隧道下穿富水軟弱不均勻地層沉降控制技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用①

柏江源

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南衡陽 421000)

在我國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的大背景下，我國的城市化進(jìn)程不斷加快。城市中的機(jī)動車保有數(shù)量和建筑密集程度不斷上升，現(xiàn)有的路面交通和地表土地資源已經(jīng)不能滿足城市日益擁擠的環(huán)境。因此為了緩解城市地面交通壓力和土地資源使用壓力，必須通過開挖隧道的方式進(jìn)行緩解。但是，在越來越復(fù)雜的城市環(huán)境中，隧道開挖施工面臨的困難也越來越多，施工環(huán)境和施工條件也更為復(fù)雜。因此，筆者在本文中將探討隧道下穿富水軟弱不均勻地層過程中的沉降控制技術(shù)。

1 相關(guān)處理方法與要點

1.1 隧道下穿建筑物沉降控制方面

全斷面帷幕注漿的施工方法對提升風(fēng)化花崗巖強(qiáng)度具有一定的作用，但是，對于隧道上方的建筑物的提升作用較?。辉谙麓┧淼赖氖┕み^程中，施工區(qū)域內(nèi)的圍巖石地層變形對于隧道施工過程中的安全性控制是重要的關(guān)注點之一；在隧道施工區(qū)域?qū)⒋┰匠鞘忻芗慕ㄖ簳r，通過洞內(nèi)和地表對地層進(jìn)行加固作業(yè)是整個施工流程中的關(guān)鍵性步驟。

1.2 軟弱圍巖隧道施工地表沉降控制方面

在不同的預(yù)加固強(qiáng)度、開挖進(jìn)尺條件下，隧道產(chǎn)生的沉降將有較大的差異；在該類施工情況的沉降控制技術(shù)方面，通過采用大管棚超前支護(hù)技術(shù)對于沉降的控制有顯著的作用；在隧道施工范圍涉及到富水復(fù)合地層時，具體沉降情況將受到諸多因素的影響；在富水砂質(zhì)等復(fù)雜地形條件下進(jìn)行隧道施工時，采用地面井點降水的施工技術(shù)可以有效地控制隧道的沉降過程。

以上各類隧道施工的技術(shù)方法和要點，主要針對的施工情形為地層近似水平均勻分層的情形，如果將上述方法應(yīng)用于地層特性不均勻以及地下水水位較高的沿海城市的隧道施工，雖然有一定的借鑒和參考意義，但是無法直接運(yùn)用。因此筆者將在下文中詳細(xì)探討隧道下穿富水軟弱不均勻地層的沉降控制方案和技術(shù)。

2 常見的地表沉降控制技術(shù)適應(yīng)性分析

在富水軟弱地層區(qū)域進(jìn)行隧道施工，進(jìn)行地表沉降的控制主要從兩個方面進(jìn)行。其一是洞內(nèi)措施，其二是地表控制措施。

2.1 洞內(nèi)控制措施

在洞內(nèi)措施中，主要有超前管棚支護(hù)技術(shù)、全斷面注漿加固技術(shù)、增設(shè)臨時仰拱技術(shù)以及徑向注漿加固技術(shù)。超前管棚支護(hù)技術(shù)主要適用于砂土質(zhì)地層以及極破碎巖體地層，通過該種技術(shù)的運(yùn)用主要可以較為有效地對地表沉降進(jìn)行控制，除此之外還能夠保障隧道開挖過程的安全。在施工難度方面，該技術(shù)通常情況下對施工工藝要求不高，施工過程較為簡單，普及性較好。針對富水軟弱地層的適應(yīng)情況，該技術(shù)適應(yīng)情況良好。洞內(nèi)措施中的全斷面注漿加固技術(shù)主要適用于較為軟弱和松散的地層情況。在加固效果方面，該技術(shù)主要用于優(yōu)化洞內(nèi)施工過程中的施工環(huán)境。施工過程中如果洞內(nèi)地層水出現(xiàn)大量流失情況，進(jìn)而就會導(dǎo)致地表建筑物出現(xiàn)沉降的概率大大增加，采用該種方法可以對沉降進(jìn)行有效控制，且施工難度較低。全斷面注漿加固在施工實踐中均采用機(jī)械施工的方式進(jìn)行，施工速度較快，易于控制施工周期。該種技術(shù)手段在對富水軟弱地層的隧道沉降控制中具備較高的適應(yīng)性。增設(shè)臨時仰拱的施工技術(shù)主要適用于軟弱、破碎且無水地層，其產(chǎn)生的加固效果主要在于可以有效控制隧道開挖活動引起的地表沉降。但是，增設(shè)臨時仰拱的施工方法相較于前述兩種施工方法而言施工工藝較為復(fù)雜，施工周期較長，在工期較為緊張的隧道工程中可能出現(xiàn)影響進(jìn)度的情況，且該種施工技術(shù)對于富水軟弱地層的施工適應(yīng)性較差。徑向注漿加固的施工技術(shù)主要應(yīng)用于的軟弱或松散的地層結(jié)構(gòu)，該技術(shù)產(chǎn)生的加固效果主要為可以及時進(jìn)行初支背后回填注漿，在施工后的沉降控制方面作用較為明顯。除此之外，還可以對下端面基礎(chǔ)進(jìn)行有效加固。該種技術(shù)施工過程涉及的工藝較為簡單，實施較為便利，但是該種施工技術(shù)在應(yīng)用于富水軟弱地層時的適應(yīng)性較為一般。

