淺埋黏土層大跨度隧道施工技術及塌方病害預防

摘要：在大跨度隧道施工過程中，常遇到淺埋黏土層地質結構，如施工技術應用不得當，極易引發塌方病害，進而造成人員傷亡、機械設備受損、施工周期延長等，影響隧道施工質量。為此應綜合考量水文地質、圍巖級別、鉆挖模式、隧道長度及埋深等因素，合理實施隧道施工技術，通過有效控制手段預防塌方病害。結合隧道工程實際，分析淺埋黏土層大跨度隧道施工要點，通過研究淺埋黏土層大跨度隧道施工技術，提出形成塌方病害的影響因素及施工防范控制措施，可為相關施工提供參考。

關鍵詞：淺埋黏土層；大跨度隧道；塌方病害；預防措施

0" "引言

通常大跨度隧道施工水文地質環境復雜，建設難度大，尤其遇到圍巖穩定性差的淺埋黏土層地質環境，極易因挖掘擾動等原因引起圍巖形變不均、結構失穩、拱頂快速沉降等隧道結構安全質量問題，甚至造成塌方[1]。基于上述原因，針對此類工程項目，應根據淺埋黏土層大跨度隧道施工特點，科學分析導致塌方的影響因素，合理應用技術手段實施有效防控，提高大跨度隧道結構可靠性，有效降低塌方病害發生幾率。

1" "淺埋黏土層大跨度隧道施工概要分析

通常，將跨度不低于1000m的隧道稱為大跨度隧道。大跨度隧道工程工序復雜，涉及環節多，環境因素復雜，在淺埋黏土層掘進施工時，由于圍巖可靠性差、施工原因造成的沉降波動大，進而導致隧道結構穩定性變差，如遇持續降雨天氣，易引發地表塌腔、隧道結構塌陷等[2]。

大跨度山體隧道結構較完整，通常可應用綜合性施工技術，但因為內部復結構雜，施工難度較高，如果隧道施工應力控制不當，易引發圍巖結構剝離脫落的情況，所以應通過有效的技術手段加固圍巖，提升圍巖結構穩定性，確保隧道工程施工質量和安全。隧道地表塌腔如圖1所示。

針對淺埋黏土層隧道施工，為提高施工效率，應使用專業挖掘機械進行隧道施工。掘進施工會引發隧道內部應力變化，使內部應力重新分布，在承載能力較差的結構區域極易由分壓產生施工裂縫。同時，由于挖掘施工產生機械振動，加之外部應力結構變化，易引起結構失穩。因此應結合工程實際進行水文地質勘探，合理分析力學載荷，采用適合淺埋黏土層的圍巖材料、實施方法及施工技術，并通過技術控制手段加強圍巖加固、支護，從而形成完善的設計施工方案[3]。

2" "淺埋黏土層大跨度隧道施工技術

2.1" " 中洞法暗挖掘進技術

2.1.1" "技術特點

針對大跨度隧道淺埋黏土層施工，可應用中洞法實施隧道開挖。中洞法屬于礦山法的一種，其實現方式是先進行隧道中洞位置分層開挖，然后左、右兩側導洞同時施工，配合應用中隔壁法與交叉中隔壁法施工技術實施工序操作，以有效提升施工安全性和施工效率[4]。

該技術可應用于不同規格的隧洞橫截斷面開挖，在淺埋黏土層中應用效果較好，可有效減少區段挖掘跨度，有效控制拱頂沉降。中洞開挖后不同洞室可同時開挖、出渣。中洞法施工區域劃分如圖2所示。

2.1.2" "施工要點

應根據水文地質等施工環境科學劃分隧道開挖區域，控制相鄰開挖施工區域距離，保證不同隧道開挖施工區域的施工安全和施工效率。針對土質條件差、地表沉降大的淺埋黏土層施工，應嚴格根據施工標準。完成中洞挖掘貫通后，先進行底部縱梁、中間立柱及頂部縱梁的施工，再實施兩側導洞的挖掘施工。

