淺埋黏土層大跨度隧道施工技術(shù)研究

文/劉錫健

1 前言

隧道施工常見地質(zhì)災(zāi)害為塌方。淺埋黏土層隧道圍巖的穩(wěn)定性較差，如果開挖使其受到擾動，通常無法做到自穩(wěn)，而頻繁出現(xiàn)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(guān)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(shù)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(jié)構(gòu)，且開挖斷面的面積為180m2，屬于大跨度隧道。隧道右側(cè)出口段埋深較淺，巖性以黏性土碎石和粉質(zhì)黏土為主，天然狀態(tài)相對穩(wěn)定，但在開挖過程中極易出現(xiàn)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(qū)域的殘坡積物以黏性土碎石和粉質(zhì)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(nèi)，屬于淺埋黏土層；開挖斷面的面積較大，約為180m2，其結(jié)構(gòu)為雙層非分離結(jié)構(gòu)。施工區(qū)域覆蓋植被較少，一旦出現(xiàn)短時強降雨等情況，極易引發(fā)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(yīng)力，也會增加塌方的可能性。

圍巖不具備理想的自穩(wěn)能力，如果有快速開挖大斷面的需求，沉降及塌方情況出現(xiàn)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(wěn)能力；此外，滲水會加快襯砌結(jié)構(gòu)被侵蝕的速度，施工環(huán)境將受到直接影響。

針對項目難點，有關(guān)人員提出如下解決方案：首先，利用超前小導(dǎo)管對施工區(qū)域進行支護，若施工區(qū)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(cè)壁導(dǎo)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(yīng)有的時效性以及漸進性。通過提前探測并預(yù)報地質(zhì)特點的方式，為后續(xù)方案的修正指明方向[1]。另外，要想充分發(fā)揮雙側(cè)壁導(dǎo)坑優(yōu)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(jié)構(gòu)滿足單獨成環(huán)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(dǎo)，酌情引入超強排水工藝，并根據(jù)滲水點觀測結(jié)果確定施工側(cè)重點，盡量避免突涌水情況出現(xiàn)。

4 大跨度隧道項目建設(shè)技術(shù)研究

結(jié)合上文所分析施工難點，本項目計劃采取如下技術(shù)完成施工：

4.1 超前地質(zhì)探測

由專業(yè)人員利用雷達提前預(yù)報出口段地質(zhì)，本項目所用雷達的屏蔽天線規(guī)格為100MHz。地質(zhì)探測結(jié)果表明，施工區(qū)域反射電磁波相對穩(wěn)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(qū)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(qū)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(xiàn)的概率較高。

對多方因素加以考慮后，專業(yè)人員提出如下建議：提前對施工區(qū)域進行支護處理，通過預(yù)留核心土的方式，避免圍巖出現(xiàn)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(jù)土質(zhì)含水量調(diào)整后續(xù)施工方案，最大程度減小滲水、漏水或塌方問題出現(xiàn)的概率；以設(shè)計工法為依據(jù)，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(wěn)定性提供保障”的決定。項目所在區(qū)域的地質(zhì)特征為滲透系數(shù)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(chǔ)上，避免地下水位快速下降等情況出現(xiàn)，關(guān)鍵是要做到以下幾點：通過對邊線兩側(cè)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(qū)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(shè)，打造符合隧道開挖需求的水力坡度，確保洞內(nèi)水能夠被盡數(shù)排出，對大跨度隧道建設(shè)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(jié)構(gòu)可被細分如下：利用注漿工藝和規(guī)格固定的管棚打造超前支護；用C25 規(guī)格混凝土進行澆筑，且澆筑厚度以28cm 為宜；預(yù)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(cè)壁導(dǎo)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(huán)狀，為開挖區(qū)域的安全性及穩(wěn)定性提供保證。一般來說，雙側(cè)壁導(dǎo)坑高度應(yīng)較跨度更大，這樣設(shè)計的目的是增強導(dǎo)坑對豎向荷載的承受能力，避免出現(xiàn)應(yīng)力過于集中的情況，如圖1 所示[2]。

該技術(shù)的應(yīng)用流程如下：第一步，對左側(cè)上導(dǎo)坑進行超前支護、開挖和臨時支護；第二步，對左側(cè)下導(dǎo)坑進行開挖及臨時支護；第三步，對右側(cè)上導(dǎo)坑做超前支護、開挖與臨時支護處理；第四步，對右側(cè)下導(dǎo)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(chǔ)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(shè)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(dǎo)管加固工藝

4.5.1 周邊固結(jié)止水

事實證明，小導(dǎo)管預(yù)注漿的價值主要體現(xiàn)在穩(wěn)定邊墻、加固隧道頂部、防止圍巖坍塌方面。本項目所用小導(dǎo)管仰角為10°，施工使用氣腿風(fēng)槍前加墊2cm墊塊，憑借風(fēng)槍振動力頂進小導(dǎo)管。該環(huán)節(jié)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(guān)鍵是在開挖線兩側(cè)對止水帷幕進行加設(shè)。在打造止水帷幕時，施工人員應(yīng)著重考慮雙液漿配比。凝結(jié)過快會導(dǎo)致堵管，凝結(jié)過慢則會帶來漿液流失問題。

4.5.2 穩(wěn)固掌子面

本項目所在地區(qū)的地下水量較大且水位較高，施工完畢的上導(dǎo)洞，由于處在砂層及素填土中，其掌子面不具備良好自穩(wěn)性，坍塌問題在開挖初期頻繁發(fā)生。有關(guān)人員出于避免下導(dǎo)洞出現(xiàn)類似問題的考慮，遂決定以原有設(shè)計方案為基礎(chǔ)，通過小導(dǎo)管加密的方式，為掌子面提供網(wǎng)格加密保護，阻斷兩側(cè)壁水以及土體進入下導(dǎo)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(yīng)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(yù)留空隙，同時對有阻擋作用的工字鋼翼緣需要尤為關(guān)注，這是因為工字鋼翼緣是影響混凝土密實度、導(dǎo)致沉降問題出現(xiàn)的主要原因。要想解決該問題，關(guān)鍵是將注漿導(dǎo)管預(yù)埋在土體和初襯間，保證項目能夠做到循環(huán)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(chǔ)上，避免路面出現(xiàn)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(yè)人員結(jié)合注漿試驗結(jié)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(xué)止水的方式，使頂部土體得到改良。

5 結(jié)語

綜上所述，在大跨度隧道項目施工中，對超前地質(zhì)探測技術(shù)、超前排水工藝、圍巖襯砌工藝加以應(yīng)用，并對隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑等工藝進行研究，可使項目施工建設(shè)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(xué)合理地加固和支護技術(shù)，使得大跨度隧道施工作業(yè)連續(xù)性得到了保證。通過對相關(guān)建設(shè)工藝的實踐應(yīng)用，有效預(yù)防了隧道沉陷與開裂問題；與此同時，隧道施工質(zhì)量也得到了有力保障。