2.2 地表沉降控制技術(shù)

在地表沉降控制技術(shù)中主要包含旋噴樁隔斷墻施工技術(shù)和建筑物周邊地層注漿技術(shù)。旋噴樁隔斷墻施工技術(shù)主要應(yīng)用于淤泥質(zhì)土以及粘性土地層。該種施工技術(shù)可以對施工區(qū)域內(nèi)的周圍土體的水平位移情況進(jìn)行有效控制，通過控制周圍土體的水平位移可以減少隧道開挖對周邊建筑物產(chǎn)生的不利影響。該種施工技術(shù)需要運(yùn)用的機(jī)械設(shè)備較為簡單，施工實踐中管理較為便利，施工工藝較為簡便。該種施工方案對于富水軟弱地層的適應(yīng)性較好。建筑物周邊地層注漿施工技術(shù)主要應(yīng)用于破碎軟弱富水地層區(qū)域，通過該種施工技術(shù)的運(yùn)用可以對隧道施工范圍內(nèi)的地表建筑物沉降進(jìn)行有效控制。但是，在運(yùn)用該方法的過程中，如果對注漿的壓力把握不準(zhǔn)確，可能會對周邊建筑物的基礎(chǔ)產(chǎn)生不利影響甚至破壞。該種施工技術(shù)對施工工藝的要求不高，實施過程較為簡便，該種施工技術(shù)對富水軟弱地層的適應(yīng)性較好。

3 案例分析

3.1 案例基本情況

該工程南北主線為分離式的三車道隧道，埋深為10～30m，總長度約為3km。該隧道的施工范圍將涉及到穿越全、強(qiáng)、中風(fēng)化構(gòu)造巖、碎裂巖以及變質(zhì)砂巖，穿越區(qū)域地質(zhì)條件較差，穩(wěn)定性不足。除此之外，該隧道施工范圍距離大型水庫較近，因此施工范圍內(nèi)的地下水埋藏較淺且極為豐富。隧道施工范圍內(nèi)除有各類大量建筑物集群外，還將穿越一處古建筑，因此，該項工程的施工環(huán)境較為復(fù)雜。

3.2 沉降控制方案選擇

首先，該工程運(yùn)用了超前小導(dǎo)管支護(hù)技術(shù)。將超前小導(dǎo)管在拱部150°的范圍內(nèi)設(shè)置，管長為4.5m，環(huán)向間距為0.5m，縱向間距為3m；基于該工程的實際情況，采用了單漿液進(jìn)行注漿，水灰比為1比1，將初壓控制在0.5～1.0MPa，將終壓設(shè)定為2.0MPa。其次，該工程選用了上半斷面帷幕注漿技術(shù)。全斷面掛網(wǎng)噴射厚度為20cm的混凝土將掌子面進(jìn)行封閉，其后與搭接段共同構(gòu)成止?jié){巖盤。開孔直徑設(shè)定為115mm，將無縫鋼管進(jìn)行埋設(shè)使之成為孔口管。每循環(huán)的縱向長度為30m，搭接6m。在注漿的漿液材料選擇方面，根據(jù)工程實際情況采用了水泥漿液、水玻璃漿液兩種。采用了先上后下，先內(nèi)后外的注漿順序。

4 結(jié)語

本文對若干沉降控制技術(shù)對隧道下穿富水軟弱不均勻地層時的適應(yīng)性進(jìn)行了分析。在該類地質(zhì)區(qū)域施工時，可以選用上文中適應(yīng)性較強(qiáng)的沉降控制技術(shù)和方案。地層近似水平均勻分層情形的處理方式不可以完全適用于富水軟弱不均勻地層沉降控制。