淺埋黏土層大跨度隧道施工技術(shù)研究

汪長(zhǎng)偉

（中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司，重慶 400037）

0 引言

在施工技術(shù)不斷提高的背景下，大跨度隧道工程的數(shù)量逐年增加，其隧道的長(zhǎng)度范圍超過1000m，具有一定施工難度，而且施工環(huán)境較為復(fù)雜，尤其是淺埋黏土層施工，容易出現(xiàn)各種問題，導(dǎo)致施工單位無法順利施工從而延誤工期造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。基于此，在施工過程中，施工單位需采用先進(jìn)的施工方法，對(duì)大跨度隧道進(jìn)行開挖，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低塌方風(fēng)險(xiǎn)。

1 大跨度隧道施工過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)

在大跨度隧道施工中，淺埋黏土層可能會(huì)遇到各種困難，若是遇到塌方等情況，將會(huì)損壞施工設(shè)備，甚至造成大面積的人員傷亡，從而延誤工期，使施工單位遭受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。黏土層作為主要施工環(huán)節(jié)之一，對(duì)施工強(qiáng)度具有一定要求，在開挖過程中，圍巖的穩(wěn)定性較差，而且拱頂沉降將會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，使隧道結(jié)構(gòu)的安全性受到影響，若是遇到連續(xù)降雨天氣，容易出現(xiàn)地表塌陷的情況，從而形成塌腔如圖1 所示，直徑大約為5m 左右。同時(shí)，山體完整度較高，質(zhì)地堅(jiān)硬，雖然可以適應(yīng)多種施工技術(shù)，但是具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，綜合性較低，若是遇到較大的外部應(yīng)力，圍巖結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生脫落的現(xiàn)象，因此需要加固處理圍巖，為工程按照計(jì)劃推進(jìn)提供保障，特別注意的是，施工人員應(yīng)當(dāng)合理掌控操作時(shí)機(jī)，防止對(duì)施工作業(yè)產(chǎn)生影響[1]。

在淺埋施工段中，當(dāng)使用機(jī)器設(shè)備進(jìn)行掘進(jìn)工作時(shí)，將會(huì)改變結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力，重新排列整體應(yīng)力，而且在山體的各個(gè)部位將均勻分布應(yīng)力，若是其承載能力較弱，在分壓時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫，圍巖出現(xiàn)大面積的裂痕。此外，使用機(jī)械設(shè)備在掘進(jìn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，在外部作用下，增加了圍巖結(jié)構(gòu)分散的概率，應(yīng)當(dāng)引起施工人員的充分重視，選擇適合的圍巖材料，分析其物理力學(xué)參數(shù)如表1 所示。

圖1 地表塌腔

表1 圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)

2 淺埋黏土層大跨度隧道施工技術(shù)分類

2.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

在淺埋段施工過程中，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是廣泛應(yīng)用的施工方法之一，其施工工藝如圖2 所示，可以合理劃分大跨徑結(jié)構(gòu)，將其分為小跨徑，為施工提供便利，通過將作業(yè)面劃分為若干個(gè)區(qū)域，將會(huì)極大程度提高施工效率，在施工時(shí)需要嚴(yán)格規(guī)范各個(gè)流程，主要包括以下幾點(diǎn)：①施工人員在開始施工前，需要做好準(zhǔn)備工作，對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)處理，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的現(xiàn)象，從而降低施工中存在的風(fēng)險(xiǎn)；②在施工過程中，需要對(duì)注漿的溫度與速度進(jìn)行合理控制，選擇適合的振搗時(shí)機(jī)，為注漿質(zhì)量提供有力保障，提高淺埋段的施工質(zhì)量；③在注漿施工結(jié)束后，需要封閉現(xiàn)場(chǎng)，禁止人員進(jìn)入，確保作業(yè)環(huán)境處于封閉狀態(tài)，可以對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)起到穩(wěn)定與保護(hù)的作用；④在測(cè)量環(huán)節(jié)中，需要嚴(yán)格按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，為施工提供數(shù)據(jù)支持，確保工程順利進(jìn)行，在規(guī)定期限內(nèi)完成施工。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的開挖斷面大，上面覆蓋著黏土層，洞口段的埋深較淺，需要合理劃分隧道斷面，為開挖工作的開展提供便利。在挖掘過程中，需要進(jìn)行閉合成環(huán)，一般采用臨時(shí)支撐的方式，增強(qiáng)開挖過程中的安全性與穩(wěn)定性。在使用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法時(shí)，需要確?？缍刃∮趯?dǎo)坑高度，可以增強(qiáng)豎向荷載的承受能力，防止出現(xiàn)應(yīng)力過于集中的情況[2]。

圖2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

2.2 中洞法暗挖技術(shù)

