淺埋黏土層大跨度隧道施工技術(shù)要點(diǎn)分析

文/段文紅

1 前言

近年來，隧道工程項(xiàng)目越來越多，在淺埋黏土層隧道段，由于圍巖強(qiáng)度和穩(wěn)定性相對(duì)更低，加上開挖過程擾動(dòng)的影響，進(jìn)一步削弱了圍巖的穩(wěn)定性，導(dǎo)致拱頂會(huì)出現(xiàn)非常大的沉降。如果隧道施工工藝控制不當(dāng)，很可能引發(fā)隧道塌方安全生產(chǎn)事故。所以在淺埋黏土層進(jìn)行大跨度隧道施工時(shí)，對(duì)施工技術(shù)提出了非常高的要求。具體施工過程中，需要充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇針對(duì)性的施工技術(shù)，在確保施工質(zhì)量的前提下，加快施工進(jìn)度。本文主要結(jié)合某大跨度隧道工程項(xiàng)目，詳細(xì)介紹了淺埋黏土層大跨度隧道施工過程中的技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)于類似工程項(xiàng)目具有很好的借鑒意義。

2 工程概況

某隧道工程項(xiàng)目長(zhǎng)度超過了1000m，其中左線隧道和右線隧道長(zhǎng)度分別為1350m 和1400m，整個(gè)隧道的最大埋藏深度達(dá)到了160m，需要開挖的斷面面積大約為180m2。通過前期地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)，隧道的右側(cè)出口段埋深相對(duì)較淺，并且圍巖主要為黏性碎石和黏土。在沒有外界干擾的情況下，圍巖屬性相對(duì)較為穩(wěn)定，但根據(jù)以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，受隧道開挖擾動(dòng)的影響，有發(fā)生隧道塌方的風(fēng)險(xiǎn)，給施工過程帶來了很大的難度。

3 淺埋黏土層施工技術(shù)難點(diǎn)分析

3.1 施工難點(diǎn)分析

本隧道工程項(xiàng)目中，右側(cè)出口部位的圍巖屬性為黏性土，且埋藏深度相對(duì)較淺。黏性圍巖完整性相對(duì)較差，具有很好的可塑性。埋深在10～15m 左右，洞口段坡度大約在10o～15o，屬于典型的淺埋黏土層。隧道開挖截面面積達(dá)到了180m2，且屬于雙層非分離結(jié)構(gòu)。整個(gè)隧道施工區(qū)域范圍內(nèi)植被覆蓋率不高，遇到強(qiáng)降雨時(shí)，地表難以蓄水，雨水會(huì)快速滲入隧道中。以上問題的存在，給隧道工程項(xiàng)目施工過程帶來了很大難度。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，由于隧道屬于雙層非分離結(jié)構(gòu)，且開挖截面達(dá)到了180m2，所以開挖過程必然會(huì)對(duì)圍巖造成明顯的擾動(dòng)，使隧道頂板出現(xiàn)明顯的沉降現(xiàn)象，加大了隧道出現(xiàn)塌方的風(fēng)險(xiǎn)性。

第二，淺埋黏土層區(qū)域穩(wěn)定性非常差，如果開挖速度過快，必然會(huì)加速巷道頂板的沉降速度，加大隧道出現(xiàn)塌方的風(fēng)險(xiǎn)。

第三，地表植被數(shù)量不多，遇到雨水較多的季節(jié)，雨水會(huì)快速滲透淺埋黏土層，進(jìn)一步削弱其穩(wěn)定性。另外，雨水滲透到隧道襯砌結(jié)構(gòu)，加速襯砌結(jié)構(gòu)的腐蝕速度，制約隧道工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量。

3.2 應(yīng)對(duì)措施分析

針對(duì)以上施工過程難點(diǎn)問題，技術(shù)人員結(jié)合以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出大致的解決方案如下：

第一，基于超前小導(dǎo)管施工技術(shù)對(duì)淺埋黏土層區(qū)域進(jìn)行初步支護(hù)，以提升該區(qū)域的穩(wěn)定性，降低施工過程中的沉降量。如果沉降量依然過大，可以繼續(xù)基于水平旋噴樁及管棚對(duì)圍巖進(jìn)行進(jìn)一步加固施工。