利用綜合開挖臺架分層施工時，下層洞室應用全斷面法或微臺階法，上層洞室應用微臺階法，針對軟質淺埋黏土層土質還應配合開挖機械、風鉆工具鉆眼的弱爆破開挖技術，以保證結構穩定。

縱向施工時，應提前預留相應坡度，合理規劃預留區域，以為后續混凝土澆筑施工質量提供保證。中洞法施工應預留縱向錯位臺階，利用臺階完成各區域之間互連，以提升隧道結構的穩定。

2.2" " 雙側壁導坑隧道掘進技術

2.2.1" "技術特點

雙側壁導坑技術是針對淺埋軟質土層隧道開挖施工應用較廣泛的技術。利用雙側壁導坑技術，可科學劃分大跨徑隧道整體區域，即將大跨徑劃分成若干小跨徑，將大斷面劃分成小斷面，以實施各自單獨開挖掘進，最后貫通隧道[5]。雙側壁導坑技術可實現短期的自穩定效果，利用中隔壁臨時橫向和豎向支撐封閉成環進行受力支撐，豎撐及橫撐及時封閉成環，承擔部分受力，可有效控制開挖施工初期沉降及側方位移，提升軟質淺埋黏土層大跨度隧道整體穩定性。雙側壁導坑法隧道施工圖如圖3所示。

2.2.2" "施工要點

導坑挖掘實施前，為避免隧道結構失穩及坍塌現象發生，應對圍巖結構預先設置大管棚預支護。應用雙側壁導坑技術開挖施工初期，利用臨時支護實現結構支撐，直至仰拱各自封閉成環后實施拆除，避免開挖施工導致初期支護失穩，而影響隧道二次襯砌實施效果。

實施分層、分段開挖和初期支護，實現快速封閉成環。利用自制模板實施二次襯砌，并一次性澆筑成型。待二次襯砌結構穩定實施后續注漿施工，各自封閉環填充施工達到標準及時拆除支撐結構。嚴格控制注漿的溫度和速率，控制振搗頻率和時長。注漿操作完成應及時封閉現場，以達到維護隧道結構效果。

2.3" " 平頂直墻淺埋暗挖施工技術

平頂直墻淺埋暗挖施工技術主要適用于工況較復雜的隧道施工環境，尤其針對隧道施工地下水位波動大的淺埋段軟土地質效果明顯[6]。在對大跨度淺埋黏土層施工時，充分勘察施工現場工況，測量圖紙結構沉降數據參數，達到注漿要求門限值即可實施注漿加固操作。

注漿前，應選擇合適施工點實施注漿預埋操作，以使土質結構穩定性在可控范圍。實施暗挖作業時，應定時觀測隧道結構是否發生沉降，如沉降量超過門限要求，應再次進行注漿操作，以對黏土地質結構實施二次加固。平頂直墻淺埋暗挖施工技術可有效減少對地質結構的干預，通過對地質的注漿加固，可減少隧道結構沉降，避免隧道坍塌病害發生。

2.4" " 洞樁法暗挖掘進技術

洞樁法掘進技術綜合了明挖框架結構及暗挖法的優勢，主要導洞分離模式在預先暗挖好的小導洞完成中樁、邊樁、冠梁、鋼管柱等前期支護操作，建立了一體化梁、樁、拱的支撐結構，以承載開挖施工的載荷作用，實現利用支撐保護實現隧道逐層開挖施工[7]。

洞樁法暗挖掘進技術是整體支撐結構的逆作施工方式，可有效控制土質沉降量，因此具有較高的安全性，同時可大量減低臨時支撐數量，有效減少支護工作量，具有較好的經濟性。綜上所述，洞樁法暗挖掘進技術具有較好的支撐穩定性，針對淺埋黏土層大跨度隧道施工應用效果較好，但洞樁法前期支撐體系建設周期較長，不適合時間工期要求短的隧道工程建設。

