浅埋黏土层大跨度隧道施工技术研究

文/刘锡健

1 前言

隧道施工常见地质灾害为塌方。浅埋黏土层隧道围岩的稳定性较差，如果开挖使其受到扰动，通常无法做到自稳，而频繁出现变化的拱顶沉降，也会给隧道安全性带来了极大的影响，这也就使得大跨度隧道对衬砌强度及相关工艺所提出的要求通常高于其他项目。因此，基于浅埋黏土层特点对大跨度隧道适用技术展开研究，其社会价值是有目共睹的。

2 项目概况

本文所讨论项目为长隧道，右线长为1400m，左线长为1350m，其埋深最大能够达到160m，为非分离结构，且开挖断面的面积为180m2，属于大跨度隧道。隧道右侧出口段埋深较浅，岩性以黏性土碎石和粉质黏土为主，天然状态相对稳定，但在开挖过程中极易出现坍塌情况，施工难度不言而喻。

3 浅埋黏土层施工难点

本项目特点如下：覆盖施工区域的残坡积物以黏性土碎石和粉质黏土为主，可塑性强且完整性较差；洞口段的坡度约为10°～15°，埋深在10～15m 的范围内，属于浅埋黏土层；开挖断面的面积较大，约为180m2，其结构为双层非分离结构。施工区域覆盖植被较少，一旦出现短时强降雨等情况，极易引发严重的下渗问题。

上述特点的存在，无形中增加了项目施工难度。在实际施工时，工作人员可能遇到的问题有：

围岩开挖有极强的扰动性，不仅沉降概率会增加；过于集中的应力，也会增加塌方的可能性。

围岩不具备理想的自稳能力，如果有快速开挖大断面的需求，沉降及塌方情况出现将无法避免。

地表水大量下渗会软化黏土层，进一步减弱其自稳能力；此外，渗水会加快衬砌结构被侵蚀的速度，施工环境将受到直接影响。

针对项目难点，有关人员提出如下解决方案：首先，利用超前小导管对施工区域进行支护，若施工区域存在较为明显的沉降情况，则可选择利用水平旋喷桩及管棚对围岩做加固处理；其次，基于双侧壁导坑对支护强度进行提高，跟进二次衬砌开展情况，确保工序具备应有的时效性以及渐进性。通过提前探测并预报地质特点的方式，为后续方案的修正指明方向[1]。另外，要想充分发挥双侧壁导坑优势，施工人员需要对临时支撑方面引起重视，确保项目涉及支护结构满足单独成环的要求。在对临时支撑进行拆除时，提前检查衬砌是否完全闭合；最后，在地表注浆前，对地表水进行全面排查与疏导，酌情引入超强排水工艺，并根据渗水点观测结果确定施工侧重点，尽量避免突涌水情况出现。

4 大跨度隧道项目建设技术研究

结合上文所分析施工难点，本项目计划采取如下技术完成施工：

4.1 超前地质探测

由专业人员利用雷达提前预报出口段地质，本项目所用雷达的屏蔽天线规格为100MHz。地质探测结果表明，施工区域反射电磁波相对稳定，多处存在振幅震荡的情况，物性分界面并不明显。由此可见，该区域围岩密实度有较大差异性，掌子面前段的密实度较其他区域更差，不仅围岩破碎且松软，其含水量也高于正常水平，涌水及坍塌情况在施工过程中出现的概率较高。

对多方因素加以考虑后，专业人员提出如下建议：提前对施工区域进行支护处理，通过预留核心土的方式，避免围岩出现明显的变形；开挖工作告一段落后，及时对渣土进行清理；实时跟进二次衬砌的施工进度与情况，根据土质含水量调整后续施工方案，最大程度减小渗水、漏水或塌方问题出现的概率；以设计工法为依据，按部就班地完成项目施工，明确暗挖施工需要遵循的原则——重测量，管超前，短开挖，严注浆，快封闭，强支护。

4.2 超前排水工艺

工作人员出于提高隧道开挖效率的考虑，基于本项目特点，做出“通过超前排水的方式，为掌子面的稳定性提供保障”的决定。项目所在区域的地质特征为渗透系数大且渗流速度较快，开挖隧道所造成降水的影响明显，因此要想在保证开挖速度的基础上，避免地下水位快速下降等情况出现，关键是要做到以下几点：通过对边线两侧进行开挖的方式，打造对地下水涌入有制约作用的止水帷幕；在开挖区域前方增加降水坡度，可有效缓解压力过大带来的涌砂及涌水问题。由此可见，提前在掌子面前对透水管进行埋设，打造符合隧道开挖需求的水力坡度，确保洞内水能够被尽数排出，对大跨度隧道建设有重要作用。

