浅埋黏土层大跨度隧道施工技术要点分析

文/段文红

1 前言

近年来，隧道工程项目越来越多，在浅埋黏土层隧道段，由于围岩强度和稳定性相对更低，加上开挖过程扰动的影响，进一步削弱了围岩的稳定性，导致拱顶会出现非常大的沉降。如果隧道施工工艺控制不当，很可能引发隧道塌方安全生产事故。所以在浅埋黏土层进行大跨度隧道施工时，对施工技术提出了非常高的要求。具体施工过程中，需要充分结合现场实际情况选择针对性的施工技术，在确保施工质量的前提下，加快施工进度。本文主要结合某大跨度隧道工程项目，详细介绍了浅埋黏土层大跨度隧道施工过程中的技术要点，对于类似工程项目具有很好的借鉴意义。

2 工程概况

某隧道工程项目长度超过了1000m，其中左线隧道和右线隧道长度分别为1350m 和1400m，整个隧道的最大埋藏深度达到了160m，需要开挖的断面面积大约为180m2。通过前期地质勘查发现，隧道的右侧出口段埋深相对较浅，并且围岩主要为黏性碎石和黏土。在没有外界干扰的情况下，围岩属性相对较为稳定，但根据以往实践经验，受隧道开挖扰动的影响，有发生隧道塌方的风险，给施工过程带来了很大的难度。

3 浅埋黏土层施工技术难点分析

3.1 施工难点分析

本隧道工程项目中，右侧出口部位的围岩属性为黏性土，且埋藏深度相对较浅。黏性围岩完整性相对较差，具有很好的可塑性。埋深在10～15m 左右，洞口段坡度大约在10o～15o，属于典型的浅埋黏土层。隧道开挖截面面积达到了180m2，且属于双层非分离结构。整个隧道施工区域范围内植被覆盖率不高，遇到强降雨时，地表难以蓄水，雨水会快速渗入隧道中。以上问题的存在，给隧道工程项目施工过程带来了很大难度。具体表现在以下几个方面：

第一，由于隧道属于双层非分离结构，且开挖截面达到了180m2，所以开挖过程必然会对围岩造成明显的扰动，使隧道顶板出现明显的沉降现象，加大了隧道出现塌方的风险性。

第二，浅埋黏土层区域稳定性非常差，如果开挖速度过快，必然会加速巷道顶板的沉降速度，加大隧道出现塌方的风险。

第三，地表植被数量不多，遇到雨水较多的季节，雨水会快速渗透浅埋黏土层，进一步削弱其稳定性。另外，雨水渗透到隧道衬砌结构，加速衬砌结构的腐蚀速度，制约隧道工程项目的施工质量。

3.2 应对措施分析

针对以上施工过程难点问题，技术人员结合以往的实践经验，充分考虑现场实际情况，提出大致的解决方案如下：

第一，基于超前小导管施工技术对浅埋黏土层区域进行初步支护，以提升该区域的稳定性，降低施工过程中的沉降量。如果沉降量依然过大，可以继续基于水平旋喷桩及管棚对围岩进行进一步加固施工。

第二，利用双侧壁导坑施工技术进一步对支护进行强化处理，此施工工艺需要与二次衬砌情况相配合，及时完成，确保时效性。配合使用超前探测技术对前方地质情况进行探报，准确掌握前方地质数据，为科学制定支护方案奠定坚实的数据基础。同时，要想在最大限度地发挥双侧壁导坑技术的特点，现场施工人员必须高度重视临时支撑的作用，确保所有支护结构都能够单独成环，独立起到支护的效果。只有在确保衬砌结构完全闭合的前提条件下才能拆除临时支撑[1]。

4 大跨度隧道施工技术要点研究

4.1 超前地质探测技术

本项目在施工阶段，利用先进的雷达探测技术，在专业人员的操作下对浅埋黏土层地段的地质情况进行超前探测，探测时使用的频段为100MHz。基于雷达探测结果，发现浅埋黏土层附近区域的反射波相对比较稳定，但是局部位置出现了明显的振幅振荡现象，说明探测区域的围岩属性存在一定差异。隧道撑子面前段区域围岩密度与其他区域相比较要小，围岩整体上比较松软和破碎，含水量相对更高，容易出现涌水和塌方等问题。

基于超前地质探测结果，在技术人员的商讨下，决定通过以下措施进行处理：首先，针对相关区域实施超前支护处理，并且基于预留核心土的方式防止隧道围岩出现较大的沉降变形；其次，在开挖过程中及时将开挖得到的渣土运输到指定位置堆放；再次，准确掌握隧道二次衬砌的施工情况及进度，充分结合前方地质探测结果对施工工艺方案进行调整，防止二次衬砌后续使用时发生渗水甚至塌方的问题；最后，严格按照前期设计的施工方案进行施工，现场不得随意更改施工工艺方案，如确实需要修改，需要和设计方商讨确定后方可实行。

