧道，右線長為1400m，左線長為1350m，其埋深最大能夠達到160m，為非分離結構，且開挖斷面的面積為180m2，屬于大跨度隧道。隧道右側出口段埋深較淺，巖性以黏性土碎石和粉質黏土為主，天然狀態相對穩定，但在開挖過程中極易出現坍塌情況，施工難度不言而喻。

3 淺埋黏土層施工難點

本項目特點如下：覆蓋施工區域的殘坡積物以黏性土碎石和粉質黏土為主，可塑性強且完整性較差；洞口段的坡度約為10°～15°，埋深在10～15m 的范圍內，屬于淺埋黏土層；開挖斷面的面積較大，約為180m2，其結構為雙層非分離結構。施工區域覆蓋植被較少，一旦出現短時強降雨等情況，極易引發嚴重的下滲問題。

上述特點的存在，無形中增加了項目施工難度。在實際施工時，工作人員可能遇到的問題有：

圍巖開挖有極強的擾動性，不僅沉降概率會增加；過于集中的應力，也會增加塌方的可能性。

圍巖不具備理想的自穩能力，如果有快速開挖大斷面的需求，沉降及塌方情況出現將無法避免。

地表水大量下滲會軟化黏土層，進一步減弱其自穩能力；此外，滲水會加快襯砌結構被侵蝕的速度，施工環境將受到直接影響。

針對項目難點，有關人員提出如下解決方案：首先，利用超前小導管對施工區域進行支護，若施工區域存在較為明顯的沉降情況，則可選擇利用水平旋噴樁及管棚對圍巖做加固處理；其次，基于雙側壁導坑對支護強度進行提高，跟進二次襯砌開展情況，確保工序具備應有的時效性以及漸進性。通過提前探測并預報地質特點的方式，為后續方案的修正指明方向[1]。另外，要想充分發揮雙側壁導坑優勢，施工人員需要對臨時支撐方面引起重視，確保項目涉及支護結構滿足單獨成環的要求。在對臨時支撐進行拆除時，提前檢查襯砌是否完全閉合；最后，在地表注漿前，對地表水進行全面排查與疏導，酌情引入超強排水工藝，并根據滲水點觀測結果確定施工側重點，盡量避免突涌水情況出現。

4 大跨度隧道項目建設技術研究

結合上文所分析施工難點，本項目計劃采取如下技術完成施工：

4.1 超前地質探測

由專業人員利用雷達提前預報出口段地質，本項目所用雷達的屏蔽天線規格為100MHz。地質探測結果表明，施工區域反射電磁波相對穩定，多處存在振幅震蕩的情況，物性分界面并不明顯。由此可見，該區域圍巖密實度有較大差異性，掌子面前段的密實度較其他區域更差，不僅圍巖破碎且松軟，其含水量也高于正常水平，涌水及坍塌情況在施工過程中出現的概率較高。

對多方因素加以考慮后，專業人員提出如下建議：提前對施工區域進行支護處理，通過預留核心土的方式，避免圍巖出現明顯的變形；開挖工作告一段落后，及時對渣土進行清理；實時跟進二次襯砌的施工進度與情況，根據土質含水量調整后續施工方案，最大程度減小滲水、漏水或塌方問題出現的概率；以設計工法為依據，按部就班地完成項目施工，明確暗挖施工需要遵循的原則——重測量，管超前，短開挖，嚴注漿，快封閉，強支護。

4.2 超前排水工藝

工作人員出于提高隧道開挖效率的考慮，基于本項目特點，做出“通過超前排水的方式，為掌子面的穩定性提供保障”的決定。項目所在區域的地質特征為滲透系數大且滲流速度較快，開挖隧道所造成降水的影響明顯，因此要想在保證開挖速度的基礎上，避免地下水位快速下降等情況出現，關鍵是要做到以下幾點：通過對邊線兩側進行開挖的方式，打造對地下水涌入有制約作用的止水帷幕；在開挖區域前方增加降水坡度，可有效緩解壓力過大帶來的涌砂及涌水問題。由此可見，提前在掌子面前對透水管進行埋設，打造符合隧道開挖需求的水力坡度，確保洞內水能夠被盡數排出，對大跨度隧道建設有重要作用。

