淺埋黏土層大跨度隧道施工技術要點分析

文/段文紅

1 前言

近年來，隧道工程項目越來越多，在淺埋黏土層隧道段，由于圍巖強度和穩定性相對更低，加上開挖過程擾動的影響，進一步削弱了圍巖的穩定性，導致拱頂會出現非常大的沉降。如果隧道施工工藝控制不當，很可能引發隧道塌方安全生產事故。所以在淺埋黏土層進行大跨度隧道施工時，對施工技術提出了非常高的要求。具體施工過程中，需要充分結合現場實際情況選擇針對性的施工技術，在確保施工質量的前提下，加快施工進度。本文主要結合某大跨度隧道工程項目，詳細介紹了淺埋黏土層大跨度隧道施工過程中的技術要點，對于類似工程項目具有很好的借鑒意義。

2 工程概況

某隧道工程項目長度超過了1000m，其中左線隧道和右線隧道長度分別為1350m 和1400m，整個隧道的最大埋藏深度達到了160m，需要開挖的斷面面積大約為180m2。通過前期地質勘查發現，隧道的右側出口段埋深相對較淺，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，圍巖屬性相對較為穩定，但根據以往實踐經驗，受隧道開挖擾動的影響，有發生隧道塌方的風險，給施工過程帶來了很大的難度。

3 淺埋黏土層施工技術難點分析

3.1 施工難點分析

本隧道工程項目中，右側出口部位的圍巖屬性為黏性土，且埋藏深度相對較淺。黏性圍巖完整性相對較差，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到了180m2，且屬于雙層非分離結構。整個隧道施工區域范圍內植被覆蓋率不高，遇到強降雨時，地表難以蓄水，雨水會快速滲入隧道中。以上問題的存在，給隧道工程項目施工過程帶來了很大難度。具體表現在以下幾個方面：

第一，由于隧道屬于雙層非分離結構，且開挖截面達到了180m2，所以開挖過程必然會對圍巖造成明顯的擾動，使隧道頂板出現明顯的沉降現象，加大了隧道出現塌方的風險性。

第二，淺埋黏土層區域穩定性非常差，如果開挖速度過快，必然會加速巷道頂板的沉降速度，加大隧道出現塌方的風險。

第三，地表植被數量不多，遇到雨水較多的季節，雨水會快速滲透淺埋黏土層，進一步削弱其穩定性。另外，雨水滲透到隧道襯砌結構，加速襯砌結構的腐蝕速度，制約隧道工程項目的施工質量。

3.2 應對措施分析

針對以上施工過程難點問題，技術人員結合以往的實踐經驗，充分考慮現場實際情況，提出大致的解決方案如下：

第一，基于超前小導管施工技術對淺埋黏土層區域進行初步支護，以提升該區域的穩定性，降低施工過程中的沉降量。如果沉降量依然過大，可以繼續基于水平旋噴樁及管棚對圍巖進行進一步加固施工。

第二，利用雙側壁導坑施工技術進一步對支護進行強化處理，此施工工藝需要與二次襯砌情況相配合，及時完成，確保時效性。配合使用超前探測技術對前方地質情況進行探報，準確掌握前方地質數據，為科學制定支護方案奠定堅實的數據基礎。同時，要想在最大限度地發揮雙側壁導坑技術的特點，現場施工人員必須高度重視臨時支撐的作用，確保所有支護結構都能夠單獨成環，獨立起到支護的效果。只有在確保襯砌結構完全閉合的前提條件下才能拆除臨時支撐[1]。

4 大跨度隧道施工技術要點研究

4.1 超前地質探測技術

本項目在施工階段，利用先進的雷達探測技術，在專業人員的操作下對淺埋黏土層地段的地質情況進行超前探測，探測時使用的頻段為100MHz。基于雷達探測結果，發現淺埋黏土層附近區域的反射波相對比較穩定，但是局部位置出現了明顯的振幅振蕩現象，說明探測區域的圍巖屬性存在一定差異。隧道撐子面前段區域圍巖密度與其他區域相比較要小，圍巖整體上比較松軟和破碎，含水量相對更高，容易出現涌水和塌方等問題。

基于超前地質探測結果，在技術人員的商討下，決定通過以下措施進行處理：首先，針對相關區域實施超前支護處理，并且基于預留核心土的方式防止隧道圍巖出現較大的沉降變形；其次，在開挖過程中及時將開挖得到的渣土運輸到指定位置堆放；再次，準確掌握隧道二次襯砌的施工情況及進度，充分結合前方地質探測結果對施工工藝方案進行調整，防止二次襯砌后續使用時發生滲水甚至塌方的問題；最后，嚴格按照前期設計的施工方案進行施工，現場不得隨意更改施工工藝方案，如確實需要修改，需要和設計方商討確定后方可實行。