在大跨度隧道施工中，施工人員可以采用中洞法暗挖技術(shù)，其主要施工原理是在中間部位開始施工，使用CRD 法和CD 法進(jìn)行下道工序的施工，可以極大程度提高施工速度，增強(qiáng)施工中的安全性與穩(wěn)定性。在施工時(shí)需要規(guī)范化操作流程，主要包括以下幾點(diǎn)：①在對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行劃分時(shí)，需要合理控制模塊的大小，盡量縮短相鄰模塊之間的距離，形成若干個(gè)小模塊進(jìn)行作業(yè)，可以為綜合管理提供便利，增強(qiáng)管理效果；②在豎向施工時(shí)，需要預(yù)留一定的邊坡，劃分出預(yù)留作業(yè)區(qū)域，確?；炷翝仓ぷ黜樌瓿桑虎墼诳v向施工時(shí)，可以參考豎向施工，二者之間具有相似性，具體做法為事先預(yù)留錯(cuò)位臺(tái)階，在銜接過程中利用臺(tái)階完成作業(yè)，使施工結(jié)構(gòu)更加平穩(wěn)。

2.3 洞樁法

經(jīng)過研究人員的不懈努力，研發(fā)出洞樁法，與前兩種施工技術(shù)的不同之處在于，其應(yīng)用原理是利用分離導(dǎo)洞，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并且通過分析圍巖的現(xiàn)狀，可以事先進(jìn)行支護(hù)處理，當(dāng)穩(wěn)定圍巖結(jié)構(gòu)后，才能開始下道工序，將會(huì)對(duì)隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用。從物理角度而言，洞樁法利用力學(xué)原理，在施工時(shí)不但可以降低對(duì)周邊的應(yīng)力作用，防止對(duì)周邊環(huán)境造成影響，而且可以保護(hù)邊樁結(jié)構(gòu)，為高效施工奠定基礎(chǔ)。需要注意的是，洞樁法與其余施工方法相比，需要消耗一定的施工時(shí)間，因此，當(dāng)隧道工程的工期較短時(shí)，則不宜使用該方法。

2.4 平頂直墻暗挖技術(shù)

在隧道施工中，若是施工環(huán)境較為特殊，例如，建筑物不能被損壞，或者地下水位具有較大的波動(dòng)范圍，可以采用平頂直墻暗挖技術(shù)，在淺埋段施工時(shí)，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐氖┕きh(huán)境，選擇適合的位置，對(duì)注漿管進(jìn)行預(yù)埋處理，之后需要測(cè)量結(jié)構(gòu)的沉降量，當(dāng)獲得的數(shù)值達(dá)到數(shù)毫米時(shí)，可以開始進(jìn)行注漿施工，確保結(jié)構(gòu)保持在規(guī)定范圍內(nèi)。在施工中需要實(shí)時(shí)觀察情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)當(dāng)二次進(jìn)行注漿操作，可以提高結(jié)構(gòu)的綜合性能，對(duì)結(jié)構(gòu)起到穩(wěn)定作用。使用平頂直墻暗挖技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少損害建筑物，在完成注漿操作后，將會(huì)減少沉降量，由此可見該方法具有較高的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性，適合大力推廣。

3 淺埋黏土層大跨度隧道施工技術(shù)的要點(diǎn)

在開始施工前，需要做好前期準(zhǔn)備工作，在施工前的半個(gè)月內(nèi)，施工單位需要合理安排人員數(shù)量，在確保施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡量降低施工中的成本，而且需要詳細(xì)清點(diǎn)施工材料，提前一個(gè)月內(nèi)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，確保后續(xù)工作順利開展[3]。

在隧道施工中，地表加固是重要的環(huán)節(jié)之一，施工需要嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行作業(yè)，掌握施工中的要點(diǎn)，主要包括以下幾點(diǎn)：①在進(jìn)行鉆孔工作與安裝鋼管工作時(shí)，可以采用42 鋼管進(jìn)行注漿工作，其平均長(zhǎng)為3.5m，壁厚為4mm，按照梅花形進(jìn)行布置；②在澆筑混凝土?xí)r，當(dāng)覆蓋層的厚度小于3m 時(shí)，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，確定混凝土的厚度，將其控制在1.5m 內(nèi)，而且可以將雙層鋼筋網(wǎng)片設(shè)置在混凝土內(nèi)，確保連接具有良好的牢固性；③在完成混凝土澆筑工作后，需要進(jìn)行地表注漿工作，由于沖溝巖層的滲水性較強(qiáng)，存在裂縫發(fā)育的情況，因此可以采用雙液注漿，其中水玻璃與水泥漿液的比例為1:1，波美度為35Be’，模數(shù)超過2.5 而低于3.0，在注漿過程中，可以增加適量的添加劑，從而對(duì)漿液的膠凝時(shí)間進(jìn)行調(diào)整；④在施工中需要進(jìn)行洞前超前支護(hù)操作，可以采用超前注漿管道，加固處理隧道內(nèi)的結(jié)構(gòu)，并且采用混凝土噴射施工技術(shù)，增強(qiáng)圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在完成上述操作后，按照操作規(guī)范進(jìn)行注漿，有利于增強(qiáng)整體施工質(zhì)量，防止發(fā)生不規(guī)則沉降現(xiàn)象；⑤需要監(jiān)測(cè)隧道的安全性，檢查外觀形狀，確保安全施工。

4 結(jié)論

綜上所述，在淺埋黏土層大跨度隧道施工中存在安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)踐中應(yīng)采用先進(jìn)的隧道施工技術(shù)，如雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和中洞法暗挖技術(shù)，并且要優(yōu)化隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)施工的安全性，提高施工效率，確保淺埋黏土層具有良好的建設(shè)效果，從而促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展。