4.3 圍巖襯砌工藝

本項目洞口段所采用圍巖襯砌結構可被細分如下：利用注漿工藝和規格固定的管棚打造超前支護；用C25 規格混凝土進行澆筑，且澆筑厚度以28cm 為宜；預留12cm 的變形量，厚度為1.2mm 的防水卷材；對鋼筋混凝土進行二次襯砌處理，確保厚度能夠達到60cm。

4.4 雙側壁導坑工藝

工作人員考慮到洞口段具有開挖斷面大、埋深淺和黏土層覆蓋的特點，遂決定對隧道斷面進行分段開挖，并對各部分做臨時支撐處理，以確保臨時支撐可連成閉合環狀，為開挖區域的安全性及穩定性提供保證。一般來說，雙側壁導坑高度應較跨度更大，這樣設計的目的是增強導坑對豎向荷載的承受能力，避免出現應力過于集中的情況，如圖1 所示[2]。

該技術的應用流程如下：第一步，對左側上導坑進行超前支護、開挖和臨時支護；第二步，對左側下導坑進行開挖及臨時支護；第三步，對右側上導坑做超前支護、開挖與臨時支護處理；第四步，對右側下導坑進行開挖并支護；第五步，對中心核心土進行支護，并在開挖核心土的基礎上，對拱頂做支護處理；第六步，依次開挖中部及下部核心土；第七步，對中央管溝進行施工，在為底部仰拱提供支護的前提下，完成二次襯砌施工；第八步，先鋪設道路，再對拱部進行二次襯砌；第九步，澆注中隔層與溝槽。

4.5 小導管加固工藝

4.5.1 周邊固結止水

事實證明，小導管預注漿的價值主要體現在穩定邊墻、加固隧道頂部、防止圍巖坍塌方面。本項目所用小導管仰角為10°，施工使用氣腿風槍前加墊2cm墊塊，憑借風槍振動力頂進小導管。該環節所用漿液為雙漿液，由水泥和水玻璃混合而成，注漿壓力為0.5MPa，注漿時間為5min。過高的水位和滲水速度極快的砂層會使施工難度大幅提高，因此要想保證施工安全，關鍵是在開挖線兩側對止水帷幕進行加設。在打造止水帷幕時，施工人員應著重考慮雙液漿配比。凝結過快會導致堵管，凝結過慢則會帶來漿液流失問題。

4.5.2 穩固掌子面

本項目所在地區的地下水量較大且水位較高，施工完畢的上導洞，由于處在砂層及素填土中，其掌子面不具備良好自穩性，坍塌問題在開挖初期頻繁發生。有關人員出于避免下導洞出現類似問題的考慮，遂決定以原有設計方案為基礎，通過小導管加密的方式，為掌子面提供網格加密保護，阻斷兩側壁水以及土體進入下導洞的途徑，因而項目安全性得到了保證。

4.5.3 頂部豎向施工

對隧道進行開挖后，施工人員應及時對混凝土進行噴射，確保支護體系完全封閉。但要注意在圍巖和混凝間預留空隙，同時對有阻擋作用的工字鋼翼緣需要尤為關注，這是因為工字鋼翼緣是影響混凝土密實度、導致沉降問題出現的主要原因。要想解決該問題，關鍵是將注漿導管預埋在土體和初襯間，保證項目能夠做到循環注漿，確保隧道支護能夠緊密接觸圍巖，并在增強截面剛度的基礎上，避免路面出現嚴重變形。本項目所用漿液為純水泥漿，其水灰比是1∶1，由專業人員結合注漿試驗結果對注漿壓力進行確定，通常以0.3～0.5MPa 為宜，以此能夠確保隧道頂部有止水帶形成，并通過科學止水的方式，使頂部土體得到改良。

5 結語

綜上所述，在大跨度隧道項目施工中，對超前地質探測技術、超前排水工藝、圍巖襯砌工藝加以應用，并對隧道雙側壁導坑等工藝進行研究，可使項目施工建設安全性得到保證。同時，由于項目施工存在淺埋黏土層的問題，上文還對其進行了施工難點分析，以科學合理地加固和支護技術，使得大跨度隧道施工作業連續性得到了保證。通過對相關建設工藝的實踐應用，有效預防了隧道沉陷與開裂問題；與此同時，隧道施工質量也得到了有力保障。