4.2 超前排水技術

基于前期的探測結果發現，在淺埋層區域土壤含水量相對較高，導致隧道圍巖穩定性降低。為了提升隧道開挖效率，在項目實施過程中，擬采用超前排水技術將相關區域內的積水及時排除，以提升隧道圍巖的穩定性，避免在隧道開挖過程中圍巖受到擾動的影響，發生頂板沉降量過大甚至塌方現象。淺埋黏土層區域的滲透系數相對較大，一旦進行隧道開挖，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，可以采取以下措施進行處理：首先，開挖時先對邊線兩側部位進行開挖，然后設置止水帷幕，通過這種方式可有效阻止積水涌入隧道中；其次，在淺埋層區域設置排水設施，并科學設置排水坡度，將積水主動引導到其他部位，防止過多的積水通過滲透方式進入到隧道中。比如，可以提前在撐子面前方埋設透水管道，并合理設置管道的坡度，可以將黏土層中的積水主動引導到外部，降低黏土層中的積水。已有的實踐經驗表明，通過預埋管道的方式對黏土層中的積水進行排除，是提升大跨度隧道施工質量的重要措施和手段，取得了很好的應用效果[2]。

4.3 圍巖襯砌技術

隧道圍巖襯砌的施工質量會對整個隧道工程項目的質量產生重要的影響，特別是對于本項目中的淺埋黏土層區域，更應該對圍巖襯砌的過程進行嚴格控制，以保證襯砌的質量。具體的施工過程如下：首先，基于注漿工藝增強淺埋黏土層的強度和穩定性，同時配合使用相關規格尺寸的管棚對隧道圍巖實行超前支護；其次，利用澆筑混凝土進行加強支護，使用的混凝土規格為C25，澆筑厚度控制在25cm 左右；再次，考慮到隧道拱頂可能出現的沉降量，項目中預留的變形量為12cm，在澆筑混凝土表面鋪設一層防水卷材，卷材厚度為1.2mm；最后，在表面進行鋼筋混凝土澆筑，稱為二次襯砌，厚度需要控制在60cm 以上。

4.4 雙側壁導坑技術

考慮到隧道開挖時的斷面面積大，并且右側出口區域的埋深相對較淺。針對這些區域采用分段開挖方式，開發過程中還需要做好臨時支撐措施，并且確保臨時支撐能夠形成一個閉合環狀，確保臨時支撐措施能夠發揮應有的作用，以提升相關區域的穩定性和安全性。項目中采用雙側壁導坑施工技術進行開挖，如圖1 所示為此項施工技術的原理圖。通常情況下，雙側壁導坑的高度要比隧道本身的跨度還要大，這種工藝設計能夠在一定程度上提升導坑在豎直方向上的承載能力，避免應力過于集中。

圖1 雙側壁導坑法施工技術原理圖

雙側壁導坑施工技術的過程如下：第一，針對左側上導坑實施超前支護，然后進行開挖，同時做好臨時支護工作；第二，在左側下導坑區域實施上述相同步驟；第三，在右側上倒坑區域做上述相同的施工步驟；第四，在右側下導坑區域進行開挖，同時做好支護工作；第五，對中心核心土部位做好支護工作，然后對中心核心土進行開挖，同時做好整個巷道拱頂的支護工作；第六，按照順序對中部和下部核心土進行開挖；第七，根據設計要求建設中央管溝，做好隧道底部拱仰的支護工作，然后進行二次襯砌混凝土澆筑施工；第八，對道路進行鋪設，然后對頂部拱仰進行二次襯砌混凝土澆筑施工；第九，對中部區域的隔層和溝槽進行澆筑。

5 結語

隧道工程項目比較特殊，容易受到施工區域圍巖屬性的影響。當遇到淺埋黏土層時，并且在大跨度隧道施工時，難度更大。在外部環境和開挖擾動的影響下，淺埋黏土層特別容易失去穩定性，從而發生塌方安全生產事故。為了確保隧道施工的質量安全，必須充分結合現場實際情況，利用先進的施工技術，對軟弱圍巖進行處理，通過強化支護，確保隧道施工及后續使用的安全。本文結合某具體案例，詳細介紹了淺埋黏土層大跨度隧道施工中使用的技術及其要點，可以為類似的工程項目提供很好的借鑒。