淺埋黏土層大跨度隧道施工技術及塌方風險防范

肖章杰

(長沙市公路橋梁建設有限責任公司，湖南 長沙 410000)

1 工程概況

淺埋黏土層大跨度隧道工程，最大埋深為170 m、開挖斷面為180 m、襯砌內輪廓線為14.61 m。根據勘察結果，隧道工程所在土層，巖性主要為含黏土碎石、碎石粉質黏土。該土層在未經擾動時，能夠保持較為穩定的狀態，但一旦開挖，則很容易造成塌方。經過檢測分析可知，該工程的圍巖為V級，缺乏自穩能力，而且隧道工程對應的地表上，基本沒有植被覆蓋，如果施工期間出現降水天氣，那么水體就會迅速深入地下，加劇隧道工程作業空間結構的不穩定問題，使得案例工程施工需要面對較高的塌方風險。

2 研究過程

2.1 施工技術難點研究方法

通過對案例工程勘察技術資料以及現場工況進行詳細了解，分析現場工況以及技術資料，對此次工程施工中存在的技術難點進行了歸納和總結，完成了對施工技術難點的研究。其中，勘察技術資料是由地質雷法勘察得出。在地質雷達勘察中，所用的屏蔽天線為100 mHz、采集時窗為800 ns、樣本點數量為513，最終得到波形圖。從波形圖可以看出，雷達波的衰減緩慢，說明巖石的密度差異較大，局部軟弱且含水量大，為施工技術的實施帶來了較大的難度，是工程建設中的施工技術難點。

2.2 塌方風險因素研究方法

在塌方風險因素分析中，研究者選用了模糊綜合評價法，對各項風險因素進行了量化分析，由此得出了塌方風險評估結果，實現了對塌方風險因素的研究。在此過程中，研究者根據地質勘察技術資料、現場勘察結果，以及其他相關資料，并考慮到勘察、設計、施工、運營各項工作環節對隧道空間穩定性的影響，構建出了塌方風險因素結構。此后，運用專家法、層次分析法，遵循公式=+，為各個因素進行了賦權。其中，為客觀權重；為主觀權重；、為分配權重。由此形成了一個完整的模糊綜合評價指標體系，通過將現實數據帶入該體系中，即可得到風險評估結果，作為風險防范的決策性依據。

3 研究結果

3.1 技術難點

經過上述施工技術研究，得出了案例工程施工技術難點，見表1。

表1 隧道工程施工技術難點匯總表

3.2 風險因素

將現實數據代入到已經確立好的指標評價體系中，得出了判斷矩陣。此后，基于該矩陣可以得出，最大特征向量值為6.219、一致性系數為0.035<0.1、一致性指標為0.044<0.1，上述參數均符合要求，因此，矩陣可靠。根據該矩陣，可以得出主觀權重集合為[0.4,0.18,0.12,0.05,0.22,0.03]，同時，專家結合現場實際情況以及自身經驗，將、取值為0.5，之后得出綜合權重為(0.36,0.13,0.19,0.09,0.18,0.05)，最終得到評價集合(0.48,0.57,0.38,0.76,0.36)。根據該評價結果可知，圍巖不穩定、埋深淺、地下水涌水、開挖方式不合理、跨度太大、施工水平較差，是造成塌方風險的主要因素。

4 結果分析

4.1 難點解決方案確立

基于上述施工技術難點研究結果，以及導致難點形成的工程工況，制定出了相應的技術難點解決方案，以期實現對施工技術難點的深入研究。圍繞第一項難點，即圍巖擾動大的問題，運用超前支護施工技術，通過在沉降較大、圍巖較為脆弱的施工段，超前構建出管棚，實現對圍巖的加固，以提高圍巖抵抗施工擾動的能力，同時，選用小導管進行注漿，由此減少支護施工造成的擾動。

對于第二項難點，即埋深太淺問題，使用雙側壁導坑施工技術，結合二次襯砌的跟進，可以增強支護的強度，而且該項施工技術具有良好的漸進性，可以避免開挖速度過快的問題，緩解施工隱患問題。在此過程中，還要加大地質預報探測力度，為施工人員提供有利依據，以便于其及時地對施工技術的實施進行優化調整，更好地攻破技術難點。

對于第三項難點，即開挖斷面大、圍巖自穩性差的問題，在運用雙側壁導坑施工技術進行是時，需做好臨時支撐的構建，尤其要注意檢查鎖腳錨桿的可靠性，確保各部分支護得以獨立成環。此外，在拆除施工時，也要重點關注導洞襯砌閉合情況，增強隧道工程作業空間結構的穩定性。

對于第四項難點，即滲水問題，采用地表注漿施工技術，并運用該項施工技術在地表構建一層混凝土抗滲結構，以改善地表土壤的抗滲性能，緩解滲水問題，同時，在隧道內，運用超前深孔注漿施工技術，構建作業面底層的抗滲層，由此應對地下水向隧道作業面施加的水壓，防止地下水大量涌出。此外，還要注意，設置好水泵排水設施，并實施檢查滲水情況，且要重點觀測滲水點，以免突發性滲水現象出現。