4.3 围岩衬砌工艺

本项目洞口段所采用围岩衬砌结构可被细分如下：利用注浆工艺和规格固定的管棚打造超前支护；用C25 规格混凝土进行浇筑，且浇筑厚度以28cm 为宜；预留12cm 的变形量，厚度为1.2mm 的防水卷材；对钢筋混凝土进行二次衬砌处理，确保厚度能够达到60cm。

4.4 双侧壁导坑工艺

工作人员考虑到洞口段具有开挖断面大、埋深浅和黏土层覆盖的特点，遂决定对隧道断面进行分段开挖，并对各部分做临时支撑处理，以确保临时支撑可连成闭合环状，为开挖区域的安全性及稳定性提供保证。一般来说，双侧壁导坑高度应较跨度更大，这样设计的目的是增强导坑对竖向荷载的承受能力，避免出现应力过于集中的情况，如图1 所示[2]。

该技术的应用流程如下：第一步，对左侧上导坑进行超前支护、开挖和临时支护；第二步，对左侧下导坑进行开挖及临时支护；第三步，对右侧上导坑做超前支护、开挖与临时支护处理；第四步，对右侧下导坑进行开挖并支护；第五步，对中心核心土进行支护，并在开挖核心土的基础上，对拱顶做支护处理；第六步，依次开挖中部及下部核心土；第七步，对中央管沟进行施工，在为底部仰拱提供支护的前提下，完成二次衬砌施工；第八步，先铺设道路，再对拱部进行二次衬砌；第九步，浇注中隔层与沟槽。

4.5 小导管加固工艺

4.5.1 周边固结止水

事实证明，小导管预注浆的价值主要体现在稳定边墙、加固隧道顶部、防止围岩坍塌方面。本项目所用小导管仰角为10°，施工使用气腿风枪前加垫2cm垫块，凭借风枪振动力顶进小导管。该环节所用浆液为双浆液，由水泥和水玻璃混合而成，注浆压力为0.5MPa，注浆时间为5min。过高的水位和渗水速度极快的砂层会使施工难度大幅提高，因此要想保证施工安全，关键是在开挖线两侧对止水帷幕进行加设。在打造止水帷幕时，施工人员应着重考虑双液浆配比。凝结过快会导致堵管，凝结过慢则会带来浆液流失问题。

4.5.2 稳固掌子面

本项目所在地区的地下水量较大且水位较高，施工完毕的上导洞，由于处在砂层及素填土中，其掌子面不具备良好自稳性，坍塌问题在开挖初期频繁发生。有关人员出于避免下导洞出现类似问题的考虑，遂决定以原有设计方案为基础，通过小导管加密的方式，为掌子面提供网格加密保护，阻断两侧壁水以及土体进入下导洞的途径，因而项目安全性得到了保证。

4.5.3 顶部竖向施工

对隧道进行开挖后，施工人员应及时对混凝土进行喷射，确保支护体系完全封闭。但要注意在围岩和混凝间预留空隙，同时对有阻挡作用的工字钢翼缘需要尤为关注，这是因为工字钢翼缘是影响混凝土密实度、导致沉降问题出现的主要原因。要想解决该问题，关键是将注浆导管预埋在土体和初衬间，保证项目能够做到循环注浆，确保隧道支护能够紧密接触围岩，并在增强截面刚度的基础上，避免路面出现严重变形。本项目所用浆液为纯水泥浆，其水灰比是1∶1，由专业人员结合注浆试验结果对注浆压力进行确定，通常以0.3～0.5MPa 为宜，以此能够确保隧道顶部有止水带形成，并通过科学止水的方式，使顶部土体得到改良。

5 结语

综上所述，在大跨度隧道项目施工中，对超前地质探测技术、超前排水工艺、围岩衬砌工艺加以应用，并对隧道双侧壁导坑等工艺进行研究，可使项目施工建设安全性得到保证。同时，由于项目施工存在浅埋黏土层的问题，上文还对其进行了施工难点分析，以科学合理地加固和支护技术，使得大跨度隧道施工作业连续性得到了保证。通过对相关建设工艺的实践应用，有效预防了隧道沉陷与开裂问题；与此同时，隧道施工质量也得到了有力保障。