第二，利用雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工技術(shù)進(jìn)一步對(duì)支護(hù)進(jìn)行強(qiáng)化處理，此施工工藝需要與二次襯砌情況相配合，及時(shí)完成，確保時(shí)效性。配合使用超前探測(cè)技術(shù)對(duì)前方地質(zhì)情況進(jìn)行探報(bào)，準(zhǔn)確掌握前方地質(zhì)數(shù)據(jù)，為科學(xué)制定支護(hù)方案奠定堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時(shí)，要想在最大限度地發(fā)揮雙側(cè)壁導(dǎo)坑技術(shù)的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員必須高度重視臨時(shí)支撐的作用，確保所有支護(hù)結(jié)構(gòu)都能夠單獨(dú)成環(huán)，獨(dú)立起到支護(hù)的效果。只有在確保襯砌結(jié)構(gòu)完全閉合的前提條件下才能拆除臨時(shí)支撐[1]。

4 大跨度隧道施工技術(shù)要點(diǎn)研究

4.1 超前地質(zhì)探測(cè)技術(shù)

本項(xiàng)目在施工階段，利用先進(jìn)的雷達(dá)探測(cè)技術(shù)，在專業(yè)人員的操作下對(duì)淺埋黏土層地段的地質(zhì)情況進(jìn)行超前探測(cè)，探測(cè)時(shí)使用的頻段為100MHz?；诶走_(dá)探測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)淺埋黏土層附近區(qū)域的反射波相對(duì)比較穩(wěn)定，但是局部位置出現(xiàn)了明顯的振幅振蕩現(xiàn)象，說明探測(cè)區(qū)域的圍巖屬性存在一定差異。隧道撐子面前段區(qū)域圍巖密度與其他區(qū)域相比較要小，圍巖整體上比較松軟和破碎，含水量相對(duì)更高，容易出現(xiàn)涌水和塌方等問題。

基于超前地質(zhì)探測(cè)結(jié)果，在技術(shù)人員的商討下，決定通過以下措施進(jìn)行處理：首先，針對(duì)相關(guān)區(qū)域?qū)嵤┏爸ёo(hù)處理，并且基于預(yù)留核心土的方式防止隧道圍巖出現(xiàn)較大的沉降變形；其次，在開挖過程中及時(shí)將開挖得到的渣土運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢枚逊牛辉俅?，?zhǔn)確掌握隧道二次襯砌的施工情況及進(jìn)度，充分結(jié)合前方地質(zhì)探測(cè)結(jié)果對(duì)施工工藝方案進(jìn)行調(diào)整，防止二次襯砌后續(xù)使用時(shí)發(fā)生滲水甚至塌方的問題；最后，嚴(yán)格按照前期設(shè)計(jì)的施工方案進(jìn)行施工，現(xiàn)場(chǎng)不得隨意更改施工工藝方案，如確實(shí)需要修改，需要和設(shè)計(jì)方商討確定后方可實(shí)行。

4.2 超前排水技術(shù)

基于前期的探測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在淺埋層區(qū)域土壤含水量相對(duì)較高，導(dǎo)致隧道圍巖穩(wěn)定性降低。為了提升隧道開挖效率，在項(xiàng)目實(shí)施過程中，擬采用超前排水技術(shù)將相關(guān)區(qū)域內(nèi)的積水及時(shí)排除，以提升隧道圍巖的穩(wěn)定性，避免在隧道開挖過程中圍巖受到擾動(dòng)的影響，發(fā)生頂板沉降量過大甚至塌方現(xiàn)象。淺埋黏土層區(qū)域的滲透系數(shù)相對(duì)較大，一旦進(jìn)行隧道開挖，雨水容易通過黏土層滲透隧道中。為了防止以上問題的出現(xiàn)，可以采取以下措施進(jìn)行處理：首先，開挖時(shí)先對(duì)邊線兩側(cè)部位進(jìn)行開挖，然后設(shè)置止水帷幕，通過這種方式可有效阻止積水涌入隧道中；其次，在淺埋層區(qū)域設(shè)置排水設(shè)施，并科學(xué)設(shè)置排水坡度，將積水主動(dòng)引導(dǎo)到其他部位，防止過多的積水通過滲透方式進(jìn)入到隧道中。比如，可以提前在撐子面前方埋設(shè)透水管道，并合理設(shè)置管道的坡度，可以將黏土層中的積水主動(dòng)引導(dǎo)到外部，降低黏土層中的積水。已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，通過預(yù)埋管道的方式對(duì)黏土層中的積水進(jìn)行排除，是提升大跨度隧道施工質(zhì)量的重要措施和手段，取得了很好的應(yīng)用效果[2]。