基于大跨度隧道工程在實際施工中存在的各種問題，在工程開挖的整個過程中，需要采用一定的監控措施來對包括圍巖在內的各種地質條件和情況進行測量，用以作為判斷圍巖質量和工程施工質量的主要依據(見表2)。

由于不同等級條件下的圍巖存在一定的差異，因而在開展監控測量工作的過程中，對于不同的測量項目應用的測量頻率也會不同(見表3)。

在表3中，主要代表量測斷面至開挖面的距離，而則表示隧道的跨度。

除此之外，淺埋黏土層對于大跨度隧道施工的影響也比較大，基于淺埋黏土層圍巖和支護結構物理力學參數的不同(見表4)，其在實際的施工中面臨的風險問題也存在一定的差異。

表2 工程監控測量內容

表3 隧道現場監控量測頻率

表4 圍巖和支護結構物理力學參數

一些隧道工程在實際的施工建設中會應用到超前支護和初期支護來滿足工程的建設需要，在實際的施工過程中，相關人員需要及時明確超前預支護和初期支護數據，才能夠更好的保障隧道工程的施工建設成果(見表5)。

表5 超前預支護、初期支護數據

4.2 坍塌風險防范方案確立

坍塌風險因素主要包括圍巖不穩定、埋深淺、地下水涌水、開挖方式不合理、跨度太大、施工水平較差這幾個方面，而之前的施工技術難點方案設計中，已經針對圍巖不穩定、埋深淺、地下水涌水、開挖方式不合理、跨度太大這幾個方面，提出了相應的解決辦法，因此，在坍塌風險防范方案確立中，主要需針對施工水平差這一因素，制定相應的處理措施。

從根據上來說，施工水平差源于兩個方面，即配套機具設備水平不佳和施工人員業務能力不佳。為此，需從這兩個方面入手，來制定處理措施，以改善施工現狀，促進隧道工程的順利建成。首先，基于現有經濟條件，選用品牌優、性能好的設備機具類型，然后選好供應商，并在設備機具運抵現場后進行性能試驗、資料核對，確認無問題后，再準許其入場。同時，在施工使用階段，要注意做好設備的保養和維護，且要每次使用之前進行調試、檢查，確認其性能狀態良好后才能正式使用。

其次，加強技術、設計交底，使施工人員能夠準確、細致地理解施工組織設計方案，減少錯誤、不當操作出現的幾率，強化施工人員的業務能力。此外，還要在施工前，組織施工人員進行培訓，保證其熟悉各項施工技術操作，深入優化其專業水平。最后，需采用旁站、巡檢等方式，對施工人員的技術操作進行監督檢查，以及時糾正不當、錯誤操作，控制由此引發的塌方風險，達到塌方風險防范的效果。

表6 建筑物下大跨度淺埋隧道巖層的物理力學指標

5 討 論

在實際施工中，應用雙側壁導坑法來滿足隧道工程的施工需要，能夠有效滿足大跨徑結構的施工要求，也能夠對施工中可能存在的風險問題進行一定的控制和調整。基于圍巖結構物理參數的不同，在實際應用施工過程中，需要重視圍巖結構的支護處理，避免出現結構失穩的情況，并對注漿的溫度和速度進行更加合理的控制，以此來提高隧道工程實際的施工質量。

經過上述施工技術、塌方風險防范研究，將得出的技術方案、風險防范方案應用到工程施工中。在現場施工階段，出現了連續多天降水的天氣，隧道工程洞口段出現了一個直徑為5 m的小面積塌方，此后并未出現塌方問題。從整體上來看，由于施工中并沒有出現此類工況下容易存在的頻繁塌方問題，因此，可以說明上述施工技術方案以及風險防范方案比較有效、合理。因此，上述研究方法適用于淺埋黏土層大跨度隧道工程，可以借助此方法進行同類工程的施工技術、塌方風險防范研究，以獲得更好的施工組織方案，促進工程施工的順利開展。

6 預防隧道塌方的有效措施

針對黏土層大跨度隧道工程中存在的風險問題，要想更好的減少隧道塌方的風險，主要可以采取以下幾個方面的措施。

首先，針對隧道施工過程中的地質問題，可以在實際施工中做好圍巖強度和圍巖完整性的探測，并通過加強隧道開挖的觀測和跟蹤來更好的滿足對隧道工程施工現場進行探測的目的。在得到相應的探測結果之后，就可以結合隧道工程的實際情況來對地層進行加固，從而更好的滿足防止地面沉降的目的。

其次，通過土體改良措施，能夠對鞏固和提高隧道工程區域土質的穩定性起到重要的作用。以保證土質穩定性為主要目的，應用漿液灌注的措施，更好的滿足土體加固的需要。

在采取以上措施的過程中，隧道工程施工現場的檢測需要重點注意對各種監測項目位移速率的監控和有效測量，見表7。在隧道工程建設過程中，需要結合位移速率來確定施工地表路面的沉降量，并將其作為隧道工程開挖的主要依據，減少地表出現起拱破損現象的概率。

表7 位移速率控制基準

7 結 論

綜上所述，增強技術措施和有效落實風險防范方案，能夠提升隧道工程施工水平。針對具體的技術難點與塌方風險因素進行施工技術的選用以及方案的確立，可以有效降低塌方風險，保障隧道工程建設任務的順利完成。