4.2 超前排水技术

基于前期的探测结果发现，在浅埋层区域土壤含水量相对较高，导致隧道围岩稳定性降低。为了提升隧道开挖效率，在项目实施过程中，拟采用超前排水技术将相关区域内的积水及时排除，以提升隧道围岩的稳定性，避免在隧道开挖过程中围岩受到扰动的影响，发生顶板沉降量过大甚至塌方现象。浅埋黏土层区域的渗透系数相对较大，一旦进行隧道开挖，雨水容易通过黏土层渗透隧道中。为了防止以上问题的出现，可以采取以下措施进行处理：首先，开挖时先对边线两侧部位进行开挖，然后设置止水帷幕，通过这种方式可有效阻止积水涌入隧道中；其次，在浅埋层区域设置排水设施，并科学设置排水坡度，将积水主动引导到其他部位，防止过多的积水通过渗透方式进入到隧道中。比如，可以提前在撑子面前方埋设透水管道，并合理设置管道的坡度，可以将黏土层中的积水主动引导到外部，降低黏土层中的积水。已有的实践经验表明，通过预埋管道的方式对黏土层中的积水进行排除，是提升大跨度隧道施工质量的重要措施和手段，取得了很好的应用效果[2]。

4.3 围岩衬砌技术

隧道围岩衬砌的施工质量会对整个隧道工程项目的质量产生重要的影响，特别是对于本项目中的浅埋黏土层区域，更应该对围岩衬砌的过程进行严格控制，以保证衬砌的质量。具体的施工过程如下：首先，基于注浆工艺增强浅埋黏土层的强度和稳定性，同时配合使用相关规格尺寸的管棚对隧道围岩实行超前支护；其次，利用浇筑混凝土进行加强支护，使用的混凝土规格为C25，浇筑厚度控制在25cm 左右；再次，考虑到隧道拱顶可能出现的沉降量，项目中预留的变形量为12cm，在浇筑混凝土表面铺设一层防水卷材，卷材厚度为1.2mm；最后，在表面进行钢筋混凝土浇筑，称为二次衬砌，厚度需要控制在60cm 以上。

4.4 双侧壁导坑技术

考虑到隧道开挖时的断面面积大，并且右侧出口区域的埋深相对较浅。针对这些区域采用分段开挖方式，开发过程中还需要做好临时支撑措施，并且确保临时支撑能够形成一个闭合环状，确保临时支撑措施能够发挥应有的作用，以提升相关区域的稳定性和安全性。项目中采用双侧壁导坑施工技术进行开挖，如图1 所示为此项施工技术的原理图。通常情况下，双侧壁导坑的高度要比隧道本身的跨度还要大，这种工艺设计能够在一定程度上提升导坑在竖直方向上的承载能力，避免应力过于集中。

图1 双侧壁导坑法施工技术原理图

双侧壁导坑施工技术的过程如下：第一，针对左侧上导坑实施超前支护，然后进行开挖，同时做好临时支护工作；第二，在左侧下导坑区域实施上述相同步骤；第三，在右侧上倒坑区域做上述相同的施工步骤；第四，在右侧下导坑区域进行开挖，同时做好支护工作；第五，对中心核心土部位做好支护工作，然后对中心核心土进行开挖，同时做好整个巷道拱顶的支护工作；第六，按照顺序对中部和下部核心土进行开挖；第七，根据设计要求建设中央管沟，做好隧道底部拱仰的支护工作，然后进行二次衬砌混凝土浇筑施工；第八，对道路进行铺设，然后对顶部拱仰进行二次衬砌混凝土浇筑施工；第九，对中部区域的隔层和沟槽进行浇筑。

5 结语

隧道工程项目比较特殊，容易受到施工区域围岩属性的影响。当遇到浅埋黏土层时，并且在大跨度隧道施工时，难度更大。在外部环境和开挖扰动的影响下，浅埋黏土层特别容易失去稳定性，从而发生塌方安全生产事故。为了确保隧道施工的质量安全，必须充分结合现场实际情况，利用先进的施工技术，对软弱围岩进行处理，通过强化支护，确保隧道施工及后续使用的安全。本文结合某具体案例，详细介绍了浅埋黏土层大跨度隧道施工中使用的技术及其要点，可以为类似的工程项目提供很好的借鉴。