4.3 圍巖襯砌技術(shù)

隧道圍巖襯砌的施工質(zhì)量會(huì)對(duì)整個(gè)隧道工程項(xiàng)目的質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響，特別是對(duì)于本項(xiàng)目中的淺埋黏土層區(qū)域，更應(yīng)該對(duì)圍巖襯砌的過程進(jìn)行嚴(yán)格控制，以保證襯砌的質(zhì)量。具體的施工過程如下：首先，基于注漿工藝增強(qiáng)淺埋黏土層的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，同時(shí)配合使用相關(guān)規(guī)格尺寸的管棚對(duì)隧道圍巖實(shí)行超前支護(hù)；其次，利用澆筑混凝土進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，使用的混凝土規(guī)格為C25，澆筑厚度控制在25cm 左右；再次，考慮到隧道拱頂可能出現(xiàn)的沉降量，項(xiàng)目中預(yù)留的變形量為12cm，在澆筑混凝土表面鋪設(shè)一層防水卷材，卷材厚度為1.2mm；最后，在表面進(jìn)行鋼筋混凝土澆筑，稱為二次襯砌，厚度需要控制在60cm 以上。

4.4 雙側(cè)壁導(dǎo)坑技術(shù)

考慮到隧道開挖時(shí)的斷面面積大，并且右側(cè)出口區(qū)域的埋深相對(duì)較淺。針對(duì)這些區(qū)域采用分段開挖方式，開發(fā)過程中還需要做好臨時(shí)支撐措施，并且確保臨時(shí)支撐能夠形成一個(gè)閉合環(huán)狀，確保臨時(shí)支撐措施能夠發(fā)揮應(yīng)有的作用，以提升相關(guān)區(qū)域的穩(wěn)定性和安全性。項(xiàng)目中采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工技術(shù)進(jìn)行開挖，如圖1 所示為此項(xiàng)施工技術(shù)的原理圖。通常情況下，雙側(cè)壁導(dǎo)坑的高度要比隧道本身的跨度還要大，這種工藝設(shè)計(jì)能夠在一定程度上提升導(dǎo)坑在豎直方向上的承載能力，避免應(yīng)力過于集中。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工技術(shù)原理圖

雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工技術(shù)的過程如下：第一，針對(duì)左側(cè)上導(dǎo)坑實(shí)施超前支護(hù)，然后進(jìn)行開挖，同時(shí)做好臨時(shí)支護(hù)工作；第二，在左側(cè)下導(dǎo)坑區(qū)域?qū)嵤┥鲜鱿嗤襟E；第三，在右側(cè)上倒坑區(qū)域做上述相同的施工步驟；第四，在右側(cè)下導(dǎo)坑區(qū)域進(jìn)行開挖，同時(shí)做好支護(hù)工作；第五，對(duì)中心核心土部位做好支護(hù)工作，然后對(duì)中心核心土進(jìn)行開挖，同時(shí)做好整個(gè)巷道拱頂?shù)闹ёo(hù)工作；第六，按照順序?qū)χ胁亢拖虏亢诵耐吝M(jìn)行開挖；第七，根據(jù)設(shè)計(jì)要求建設(shè)中央管溝，做好隧道底部拱仰的支護(hù)工作，然后進(jìn)行二次襯砌混凝土澆筑施工；第八，對(duì)道路進(jìn)行鋪設(shè)，然后對(duì)頂部拱仰進(jìn)行二次襯砌混凝土澆筑施工；第九，對(duì)中部區(qū)域的隔層和溝槽進(jìn)行澆筑。

5 結(jié)語(yǔ)

隧道工程項(xiàng)目比較特殊，容易受到施工區(qū)域圍巖屬性的影響。當(dāng)遇到淺埋黏土層時(shí)，并且在大跨度隧道施工時(shí)，難度更大。在外部環(huán)境和開挖擾動(dòng)的影響下，淺埋黏土層特別容易失去穩(wěn)定性，從而發(fā)生塌方安全生產(chǎn)事故。為了確保隧道施工的質(zhì)量安全，必須充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，利用先進(jìn)的施工技術(shù)，對(duì)軟弱圍巖進(jìn)行處理，通過強(qiáng)化支護(hù)，確保隧道施工及后續(xù)使用的安全。本文結(jié)合某具體案例，詳細(xì)介紹了淺埋黏土層大跨度隧道施工中使用的技術(shù)及其要點(diǎn)，可以為類似的工程項(xiàng)目提供很好的借鑒。