3" "形成塌方病害的影響因素

3.1" " 地質結構影響因素

地質結構是引發隧道施工塌方的主要成因。淺埋黏土層隧道施工過程通常地質結構復雜，時長遇到斷層、褶皺、巖體層較大傾斜、節理裂縫等地質結構，給隧道施工帶來不小難度，如施工處理不當極易引發塌方病害。同時，隧道施工圍巖的穩定性及地下水位的較大波動，也是隧道施工塌方的主要影響因素，圍巖的結構失穩及地下水流入施工隧道，使隧道襯砌結構遭到破壞，會大幅降低淺埋黏土層大跨度隧道結構穩定性，影響施工質量和安全。

3.2" " 工程設計施工影響因素

在淺埋黏土層大跨度隧道施工前期，應進行詳細地質勘探，收集地質環境數據進行測算、相似工程比對，形成隧道施工設計方案，然后根據設計方案及施工規范，完成隧道的前期結構支護、襯砌及后續施工。如出現勘探質量不過關、類比測算數據不準確、支護襯砌工藝不科學等問題，會影響大跨度隧道施工結構穩定，提高隧道塌方發生的風險。

4" "隧道塌方施工防范控制措施

4.1" " 優化軟質土體

優化軟質土體是防止淺埋黏土層大跨度隧道施工塌方的有效手段。通過在軟質土體中實施混凝土澆筑及注漿工藝，可實現土體結構加強，為隧道內部施工自然成拱奠定基礎。混凝土澆筑厚度應不小于3m，混凝土中應蓋裝雙層鋼筋網片，使其形成穩固連接，增加牢固效果。混凝土澆筑完成進行地表注漿操作，根據工程實際土質條件進行預先注漿或深度注漿。合理選擇注漿類型及配置漿液配比，將模數控制在2.5～3之間。可適當摻入添加劑，以縮短膠凝時長。

4.2" " 加固地質結構

大跨度隧道結構的穩定安全是工程順利實施的基礎，為此需嚴格控制圍巖結構和支撐強度。工程中用圍巖的等級數判別圍巖強度，強度越高等級越低，可通過提高圍巖結構穩定性降低隧道塌方產生風險。

在施工前，可通過注漿技術進行預先支護保護，以加固隧道內部結構。利用混凝土噴射技術提高圍巖結構，最大限度降低地表干預對淺埋黏土層地質結構的影響。同時實施有效的隧道掘進施工數據監測和安全效果跟蹤，加強結構沉降控制。定期對結構外觀進行檢查，應根據地質結構環境的變化，對施工技術進行及時調整。及時優化地質條件，保證隧道地質結構的安全穩定，降低塌方風險。

4.3 改良開挖工藝

合理選擇隧道開挖工藝，是淺埋黏土層大跨度隧道施工質量的保證，也是保證施工安全的前提。施工設計時，應全面參考水文地質等工況條件，依據前期測算數據、方案比對數據等確定最優施工方法和技術，細化影響大跨度隧道施工的影響因素，制定預防措施，進而形成整體設計施工方案。

針對軟質淺埋黏土層，應明確具體支護剛性要求，合理運用支護、注漿、鎖腳錨管、水平凍結等工藝手段。加強隧道施工過程的監測力度，監測地質工況環境變化，嚴格控制地表沉降、隧道拱結構沉降及圍巖失穩等問題，提高隧道施工安全性，避免發生隧道塌方。

5" "結語

作為我國道路交通建設工程重要的構成形式，大跨度隧道土木施工一直是道路交通行業關注的焦點。大跨度隧道施工遇淺埋黏土層地質環境時，如未通過有效施工技術手段和控制措施，極易導致塌方病害，從而造成人員傷亡、機械設備受損、增加施工周期等，影響隧道施工安全。

本文結合隧道工程實際經驗，分析淺埋黏土層大跨度隧道施工要點，詳細論述了淺埋黏土層大跨度隧道施工技術及應用要點，闡述形成塌方病害的影響因素，根據塌方成因提出施工防范控制措施，以全方位提升淺埋黏土層大跨度隧道施工結構安全性，并為類似隧道施工提供借鑒依據。

參考文獻

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[7] 陳祖偉.合肥軌道2號線淺埋暗挖隧道安全風險控制關鍵技術[J].產業科技創新，2020，2（28）：46-47.